CN115552703A - 电池单元、其制造方法及包括该电池单元的电池模块 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个实施方式的电池单元包括：电池壳体，其具有安装在容纳部分中的电极组件，并且包括具有密封的外周的结构的密封部分；电极引线，其电连接到电极组件中包括的电极接头，并且通过密封部分在电池壳体的向外方向上突出；引线膜，其位于电极引线的上部和/或下部的与密封部分对应的部分；以及吸气部分，其形成在电极引线和密封部分之间的局部区域处，其中，吸气部分包括面向电池壳体的体外部的第一端部和面向电池壳体的内部的第二端部，并且第一端部被引线膜覆盖而未被电池壳体覆盖。

Description

电池单元、其制造方法及包括该电池单元的电池模块

技术领域

本申请要求于2021年2月25日在韩国提交的韩国专利申请第10-2021-0025910号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

本公开涉及一种电池单元、制造电池单元的方法及包括该电池单元的电池模块，更具体地，涉及一种能够将电池单元内部产生的气体排放到外部同时最小化来自外部的湿气渗透的电池单元、制造该电池单元的方法及包括该电池单元的电池模块。

背景技术

随着技术发展和对移动设备需求的增加，对作为能源的二次电池的需求正在迅速增加。特别是，二次电池不仅作为诸如手机、数码相机、笔记本电脑和可穿戴设备的移动设备的能源，而且还作为诸如电动自行车、电动汽车、混合动力汽车的动力设备的能源备受关注。

根据电池壳体的形状，这些二次电池被分类为其中电池组件被包括在圆柱形或棱柱形金属罐中的圆柱形电池和棱柱形电池，以及其中电池组件被包括在铝层压板的袋型壳体中的袋型电池。这里，电池壳体中包括在电池组件是包括正极、负极和插置于正极和负极之间的隔膜，并且能够充电和放电的功率元件，并且被分类为卷芯型和层叠型，在卷芯型中，涂覆有活性材料的长片状的正极和负极在隔膜插置于二者之间的情况下被卷绕，在层叠型中，多个正极和负极在隔膜插置于二者之间的情况下依次层叠。

其中，特别是，其中由铝层压片制成的袋型电池壳体中包括的层叠型或层叠/折叠型电池组件的袋型电池，由于制造成本低、重量轻、改装容易而越来越多地使用。

图1是示出传统电池单元的俯视图。图2是沿图1的轴线a-a'截取的截面图。参照图1和图2，传统的电池单元10包括电池壳体20和密封部分25，电池壳体20具有容纳部分21，电池组件11安装在该容纳部分21中，密封部分25通过热熔密封电池壳体的外周而形成。这里，电池单元10包括经由密封部分25从电池壳体20突出的电极引线30，并且引线膜40位于电极引线30的上部和下部与密封部分25之间。

然而，随着近年来电池单元的能量密度增加，存在电池单元内部产生的气体量也增加的问题。在传统电池单元10的情况下，不包括能够排放在电池单元内部产生的气体的部件，因此由于气体产生而可能在电池单元中发生排气(venting)。此外，湿气可能会渗透到因排气而损坏的电池单元中，这可能会引起副反应，并且存在电池性能劣化并产生额外气体的问题。因此，越来越需要开发一种电池单元，该电池单元能够将电池单元内部产生的气体排放到外部，同时最小化来自外部的湿气渗透。

发明内容

技术问题

本公开旨在解决现有技术的问题，因此本公开旨在提供一种能够将电池单元内部产生的气体排放到外部同时最小化来自外部的湿气渗透的电池单元、制造该电池单元的方法及包括该电池单元的电池模块。

本公开要解决的目的不限于上述目的，本领域技术人员通过本说明书和附图可以清楚地理解这里未提及的目的。

技术方案

在本公开的一个方面中，提供了一种电池单元，所述电池单元包括：电池壳体，所述电池壳体具有容纳部分和密封部分，在所述容纳部分中安装电极组件，所述密封部分通过密封所述电池壳体的外周而形成；电极引线，所述电极引线电连接至被包括在所述电极组件中的电极接头并且经由所述密封部分突出到所述电池壳体之外；引线膜，所述引线膜位于所述电极引线的上部和下部的至少一个中的与所述密封部分对应的部分处；以及吸气单元，所述吸气单元形成在所述电极引线与所述密封部分之间的局部区域中，其中，所述吸气单元包括朝向所述电池壳体外部的第一端和朝向所述电池壳体内部的第二端，并且所述第一端被所述引线膜覆盖并且未被所述密封部分覆盖。

