(57)【要約】【課題】固定用テープを貼着することによる電池性能の低下を抑制することができる蓄電装置を提供する。【解決手段】二次電池は、正極金属箔１９ａの両面に形成される正極活物質層１９ｂを備えた正極電極１９と、負極金属箔の両面に形成される負極活物質層２０ｂを備えた負極電極２０と、正極電極１９及び負極電極２０がセパレータ２１を介して積層された電極組立体１２を有する。電極組立体１２は、正極電極１９及び負極電極２０の積層方向の第１端面２９から第２端面３０にかけて電極組立体１２を跨いで貼着された固定用テープ３１を有する。固定用テープ３１は、第１端面２９及び第２端面３０における貼着領域３２を積層方向に投影した場合、投影された貼着領域３２が正極活物質層１９ｂ及び負極活物質層２０ｂの少なくとも一方に重ならないように貼着される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極金属箔の両面に形成される正極活物質層を備えた正極電極と、
負極金属箔の両面に形成される負極活物質層を備えた負極電極と、
前記正極電極及び前記負極電極が絶縁体を介して積層された電極組立体と、
前記電極組立体における前記正極電極及び前記負極電極の積層方向の一端面から他端面にかけて前記電極組立体を跨いで貼着された固定用テープと、を有する蓄電装置において、
前記一端面及び前記他端面において前記固定用テープが貼着された貼着領域を前記積層方向に投影した場合、前記投影された貼着領域が前記正極電極及び前記負極電極の少なくとも一方の電極の活物質層に重ならないことを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記正極活物質層及び前記負極活物質層のうちの一方の面積は他方の面積よりも小さく、
前記投影された貼着領域が前記正極活物質層及び前記負極活物質層のうちの一方にのみ重ならないことを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記投影された貼着領域が前記正極活物質層及び前記負極活物質層の両方に重ならないことを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記固定用テープの前記積層方向における厚みは一方の電極の金属箔の両面に備えられた活物質層の前記積層方向における厚みの和よりも厚いことを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型の電極組立体を有する蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両には、走行用モータへの供給電力を蓄える蓄電装置としてリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などが搭載されている。二次電池は、正極電極と負極電極をセパレータを介して積層した積層型の電極組立体と、電極組立体を収容したケースとを備える。正極電極及び負極電極は、それぞれ金属箔と活物質層を有する。活物質層は金属箔の両面に形成される。また、積層型の電極組立体では、積層した正極電極、負極電極及びセパレータが互いにずれないように固定する固定用テープが用いられる。固定用テープは、電極組立体の正極電極、負極電極及びセパレータを積層した方向（以下、積層方向とする）の一端面と他端面に亘って、電極組立体を積層方向に跨いで貼着される。
【０００３】
二次電池において、各電極の密着性を向上させるために、電極組立体を積層方向両側から押圧している。また、電極組立体の正極活物質層及び負極活物質層は、充放電に伴って積層方向に膨張し、正極活物質層及び負極活物質層の厚みが変化する。このため充放電時には、電極組立体の積層方向における両端面は絶縁フィルムを介してケースの内面に押し付けられて、電極組立体の積層方向における両端面では面圧が増大する。
【０００４】
