JP2010157510A - 二次電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】電極タブを様々な形状に折曲して電極タブの剛性(Rigidity)を向上させることで、外部荷重に対する電極タブの変形を防止することができ、定位置からの離脱を防止することができる二次電池を提供する。
【解決手段】二次電池100は、パウチ200と、第1電極板310、第2電極板320、及び、第1電極板と第2電極板との間のセパレータ330を含み、パウチ内に位置する電極組立体300と、電極組立体から延びた第1電極タブ400及び第2電極タブ500を含み、パウチから突出した第1電極タブまたは第2電極タブのうち少なくとも何れか一つの領域は長手方向に沿って平らでないことを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、二次電池に関する。
リチウムイオン二次電池は、外形によって角形二次電池、円筒形二次電池、パウチ形二次電池に区分できる。特に、パウチ形二次電池は電極組立体及び電極組立体を囲むパウチからなり、保護回路モジュール及びケースなどがさらに装着されて電池パックとして組み立てられることができる。
本発明の目的とするところは、二次電池の電極タブに折曲線または突出部を形成して電極タブの剛性(Rigidity)を向上させることで、外部荷重に対して変形を防止した電極タブを含む二次電池を提供することにある。
また、本発明が解決しようとする課題は以上で言及した技術的課題に限定されず、言及されなかったまた他の技術的課題は下記の記載から本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者であれば明確に理解できるはずであろう。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、パウチと、第1電極板、第2電極板及び上記第1電極板および第2電極板の間のセパレータを含み、上記パウチ内に位置する電極組立体と、上記電極組立体から延びた第1電極タブ及び第2電極タブを含み、上記パウチから突出した上記第1電極タブまたは上記第2電極タブのうち少なくとも何れか一つの領域は長手方向に沿って平らでないことを特徴とする二次電池が提供される。
また、上記第1電極タブまたは上記第2電極タブの少なくとも何れか一つには、長手方向に沿って折り曲げ部が形成されてもよい。
また、上記折り曲げ部は、上記パウチから突出した上記電極タブの上記領域の全体に長手方向に沿って形成されてもよい。
また、上記領域は、その短手方向に沿った断面がV形状、W形状、またはC形状を有すつものであってもよい。
また、上記領域は、その短手方向に沿った断面が弧形状を有するものであってもよい。
また、上記領域は多数の山部および谷部を含むものであってもよい。
また、上記領域はその短手方向に沿った断面が正弦波形状を有するものであってもよい。
また、上記第1電極タブの幅及び上記第2電極タブの幅は2mm〜6mmであってもよい。
また、上記パウチから突出した二つの上記第1電極タブ及び上記第2電極タブの領域は長手方向に沿って両方とも平らでないものであってもよい。
また、上記第1電極タブまたは上記第2電極タブの少なくとも何れか一つには、少なくとも一つの凹部が形成されてもよい。
また、上記第1電極タブまたは上記第2電極タブの少なくとも何れか一つには、多数の窪みが形成されてもよい。
上記多数の窪みは、上記パウチの外側に位置する第1電極タブまたは上記第2電極タブの少なくとも何れか一つの領域全体に形成されてもよい。
以上説明したように本発明によれば、電極タブを様々な形状に折曲して電極タブの剛性(Rigidity)を向上させることで、外部荷重に対する電極タブの変形を防止することができ、定位置からの離脱を防止することができる二次電池を提供することができる。また、上述した効果によって、二次電池の予備充電時に電極タブと予備充電器との接触不良を減らすことができ、電極タブを保護回路モジュールに溶接する時、保護回路モジュールの端子部と電極タブとの溶接誤差を最小化することができる。