所述第二端可以未被引线膜覆盖并且可以不与密封部分交叠。

所述吸气单元可以直接形成在电极引线上，并且引线膜可以在所述吸气单元插置于所述引线膜与所述电极引线之间的情况下被设置在所述电极引线上。

所述位于吸气单元上的引线膜的厚度可以为100μm至300μm。

所述引线膜可以包括包括与所述电极引线直接接触的第一引线膜和设置在所述第一引线膜上的第二引线膜，所述吸气单元插置于所述第一引线膜与所述第二引线膜之间。

所述第二引线膜厚度可以为100μm至300μm。

所述吸气单元可以包括选自氧化钙(CaO)、氧化钡(BaO)、氯化锂(LiCl)、钙(Ca)和钡(Ba)中的至少一种吸湿材料。

所述吸气单元可以包含粘合剂材料，所述粘合剂材料包括选自聚烯烃基聚合物、丙烯酸基聚合物和氟基聚合物中的至少一种。

所述引线膜可以包含聚烯烃基材料。

所述引线膜可以被配置为围绕所述电极引线的上部、所述电极引线的下部以及所述电极引线的将所述上部和所述下部连接的侧表面的全部。

所述吸气单元的厚度可以为50μm至150μm。

所述吸气单元的透气率可以为1.6e⁵ Barrer(巴勒)至1.6e⁷ Barrer。

所述吸气单元的所述第一端暴露于所述密封部分的外侧的面积可以大于所述吸气单元的所述第二端暴露于所述密封部分的内侧的面积。

所述引线膜的第一端与最外端之间的宽度可以为2mm或更大。

在60℃，所述引线膜的透气率可以为20Barrer至60Barrer。

在25℃、50％RH的条件下，所述引线膜的透湿量在10年内可以为0.02g至0.2g。

在本公开的另一方面，还提供了一种制造电池单元的方法，所述制造电池单元的方法包括以下步骤：制备电极组件和电连接到被包括在所述电极组件中的电极接头的电极引线；将所述电极组件安装在电池壳体的容纳部分中，使得所述电极引线在所述电池壳体的向外方向上突出；以及密封所述电池壳体的外周以形成密封部分，其中，制备电极组件的步骤包括：将引线膜附接到所述电极引线以位于所述电极引线的上部和下部的至少一个中与所述密封部分对应的区域中；以及在所述电极引线上涂覆吸气树脂以形成吸气单元，其中，所述吸气单元包括朝向所述电池壳体外部的第一端和朝向所述电池壳体内部的第二端，并且其中，所述第一端被所述引线膜覆盖并且未被所述密封部分覆盖。

所述吸气树脂可以包括选自氧化钙(CaO)、氧化钡(BaO)、氯化锂(LiCl)、钙(Ca)和钡(Ba)中的至少一种吸湿材料；以及粘合剂材料，所述粘合剂材料包括选自聚烯烃基聚合物、丙烯酸基聚合物和氟基聚合物中的至少一种。

所述第二端可以未被所述引线膜覆盖并且可以不与所述密封部分交叠。

在本公开的又一方面种，还提供了一种电池模块，该池模块包括上述电池单元。

有利效果

根据实施方式，本公开提供了一种能够将电池单元内部产生的气体排放到外部同时最小化来自外部的湿气渗透的电池单元、制造该电池单元的方法及包括该电池单元的电池模块，因此可以将电池内部产生的气体排放到外部，同时最小化来自外部的湿气渗透。

本公开的效果不限于上述效果，本领域技术人员通过本说明书和附图将清楚地理解这里未提及的效果。

附图说明

图1是示出传统电池单元的俯视图。

图2是沿图1的轴线a-a'截取的截面图。

图3是示出根据本公开实施方式的电池单元的俯视图。

图4是沿图3的轴线b-b′截取的截面图。

图5a至图5e是示出根据本公开的实施方式的变型例的电池单元的局部俯视图。

图6是示出根据本公开另一个实施方式的电池单元的截面图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图对本公开的各个实施方式进行详细描述，以便本领域技术人员容易实施。本公开可以以各种不同的形式实施并且不限于本文描述的实施方式。