電極組立体の積層方向における両端面において、固定用テープが貼着された領域（以下、貼着領域とする）では、固定用テープの厚みだけ他の領域よりも積層方向における厚みが増している。このため、充放電に伴う膨張が発生すると、貼着領域に発生している面圧が他の領域と比べて局所的に大きくなってしまう。貼着領域の面圧が局所的に大きくなると、電池反応が活物質層の面方向において不均一となり、電池性能が低下する虞がある。
【０００５】
そこで、固定用テープを貼着した電極組立体において、その積層方向における両端面での面圧が局所的に大きくなることを抑制することが考えられている。（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示される蓄電装置では、積層電極体の外周部の複数個所に、積層電極体を積層方向に跨いで固定用テープとしての貼着層が貼り付けられている。貼着層は、ケース内において非水電解液と接触することで糊状化が進行する。このように糊状化が進行した貼着層は、外装体から圧力が加わると薄く変形する。その結果、積層電極体において、充放電に伴う膨張が生じても、貼着層が貼り付けられた領域に大きな面圧が発生することが抑制され、電池反応のばらつきを小さくし、電池性能の低下が抑えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−４８０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の貼着層においては、糊状化することで圧力が加えられたとき薄く変形するとはいえ、依然として貼着層が貼り付けられた領域では面圧が局所的に高まる虞があり、電池性能が低下する虞がある。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、固定用テープを貼着することによる電池性能の低下を抑制することができる蓄電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する蓄電装置は、正極金属箔の両面に形成される正極活物質層を備えた正極電極と、負極金属箔の両面に形成される負極活物質層を備えた負極電極と、前記正極電極及び前記負極電極が絶縁体を介して積層された電極組立体と、前記電極組立体における前記正極電極及び前記負極電極の積層方向の一端面から他端面にかけて前記電極組立体を跨いで貼着された固定用テープと、を有する蓄電装置において、前記一端面及び前記他端面において前記固定用テープが貼着された貼着領域を前記積層方向に投影した場合、前記投影された貼着領域が前記正極電極及び前記負極電極の少なくとも一方の電極の活物質層に重ならない。
【００１０】
これによれば、貼着領域が正極電極及び負極電極の少なくとも一方の電極の活物質層に重ならないように固定用テープが貼着される。このため、電極組立体において、貼着領域を投影した部分の積層方向への厚みには、少なくとも一方の電極の活物質層の積層方向への厚みは加味されず、両方の電極の活物質層の厚みが加味される場合よりも薄くなる。このため、固定用テープが貼着された電極組立体であっても、貼着領域を投影した部分が積層方向に局所的に厚くなることを抑制し、電極組立体の積層方向に発生する面圧が局所的に大きくなることを抑制でき、電池性能の低下を抑制できる。
【００１１】
蓄電装置において、前記正極活物質層及び前記負極活物質層のうちの一方の面積は他方の面積よりも小さく、前記投影された貼着領域が前記正極活物質層及び前記負極活物質層のうちの一方にのみ重ならなくてもよい。この場合、面積の小さい一方の電極の活物質層にのみ重ならないように固定用テープが貼着されるため、貼着領域を広げることができ、固定用テープによる電極組立体の固定を強固にできる。
【００１２】
蓄電装置において、前記投影された貼着領域が前記正極活物質層及び前記負極活物質層の両方に重ならなくてもよい。この場合、充放電に伴う活物質層の膨張による積層方向の厚み変化を固定用テープが規制することなく、貼着領域の界面において厚み変化量の差から応力が集中することを抑制し、電極が破損することを抑制できる。