本発明の一実施例にかかる二次電池の分解斜視図である。 本発明の一実施例にかかる二次電池の正面図である。 本発明の一実施例にかかる電極タブの斜視図である。 本発明の一実施例にかかる二次電池及び予備充電器の斜視図である。 本発明の一実施例にかかる二次電池及び予備充電器の斜視図である。 本発明の他の一実施例にかかる二次電池の正面図である。 本発明のまた他の実施例にかかる電極タブの断面図である。 本発明のまた他の実施例にかかる電極タブの断面図である。 本発明のまた他の実施例にかかる電極タブの断面図である。 本発明のまた他の実施例にかかる電極タブの断面図である。 本発明のまた他の実施例にかかる電極タブの断面図である。 本発明のまた他の実施例にかかる電極タブの断面図である。 本発明のまた他の実施例にかかる電極タブの断面図である。 本発明のまた他の実施例にかかる電極タブの正面図である。 本発明のまた他の実施例にかかる電極タブの正面図である。 本発明のまた他の実施例にかかる電極タブの正面図である。 本発明のまた他の実施例にかかる電極タブの正面図である。 本発明のまた他の実施例にかかる電極タブの断面図である。 本発明のまた他の実施例にかかる電極タブの正面図である。 本発明のまた他の実施例にかかる電極タブの断面図である。 本発明の一実施例にかかる電極タブを折曲する方法を説明する斜視図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
図1及び図2は、本発明の一実施例にかかる二次電池100の分解斜視図及び正面図である。図3は本発明の一実施例にかかる電極タブ400の斜視図である。図1〜図3を参照すると、二次電池100はパウチ200及びパウチ200内部に収容される電極組立体300からなることができる。
前記パウチ200は、一般的に略四角形状を有し、且つ一体に形成され、短辺の長さ方向を基準に接する第1パウチ領域210と第2パウチ領域220で構成されることができる。前記第1パウチ領域210の中央には、プレス(press)加工などによって、電極組立体300が収容される溝が形成される。前記パウチ200は、ナイロン層、アルミニウム薄膜層及びポリオレフィン系の樹脂層を含む三層構造からなることができる。
前記電極組立体300は、第1電極板310と第2電極板320及び第1電極板310と第2電極板320の間に介在されるセパレータ330が渦巻(Jelly Roll)状に巻回されて形成される。電極組立体300は電解質とともにパウチ200内側に収容されて封止されることができる。
前記第1電極板310は、薄板のアルミニウム箔で形成される第1電極集電体の両面にリチウム系酸化物を主成分にする第1電極活物質が塗布されて形成される。前記第2電極板320は、薄板の銅箔で形成される第2電極集電体の両面に炭素材を主成分にする第2電極活物質が塗布されて形成される。
前記電極組立体300の第1電極板310一側には第1電極タブ400が形成され、第2電極板320の一側には第2電極タブ500が形成されることができる。渦巻形状で、第1電極タブ400と第2電極タブ500は一定間隔を置いて並列に配置される。第1電極タブ400と第2電極タブ500は、電極組立体300が保護回路モジュールと電気的に連結されるよう、第1電極タブ400と第2電極タブ500の一部がパウチ200外部に露出することができる。前記第1電極タブ400と第2電極タブ500は一般的に金属、主にアルミニウム、銅またはニッケルで形成され、電圧降下を最小化するために電気伝導度が高い必要がある。
前記第1電極タブ400及び第2電極タブ500とパウチ200の間には、第1絶縁テープ610及び第2絶縁テープ620が形成される。前記第1絶縁テープ610及び第2絶縁テープ620は、それぞれ第1電極タブ400及び第2電極タブ500がパウチ200と接触する部位に付着して、第1電極タブ400及び第2電極タブ500とパウチ200が短絡されることを防止または減少させる。以下では、第1電極板310及び第1電極タブ400が正極であり、第2電極板320及び第2電極タブ500が負極である場合を一例に挙げて説明する。上記のような場合、一般的に前記第1電極タブ400はアルミニウムで形成され、前記第2電極タブ500はニッケルで形成される。図2においてX軸方向及びY軸方向は、それぞれ第1電極タブ400及び第2電極タブ500の幅W及び長さL方向である。また、以下では、説明の便宜のために第1電極タブ400を例に挙げて説明する。また、電極タブという用語を使用する場合は、第1電極タブと第2電極タブの両方を意味する。