为了清楚地解释本公开，与描述无关的部分被省略，并且在整个说明书中相同或相似的部件被赋予相同的附图标记。

此外，由于附图中所示的每个部件的尺寸和厚度是为了描述方便而任意表示的，因此本公开不必限于附图。为了清楚地表示附图中的各个层和区域，将厚度放大了。此外，在附图中，为了便于解释，夸大了一些层和区域的厚度。

此外，在整个说明书中，当一个部分“包括”特定组件时，除非另有说明，否则意味着可以进一步包括其他部件，而不是排除其他部件。

此外，在整个说明书中，当提到“俯视图”时，意味着从上方观察目标部分，当提到“截面图”时，意味着从侧面观察目标部分的垂直切割部分。

在下文中，将参照图3至图5描述根据本公开实施方式的袋型电池单元100。然而，这里，将基于袋型电池单元100的两个侧表面中的一个侧表面进行描述，但不限于此，并且，在另一侧表面的情况下可以描述相同或相似的内容。

图3是示出根据本公开实施方式的电池单元的俯视图。图4是沿图3的轴线b-b′截取的截面图。图5a至图5e是示出根据本公开的实施方式的变型例的电池单元的局部俯视图。

参照图3，根据该实施方式的电池单元100包括电池壳体200、电极引线300和引线膜400。

电池壳体200包括其中安装有电极组件110的容纳部分210以及通过密封其外周而形成的密封部分250。密封部分250可以通过热、激光等来密封。电池壳体200可以是包括树脂层和金属层的层压片。更具体地，电池壳体200可以由层压板制成，并且可以包括形成最外层的外树脂层、防止材料渗透的阻挡金属层和用于密封的内树脂层。

此外，电极组件110可以具有卷芯型(卷绕型)、层叠型(层压型)或复合型(层叠/折叠型)的结构。更具体地，电极组件110可以包括正极、负极和设置在正极与负极之间的隔膜。

电极引线300电连接到包括在电极组件110中的电极接头(未示出)，并且经由密封部分250突出到电池壳体200之外。此外，引线膜400位于电极引线300的上部和下部的至少一个中与密封部分250对应的部分。因此，引线膜400可以提高密封部分250和电极引线300的密封特性，同时防止在热熔期间在电极引线300中发生短路。

吸气部分500形成在电极引线300上的至少局部区域中。吸气单元500可以形成在电极引线300和密封部分250之间的区域中。吸气单元500包括朝向电池壳体200的外部的第一端510和朝向电池壳体200的内部的第二端520。此时，第一端510被引线膜400覆盖，并且同时被配置为暴露而未被密封部分250覆盖。因此，电池单元内部产生的气体可以通过第一端510排放到外部。

此外，第二端520可以位于电池壳体200内部(即，被电池壳体200覆盖)，并且被配置为未被引线膜400覆盖并且不与密封部分250交叠。因此，电池单元内部产生的气体可以通过第二端520穿过吸气单元500，并通过未被密封部分250覆盖的部分(即通过第一端510)被排放到外部。

在本公开的一个实施方式中，吸气单元500的透气率可为1.6e⁵ Barrer至1.6e⁷Barrer，或1e⁶ Barrer to 3e⁶ Barrer。例如，吸气单元500的二氧化碳渗透率可以满足上述范围。

在本公开的一个实施方式中，吸气单元500可以具有50μm至150μm的厚度。如果吸气单元500的厚度满足上述范围，则电池壳体200内部的气体可以更容易地被排放到外部。

吸气单元500可以由与引线膜400的材料相比具有更高熔点的材料制成。另外，吸气单元500可以由不与电池壳体200中包含的电解质反应的材料制成。例如，吸气单元500可以包括具有烯烃基树脂、丙烯酸基树脂和氟基树脂中的至少一种的粘合剂。烯烃基树脂可以包括选自由聚丙烯、聚乙烯和聚二氟乙烯(PVDF)组成的组中的至少一种材料。氟基树脂可以包括选自由聚四氟乙烯和聚偏二氟乙烯组成的组中的至少一种材料。