【００１３】
蓄電装置において、前記固定用テープの前記積層方向における厚みは一方の電極の金属箔の両面に備えられた活物質層の前記積層方向における厚みの和よりも厚くてもよい。この場合、固定用テープの貼着領域の積層方向への厚みには、少なくとも一方の電極の活物質層の積層方向への厚みが加味されないため、電池性能の低下を抑制すると共に、より厚手の固定力の高い固定用テープを用いることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、固定用テープを貼着することによる電池性能の低下を抑制することができる蓄電装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態の二次電池を示す分解斜視図。
【図２】電極組立体の構成要素を示す分解斜視図。
【図３】電極組立体を積層方向から見た正面図。
【図４】固定用テープが貼着された部分を示す拡大断面図。
【図５】別例の電極組立体を積層方向から見た正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、蓄電装置を二次電池に具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１に示すように、二次電池１０は、その外郭を成すケース１１と、ケース１１に収容される電極組立体１２と、を有する。二次電池１０は、例えばリチウムイオン電池である。
【００１７】
ケース１１は、有底角筒型のケース本体１３と、ケース本体１３の開口１３ａを液密に閉塞する蓋部１４と、ケース本体１３の内面を覆う絶縁フィルム１５と、を有する。電極組立体１２は、ケース本体１３の開口１３ａから挿入されて収容され、絶縁フィルム１５によってケース本体１３と絶縁される。蓋部１４は、後述する正極端子２６が挿通する正極端子孔１６と、後述する負極端子２８が挿通する負極端子孔１７と、を有する。正極端子孔１６及び負極端子孔１７と蓋部１４との間には、それぞれ絶縁部材１８が設けられており、正極端子２６及び負極端子２８と蓋部１４とを絶縁している。
【００１８】
図１及び図２に示すように、電極組立体１２は、正極電極１９と、負極電極２０と、絶縁体であるセパレータ２１を有する。電極組立体１２は、正極電極１９と、負極電極２０とをセパレータ２１を間に介して交互に積層することで組み立てられている。電極組立体１２の正極電極１９及び負極電極２０が積層された方向（以下、積層方向Ｌ）における両端には負極電極２０が積層されている。電極組立体１２はケース本体１３に収まる直方体型である。また、積層方向Ｌにおいて、絶縁フィルム１５と電極組立体１２との間にスペーサ２２が設けられている。スペーサ２２は、ケース本体１３の積層方向Ｌにおける厚みと電極組立体１２の積層方向Ｌにおける厚みが一致するように、必要な枚数が設けられる。
【００１９】
正極電極１９は、矩形状の正極金属箔１９ａと、正極金属箔１９ａの両面に同一形状に形成された正極活物質層１９ｂと、正極金属箔１９ａの一端縁から突出する正極タブ１９ｃを有している。正極金属箔１９ａは、例えばアルミニウム箔製であり、正極活物質層１９ｂが含有する正極活物質はリチウムを含む複合酸化物である。正極電極１９は、正極タブ１９ｃの突出する正極金属箔１９ａの一端縁に沿って正極活物質層１９ｂが形成されていない未塗工部１９ｄを有する。正極タブ１９ｃは、正極電極１９の長手方向における一端寄りに設けられている。
【００２０】