前記第1電極タブ400は、幅方向に切った断面がV形状を有する折曲構造からなることができる。第1電極タブ400の長さ方向の中央には治具またはプレスによって折曲線または折り曲げ部(crease)400aが形成され、折り曲げ部400aを基準に両側の第1サイドタブ400bと第2サイドタブ400cがV形状に折曲されることができる。前記第2サイドタブ400bと前記第2サイドタブ400cは、180゜未満の特定角度を成す。前記折り曲げ部400aは、第1パウチ領域210または第2パウチ領域220のうち何れかに向けることができる。
一般的に、既存の電極タブは幅が狭くて長い形状を有し、約0.1mmの厚さに非常に薄く製作される。よって、非常に小さい荷重を受ける場合にも電極タブ構造が変形されるおそれがある。また、上述した電極タブの構造的特性上、外力がない状態で変形される場合もある。これによって、電極タブが変形された状態または定位置に整列されない状態で後続工程が行われ、二次電池の不良率を高めるおそれがある。これは、電極タブの構造上、電極タブの剛性が外部荷重に比べてもっと小さいからである。
一般的に強度とは、部材や構造物が破壊されるまでその機能を維持しながら受けることができる最大荷重または応力の大きさを意味し、材料の属性を測定する固有値である。剛性とは、荷重を受ける構造物や部材が変形に抵抗する性質であって、たとえ同じ材料からなるとしても、構造物の形状と支持方法によってその値が異なるようになる。一般的に強度が大きいと剛性も大きい。強度の場合、一般的に他の材料との合金によって増大させることができるが、剛性の場合、合金だけでなく構造物の構造変更によって増大させることができる。
したがって、本発明の一実施例では、第1電極タブ400の長さL方向(長手方向ともいう)の中央に折り曲げ部400aを形成し、第1電極タブ400をV形状に形成することで、第1電極タブ400の剛性を高めることができる。第1電極タブ400がV形状の折曲構造を有する場合、第1電極タブ400の上部、正面部、後面部から外部荷重を受ける時、第1電極タブ400が平らな形状を有する場合と比べて変形され難い。これは、第1電極タブ400がV形状の構造を有することによって、第1電極タブ400の剛性が大きくなったからである。
したがって、以後第1電極タブ400が予備充電される工程、保護回路モジュールの端子部と溶接される工程、二次電池100が保護回路モジュール及びケースなどとパックされるまでのすべての移動工程などで受ける外部荷重に対して第1電極タブ400の変形が最小化されるので、二次電池100製造時の不良率を減らすことができる。
図4及び図5は本発明の一実施例にかかる二次電池100及び予備充電器810、820の斜視図である。図4に示す予備充電器810は、電極タブ400、500と接する部分がブロックタイプからなり、図5に示す予備充電器820は電極タブ400、500と接する部分がピンタイプ820からなる。
図4及び図5を図3とともに参照すると、前記電極タブ400、500は二次電池100の容量によってその大きさが異なるが、一般的にその幅が4〜6mmであり、二次電池100の容量が小さい場合2〜3mmの幅を有する。よって、予備充電が行われる前に、電極タブ400、500が変形されたり、定位置からほんの少しでも離れたら、予備充電器810、820と電極タブ400、500が接触せず不良が発生する。特に、ピンタイプの予備充電器820の場合、電極タブ400、500と接触ピン821の接触する面積が小さいため、電極タブ400、500が正常に整列されていない場合は、電極タブ400、500と予備充電器820とが接触せず、不良率が大きくなるおそれがある。
しかし、電極タブ400、500をV形状に折曲することによって、予備充電前までの工程過程で電極タブ400、500の変形を最小化して、予備充電時、予備充電器810、820と電極タブ400、500との接触不良を防止または減少させることができる。