此外，吸气单元500包括吸湿材料，以增加气体渗透性但是最小化湿气渗透性。例如，吸湿材料可以是氧化钙(CaO)、氧化钡(BaO)、氯化锂(LiCl)、二氧化硅(SiO₂)、钙(Ca)、钡(Ba)等，但不限于此。可以使用与水(H₂O)反应的任何材料。通过以这种方式配置吸气单元500，即使湿气渗透到引线膜400的未被电池壳体200(特别是密封部分250)覆盖的部分，湿气也会通过与吸气单元500吸湿材料反应而被去除，因此可以防止湿气渗透电池壳体200。

此外，吸气单元500可以通过以公知的涂覆方法在电极引线300上涂覆含有上述粘合剂和/或吸湿材料的吸气树脂而形成。例如，吸气单元500可以通过诸如喷墨印刷、喷涂、旋涂或刮涂的涂覆方法形成。因此，吸气单元500可以被形成为以各种方式转变为期望的形状，并且吸气单元500可以借助如下方式容易地形成：通过在电极引线300上涂覆形成吸气单元500并且然后在密封电极引线300时联接吸气单元500。

参照图4，引入吸气单元500的气体可以通过吸气单元500第一端上的引线膜400沿Z轴方向排出。

在本公开的一个实施方式中，吸气单元500的第一端暴露于密封部分250外侧的面积可以大于吸气单元500的第二端暴露于密封部分250内侧的面积。气体排放量与气体排放面积和压力成正比。由于电池壳体200内部的压力大于电池壳体200外部的压力，如果第一端暴露于密封部分250外侧的面积大于第二端暴露于密封部分250内侧的面积，则电池壳体200内部产生的气体可以更容易地排放到外部。在此，“密封部分的外侧”是指电池壳体的在电池壳体的向外方向上比密封部分的端部更靠外侧的区域，并且“密封部分的内侧”是指电池壳体的在电池壳体的向内方向上比密封部分的端部更靠内侧的区域。

在本公开的一个实施方式中，第一端暴露于密封部分250外侧的面积可为40mm²至80mm²。这是基于在60℃、1atm的内部压力，每天可以排放约0.5cc至3cc的气体的尺寸。此外，这是在25℃、50％RH的条件下，透湿量可为10年0.02g至0.2g的尺寸。

参照图4，位于吸气单元500上的引线膜400的厚度H可以为100μm至300μm，或100μm至200μm。如果位于吸气单元500上的引线膜400的厚度H满足上述范围，则电池壳体200内的气体可以更容易地排放到外部。

参照图4，引线膜的第一端和最外端之间的宽度W可以是2mm或更大，或者2mm至3mm。如果引线膜的第一端和最外端之间的宽度W满足上述范围，将更容易防止引线膜400在将电池壳体200内部产生的气体排放到外部的过程中被撕裂。

同时，引线膜400可以位于电极引线300的上部和电极引线300的下部，并且可以形成为连接上部和下部以全部覆盖电极引线300的侧表面。因此，引线膜400可以防止电极引线300的侧表面暴露于外部，同时提高密封部分250和电极引线300的密封性能。

在本公开的一个实施方式中，引线膜400的透气率在60℃时可为20Barrer至60Barrer，或30Barrer至40Barrer。例如，引线膜400的二氧化碳渗透率可以满足上述范围。此外，基于200μm的引线膜400的厚度，透气率在60℃可以满足上述范围。如果引线膜400的透气率满足上述范围，则可以更有效地排放电池单元内部产生的气体。

在本说明书中，透气率可以通过ASTM F2476-20测量。

在本公开的一个实施方式中，在25℃、50％RH的条件下，引线膜400的透湿量在10年内可为0.02g至0.2g、或0.02g至0.04g、或0.06g或0.15g。如果引线膜400的透湿量满足上述范围，则可以更有效地防止湿气从引线膜400渗透。

可以采用ASTM F 1249方法测量引线膜400的透湿量。此时，可使用经MCOON官方认证的设备测量透湿量。

在本公开的一个实施方式中，引线膜400在60℃可以具有20Barrer到60Barrer的气体渗透率并且在25℃、50％RH的条件下在10年内可以具有0.02g到0.2g的透湿量。如果引线膜400的透气率和透湿量满足上述范围，则可以在排放二次电池内部产生的气体的同时更有效地防止湿气从外部渗透。