負極電極２０は、矩形状の負極金属箔２０ａと、負極金属箔２０ａの両面に同一形状に形成された負極活物質層２０ｂと、負極金属箔２０ａの一端側から突出する負極タブ２０ｃを有している。負極金属箔２０ａは、例えば銅箔製であり、負極活物質層２０ｂが含有する負極活物質は、例えばＳｉを有する化合物であるシリコン系材料としてのＳｉＯＶ（０≦Ｖ≦２）である。シリコン系材料としては、例えば、ＳｉＢ４、ＳｉＢ６、Ｍｇ２Ｓｉ、Ｎｉ２Ｓｉ、ＴｉＳｉ２、ＭｏＳｉ２、ＣｏＳｉ２、ＮｉＳｉ２、ＣａＳｉ２、ＣｒＳｉ２、Ｃｕ５Ｓｉ、ＦｅＳｉ２、ＭｎＳｉ２、ＮｂＳｉ２、ＴａＳｉ２、ＶＳｉ２、ＷＳｉ２、ＺｎＳｉ２、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ２Ｎ２Ｏ、ＳｉＯＶ（０＜Ｖ≦２）、ＳｎＳｉＯ３、ＬｉＳｉＯが挙げられる。本実施の形態においてはシリコン酸化物である。負極活物質層２０ｂの面積は、正極活物質層１９ｂを完全に覆うように、正極活物質層１９ｂよりも大きく形成されている。負極タブ２０ｃは、負極電極２０の長手方向における他端寄りに設けられ、正極タブ１９ｃと重ならないように位置する。
【００２１】
セパレータ２１は、正極電極１９と負極電極２０とを絶縁している。セパレータ２１は、正極金属箔１９ａ及び負極金属箔２０ａを覆う大きさの矩形状に形成されている。また、スペーサ２２は、セパレータ２１と同様の大きさの矩形状に形成された絶縁体である。
【００２２】
図１に示すように、電極組立体１２は、各正極電極１９から突出する正極タブ１９ｃを集箔した正極タブ群２３と、各負極電極２０から突出する負極タブ２０ｃを集箔した負極タブ群２４と、を有する。正極タブ１９ｃ及び負極タブ２０ｃは、積層方向Ｌの一方に寄せ集めてから折り曲げることで、集箔されている。正極タブ群２３は、電極組立体１２の長手方向における一端寄りに設けられる。一方、負極タブ群２４は、電極組立体１２の長手方向における他端寄りに設けられる。
【００２３】
電極組立体１２はさらに、正極タブ群２３に接続された正極導電部材２５と、正極導電部材２５に設けられた正極端子２６と、負極タブ群２４に接続された負極導電部材２７と、負極導電部材２７に設けられた負極端子２８と、を有する。正極タブ群２３が正極導電部材２５と接続されることで、各正極電極１９は正極端子２６と電気的に接続されている。また、負極タブ群２４が負極導電部材２７と接続されることで、各負極電極２０は負極端子２８と電気的に接続されている。正極端子２６は、ケース１１に収容された状態で蓋部１４の正極端子孔１６からケース１１の外へ突出している。負極端子２８は、ケース１１に収容された状態で蓋部１４の負極端子孔１７からケース１１の外へ突出している。
【００２４】
図１及び図３に示すように、電極組立体１２は、積層方向Ｌにおける一端面である第１端面２９と、積層方向Ｌにおける他端面である第２端面３０と、第１端面２９から第２端面３０にかけて電極組立体１２を跨いで貼着された固定用テープ３１と、を有している。本実施形態における第１端面２９及び第２端面３０は、負極電極２０の負極活物質層２０ｂによって形成されている。電極組立体１２において、正極タブ群２３及び負極タブ群２４が位置する側を上側とし、その反対側を下側とする。正極活物質層１９ｂを電極組立体１２の積層方向Ｌから第１端面２９及び第２端面３０に投影した場合における、投影された正極活物質層１９ｂの上側端縁を第１投影端縁１９ｅとし、投影された正極活物質層１９ｂの下側端縁を第２投影端縁１９ｆとする。
【００２５】
第１端面２９の上側端縁から第１投影端縁１９ｅまでの一部を第１端部２９ａとし、第１端面２９の下側端縁から第２投影端縁１９ｆまでの一部を第２端部２９ｂとする。第１端部２９ａ及び第２端部２９ｂは、第１端面２９の長手方向全体に延びている。また、第２端面３０の上側端縁から第１投影端縁１９ｅまでの一部を第３端部３０ａとし、第２端面３０の下側端縁から第２投影端縁１９ｆまでの一部を第４端部３０ｂとする。第３端部３０ａ及び第４端部３０ｂは、第２端面３０の長手方向全体に延びている。
【００２６】