在本公开的一个实施方式中，引线膜400可以包括聚烯烃基树脂。例如，引线膜400可以包括满足上述透气率和/或透湿量值的聚烯烃基树脂。聚烯烃基树脂可以包括选自由聚丙烯、聚乙烯和聚二氟乙烯(PVDF)组成的组中的至少一种材料。虽然引线膜400包含聚丙烯，但引线膜400的气体渗透率在60℃可以是20Barrer到60Barrer。此外，透湿量可以为0.06g至0.15g。在这种情况下，可以更有效地排出二次电池内部产生的气体，并且可以容易地防止湿气从外部渗透。

此外，由于引线膜400由上述材料制成，引线膜400可以保持电池单元100的气密性并防止内部电解液泄漏。

吸气单元500的形状没有特别限制，只要吸气单元的暴露于电池壳体200的外侧并且未被密封部分250覆盖的第一端形成为被引线膜400覆盖即可。因此，考虑到处理环境，可以适当地改变吸气单元500的形状以控制耐久性和气密性。

在本公开的一个实施方式的变型例中，如图5a至图5e所示，可以对吸气单元500的形状进行各种修改。也就是说，可以形成各种形状的吸气单元，诸如具有如图5a中的条形的吸气单元501、具有如图5b中的较长外部长度的吸气单元502、有如图5c所示的半圆形形状的吸气单元503、如图5d所示的腿型吸气单元504、以及如图5e所示形成为具有很大面积的吸气单元505。这里，“外侧”是指吸气单元中未被密封部分覆盖的区域，并且“外侧的长度”是指在与电极引线300的突出方向正交的方向上，吸气单元502的一端与另一端之间的距离的最大值。

接下来，将参照图6描述本公开的另一个实施方式。

图6是示出根据本公开另一个实施方式的电池单元的截面图。

如图6所示，在本公开的另一个实施方式中，引线膜400包括直接形成在电极引线300上的第一引线膜410以及形成在第一引线膜410上的吸气单元500插置于两者之间的第二引线膜420。这种结构可以通过在已经形成第一引线膜410的电极引线300上涂覆吸气单元500，然后形成第二引线膜420来获得。因此，可以简单地将吸气单元500应用到第一引线膜410已经附接到其上的常规电极引线300。

参照图6，第二引线膜420的厚度H可以为100μm至300μm，或100μm至200μm。如果第二引线膜420的厚度H满足上述范围，则电池壳体200内部的气体可以更容易地排放到外部。

根据如上所述的本公开的实施方式，电池壳体200内部产生的气体可以容易地排放到外部，同时保持电池壳体200的密封力。特别是，此时，即使湿气通过排放气体的通道从外部渗透，也可以由吸气单元500立即去除湿气，因此可以容易地防止湿气渗透到电池壳体200中。另外，可以利用仅在电极引线300上涂覆吸气树脂的的简单工艺来实现吸气单元500。

根据本公开的另一个实施方式的电池模块包括上述电池单元。同时，根据该实施方式的一个或更多个电池模块可以被封装在电池组壳体中以形成电池组。

上述电池模块和包括该电池模块的电池组可以应用于各种设备。这些设备可以是诸如电动自行车、电动汽车、混合动力电动车辆等交通工具，但是本公开不限于此，并且本公开可以应用于可以使用电池模块和包括该电池模块的电池组的各种设备，这也在本公开的权利范围内。

尽管上面已经详细描述了本公开的优选实施方式，但是本公开的权利范围不限于此，并且本领域技术人员使用在所附权利要求的限定本公开的基本概念进行的各种修改和改进也落入本公开的权利范围内。

Claims (20)