固定用テープ３１は固定力の高い厚手のテープであり、その厚みＨ（図４参照）は、正極電極１９の両面に備えられた正極活物質層１９ｂの厚みの和である１２０μｍより厚い。固定用テープ３１は、第１端部２９ａから第３端部３０ａにかけて貼着された二枚の上側固定用テープ３１ａと、第２端部２９ｂから第４端部３０ｂにかけて貼着された二枚の下側固定用テープ３１ｂから構成される。一方の上側固定用テープ３１ａは、電極組立体１２の長手方向において正極タブ群２３よりも外側の第１端部２９ａ及び第３端部３０ａに貼着される。また、他方の上側固定用テープ３１ａは、電極組立体１２の長手方向において負極タブ群２４よりも外側の第１端部２９ａ及び第３端部３０ａに貼着されている。各下側固定用テープ３１ｂは、それぞれの上側固定用テープ３１ａと上下で対になるように、第２端部２９ｂ及び第４端部３０ｂの長手方向において対応した位置に貼着されている。
【００２７】
図３又は図４に示すように、第１端面２９及び第２端面３０は、各固定用テープ３１が貼着された貼着領域３２を有する。貼着領域３２を電極組立体１２の積層方向Ｌに投影した場合、投影した貼着領域３２は、正極電極１９の未塗工部１９ｄと、負極電極２０の負極活物質層２０ｂと、セパレータ２１に重なっている。換言すれば、貼着領域３２は正極電極１９の正極活物質層１９ｂとは重なっていない。上側固定用テープ３１ａの貼着領域３２は、第１投影端縁１９ｅより固定用テープ３１の厚みＨ分だけ上側に離間している。下側固定用テープ３１ｂの貼着領域３２は、第２投影端縁１９ｆより固定用テープ３１の厚みＨ分だけ下側に離間している。
【００２８】
固定用テープ３１が電極組立体１２を積層方向Ｌに跨いで貼着されることで、電極組立体１２の一部が固定用テープ３１に押圧されて積層方向Ｌにおける内側に折り込まれている。上側固定用テープ３１ａの貼着領域３２では、負極電極２０、セパレータ２１及び正極電極１９の未塗工部１９ｄ（正極金属箔１９ａ）が上側固定用テープ３１ａによって押圧されて、電極組立体１２の積層方向Ｌにおける内側へ折り込まれている。また、下側固定用テープ３１ｂの貼着領域３２では、負極電極２０及びセパレータ２１が下側固定用テープ３１ｂによって押圧されて、電極組立体１２の積層方向Ｌにおける内側へ折り込まれている。上側固定用テープ３１ａ及び下側固定用テープ３１ｂは、負極電極２０、セパレータ２１及び正極金属箔１９ａの正極活物質層１９ｂと重ならない部分のみを押圧している。このため、各正極電極１９に備えられた正極活物質層１９ｂの積層方向Ｌにおける厚みの合計分だけ、負極電極２０、セパレータ２１及び正極金属箔１９ａを積層方向Ｌにおける内側へ折り込むことができる。
【００２９】
上記実施形態によれば、以下のような作用及び効果を奏する。
（１）固定用テープ３１の貼着領域３２を積層方向Ｌに投影したとき、正極活物質層１９ｂに重ならないように固定用テープ３１を貼着した。このため、貼着領域３２にある電極組立体１２の一部を、正極活物質層１９ｂの積層方向Ｌにおける厚みの合計分だけ折り込むことができる。そのため、貼着領域３２の積層方向Ｌにおける厚みに正極活物質層１９ｂの厚みの合計分が加味されず、貼着領域３２が局所的に厚くなることを抑制できる。したがって、電極組立体１２が積層方向Ｌに押圧された場合に、局所的に面圧が高くなることを抑制し、電池性能の低下を抑制できる。
【００３０】
（２）上側固定用テープ３１ａの貼着領域３２を積層方向Ｌに投影したとき、正極金属箔１９ａ及び負極活物質層２０ｂに重なるように、かつ下側固定用テープ３１ｂの貼着領域３２を積層方向Ｌに投影したとき、負極活物質層２０ｂに重なるように固定用テープ３１を貼着した。このため、貼着領域３２が局所的に厚くなることを抑制すると共に、貼着領域３２の面積を大きく保ち、固定用テープ３１の固定力が低下することを抑制できる。
【００３１】
（３）固定用テープ３１の厚みＨは、正極電極１９の両面に備えられた正極活物質層１９ｂの厚みの和よりも大きい。このため、貼着領域３２の面積が、正極活物質層１９ｂと重ならないために減少しても、固定力の高い厚手の固定用テープ３１を用いることで、固定力が低下することを抑制できる。また、貼着領域３２の積層方向Ｌにおける厚みには正極活物質層１９ｂの厚みの合計分が加味されないため、正極電極１９の両面に備えられた正極活物質層１９ｂの厚みの和と同じ厚みのテープを用いても貼着領域３２が局所的に厚くなることを抑制でき、電池性能の低下を抑制できる。
【００３２】
（４）上側固定用テープ３１ａの貼着領域３２は、第１投影端縁１９ｅより固定用テープ３１の厚みＨ分だけ上側に離間し、下側固定用テープ３１ｂの貼着領域３２は、第２投影端縁１９ｆより厚みＨ分だけ下側に離間するようにした。このため、貼着領域３２において固定用テープ３１が電極組立体１２の第１端面２９及び第２端面３０から積層方向Ｌにおいて外側にはみ出ることが無く、電極組立体１２の第１端面２９、第２端面３０が局所的に厚くなることがない。したがって、局所的に面圧が高くなることをより抑制し、電池性能の低下をより抑制できる。
【００３３】
（５）固定用テープ３１が正極活物質層１９ｂと積層方向Ｌにおいて重ならない（対向しない）負極活物質層２０ｂに貼着されるようにした。このため、負極活物質層２０ｂの固定用テープ３１を貼着した部分が破損してしまっても、電池性能が低下することを抑制できる。
【００３４】
（６）負極活物質層２０ｂにカーボンよりも充放電に伴って積層方向Ｌに膨らみやすいシリコン酸化物を用いた。このため、固定用テープ３１によって面圧が局所的に高まることを抑制することで、より効果的に電池性能の低下を抑制できる。
【００３５】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  図５に示すように、貼着領域３２を積層方向Ｌに投影した場合、スペーサ２２及びセパレータ２１にのみ重なるように固定用テープ３１を貼着してもよい。換言すれば、投影された貼着領域３２が正極活物質層１９ｂ及び負極活物質層２０ｂの両方に重ならないように固定用テープ３１を貼着してもよい。
【００３６】
この場合、固定用テープ３１が充放電に伴う正極活物質層１９ｂ及び負極活物質層２０ｂの膨張による積層方向の厚み変化を規制することなく、貼着領域３２の界面で厚み変化量の差から応力が集中して、正極電極１９及び負極電極２０が破損することを抑制できる。
【００３７】
○  正極電極１９が負極電極２０よりも小さくなくてもよい。例えば、負極電極２０が正極電極１９よりも小さく、負極活物質層２０ｂに積層方向Ｌに投影された貼着領域３２が重ならないように固定用テープ３１が貼着されるようにしてもよい。
【００３８】
○  正極電極１９の未塗工部１９ｄを設けなくてもよい。あるいは、未塗工部１９ｄを正極タブ１９ｃの突出する正極金属箔１９ａの一端縁とは別の端縁に沿って形成してもよい。また、負極電極２０に未塗工部を設けてもよい。
【００３９】
○  貼着される固定用テープ３１は４枚でなくてもよい。また、固定用テープ３１は電極組立体１２の第１端面２９及び第２端面３０の第１端部２９ａ、第２端部２９ｂ、第３端部３０ａ及び第４端部３０ｂとは別の端部に貼着されてもよい。この場合、積層方向Ｌに投影された貼着領域３２が正極活物質層１９ｂ及び負極活物質層２０ｂの少なくとも一方と重ならないように固定用テープ３１を貼着する。
【００４０】
○  二次電池１０はリチウムイオン電池に限らず、ニッケル水素電池等の他の二次電池でもよい。
○  蓄電装置は二次電池１０に限らず、例えば、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のキャパシタであってもよい。
【符号の説明】
【００４１】
Ｌ…積層方向、Ｈ…固定用テープの厚み、１０…蓄電装置としての二次電池、１２…電極組立体、１９…正極電極、１９ａ…正極金属箔、１９ｂ…正極活物質層、２０…負極電極、２０ａ…負極金属箔、２０ｂ…負極活物質層、２１…絶縁体としてのセパレータ、２９…積層方向Ｌにおける一端面としての第１端面、３０…積層方向Ｌにおける他端面としての第２端面、３１…固定用テープ、３２…貼着領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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