1.一种电池单元，所述电池单元包括：

电池壳体，所述电池壳体具有容纳部分和密封部分，在所述容纳部分中安装电极组件，所述密封部分通过密封所述电池壳体的外周而形成；

电极引线，所述电极引线电连接至被包括在所述电极组件中的电极接头并且经由所述密封部分突出到所述电池壳体之外；

引线膜，所述引线膜位于所述电极引线的上部和下部的至少一个中的与所述密封部分对应的部分处；以及

吸气单元，所述吸气单元形成在所述电极引线与所述密封部分之间的局部区域中，

其中，所述吸气单元包括朝向所述电池壳体外部的第一端和朝向所述电池壳体内部的第二端，并且

所述第一端被所述引线膜覆盖并且未被所述密封部分覆盖。

2.根据权利要求1所述的电池单元，

其中，所述第二端未被所述引线膜覆盖并且不与所述密封部分交叠。

3.根据权利要求1所述的电池单元，

其中，所述吸气单元直接形成在所述电极引线上，并且所述引线膜在所述吸气单元插置于所述引线膜与所述电极引线之间的情况下被设置在所述电极引线上。

4.根据权利要求3所述的电池单元，

其中，位于所述吸气单元上的所述引线膜的厚度为100μm至300μm。

5.根据权利要求1所述的电池单元，

其中，所述引线膜包括与所述电极引线直接接触的第一引线膜和设置在所述第一引线膜上的第二引线膜，所述吸气单元插置于所述第一引线膜与所述第二引线膜之间。

6.根据权利要求5所述的电池单元，

其中，所述第二引线膜的厚度为100μm至300μm。

7.根据权利要求1所述的电池单元，

其中，所述吸气单元包括选自氧化钙(CaO)、氧化钡(BaO)、氯化锂(LiCl)、二氧化硅(SiO₂)、钙(Ca)和钡(Ba)中的至少一种吸湿材料。

8.根据权利要求7所述的电池单元，

其中，所述吸气单元包含粘合剂材料，所述粘合剂材料包括选自聚烯烃基聚合物、丙烯酸基聚合物和氟基聚合物中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的电池单元，

其中，所述引线膜包含聚烯烃基材料。

10.根据权利要求1所述的电池单元，

其中，所述引线膜被配置为围绕所述电极引线的上部、所述电极引线的下部以及所述电极引线的将所述上部和所述下部连接的侧表面的全部。

11.根据权利要求1所述的电池单元，

其中，所述吸气单元的厚度为50μm至150μm。

12.根据权利要求1所述的电池单元，

其中，所述吸气单元的透气率为1.6e⁵巴勒至1.6e⁷巴勒。

13.根据权利要求1所述的电池单元，

其中，所述吸气单元的所述第一端暴露于所述密封部分的外侧的面积大于所述吸气单元的所述第二端暴露于所述密封部分的内侧的面积。

14.根据权利要求1所述的电池单元，

其中，所述引线膜的第一端与最外端之间的宽度为2mm或更大。

15.根据权利要求1所述的电池单元，

其中，在60℃，所述引线膜的透气率为20巴勒至60巴勒。

16.根据权利要求1所述的电池单元，

其中，在25℃、50％RH的条件下，所述引线膜的透湿量在10年内为0.02g至0.2g。

17.一种制造电池单元的方法，所述制造电池单元的方法包括以下步骤：

制备电极组件和电连接到被包括在所述电极组件中的电极接头的电极引线；

将所述电极组件安装在电池壳体的容纳部分中，使得所述电极引线在所述电池壳体的向外方向上突出；以及

密封所述电池壳体的外周以形成密封部分，

其中，制备电极组件的步骤包括：

将引线膜附接到所述电极引线以位于所述电极引线的上部和下部的至少一个中的与所述密封部分对应的区域中；以及

在所述电极引线上涂覆吸气树脂以形成吸气单元，

其中，所述吸气单元包括朝向所述电池壳体外部的第一端和朝向所述电池壳体内部的第二端，并且

其中，所述第一端被所述引线膜覆盖并且未被所述密封部分覆盖。

18.根据权利要求17所述的制造电池单元的方法，

其中，所述吸气树脂包括：

选自氧化钙(CaO)、氧化钡(BaO)、氯化锂(LiCl)、二氧化硅(SiO₂)、钙(Ca)和钡(Ba)中的至少一种吸湿材料；以及

粘合剂材料，所述粘合剂材料包括选自聚烯烃基聚合物、丙烯酸基聚合物和氟基聚合物中的至少一种。

19.根据权利要求17所述的制造电池单元的方法，

其中，所述第二端未被所述引线膜覆盖并且不与所述密封部分交叠。

20.一种电池模块，所述电池模块包括根据权利要求1所述的电池单元。

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