この時、第1電極タブ400を例に挙げると、第1サイドタブ400bのエッジ(edge)と第2サイドタブ400cの隣接するエッジの間の距離は0.5mm以上である。すなわち、折曲された第1電極タブ400の幅Wは0.5mm以上である。ブロックタイプ予備充電器810で、第1電極タブ400と接触する部分には四つのプローブピン811が形成されているが、第1電極タブ400は、前記四つのプローブピン811のうち少なくとも一つ以上と接触すれば充電されることができる。四つのプローブピン811のうち電極タブ400の長さLと垂直する方向に位置する二つのプローブピン811の間の間隔Nは0.5mmであるので、第1サイドタブ400bのエッジと第2サイドタブ400cのエッジの間の距離が0.5mm以上になれば、第1電極タブ400のプローブピン811と接触しないことを前もって防止することができる。
電極タブ400、500は、予備充電器810、820との接触によっても変形されるおそれがある。特に、ブロックタイプの予備充電器810は、ピンタイプの予備充電器820に比べて電極タブ400、500との接触面積が広いので、電極タブ400、500にもっと大きい荷重を伝達するようになる。これによって、電極タブ400、500が変形されたり定位置から離脱するおそれがある。
しかし、本発明の一実施例よって電極タブ400、500がV形状の折曲構造を有すると、予備充電過程で予備充電器の圧力に耐えて電極タブ400、500の変形を最小化することができ、以後二次電池100の移動過程及び保護回路モジュールとの溶接過程前まで電極タブ400、500の変形及び定位置からの離脱を最小化することができる。
図6は本発明の他の一実施例にかかる二次電池100の正面図である。図6を参照すると、本発明の他の一実施例にかかる二次電池100は、第1電極タブ400だけがV形状に折曲されることができる。図6の第1電極タブ400の形状は、図1〜図5を参照して説明した電極タブ400の形状と同一である。
前記第1電極タブ400は正極タブであって、第1電極集電体と同じ材質であるアルミニウムで形成されることができる。アルミニウムは、他の金属と比べて、特にニッケルからなる第2電極タブ400と比べて、展性及び延性が高い方であるが、強度(Strength)及び剛性(Rigidity)が低い方である。
よって、第1電極タブ400にのみ長さ方向の中央に折り曲げ部400aを形成し、電極タブ400をV形状に形成することで、電極タブ400の剛性を高めることができ、第2電極タブ700には折曲形状を形成しなくてもよい。また、図示されていないが、第2電極タブだけがV形状に形成されてもよい。よって、本発明では何れの電極タブに折曲されたV形状が形成されるかに対して限定しない。
図7〜図13は本発明のまた他の一実施例にかかる電極タブ405、410、415、420、425、430、435の断面図である。ここで、図7〜図13は電極タブを幅方向に切った断面を示している。また、図7〜図13に示す電極タブは図1〜図5に示す第1電極タブ400と比べて幅方向から見た構成だけが異なり、電極タブの外部荷重に対する変形防止及び定位置からの離脱を防止する基本的な目的及びその他の説明は図1〜図6を参照して説明したものと同一である。また、図7〜図13では電極タブの幅方向の構成が電極タブの長さ全体において同一であるが、図14〜図16に示すように電極タブの長さを基準に特定領域にのみ形成されることもできる。以下では、説明の便宜のために第1電極タブを例に挙げて説明する。
図7を参照すると、本発明のまた他の実施例にかかる第1電極タブ405を幅方向に切った断面は第1電極タブ405の幅全体的に一定の曲率を有するように形成される。前記第1電極タブ405は、一定曲率を有するように形成されているので、外部荷重を受けてもその荷重を均一に分散させて第1電極タブ405の変形を最小化することができる。
図8を参照すると、本発明のまた他の実施例にかかる第1電極タブ410を幅方向に切った断面は第1電極タブ410の長さ方向を基準に3箇所に形成された折り曲げ部410a、410b、410cを含むことができる。三つの折り曲げ部(山部および谷部)410a、410b、410cを基準に第1電極タブ410は幅方向断面がW形状を有することができる。
前記第1電極タブ410は図1〜図5の第1電極タブ400と比べて2回多く折曲されたので、外部荷重に対する第1電極タブ410の変形を防止できる効果がもっと大きい。
図9〜図11を参照すると、本発明のまた他の実施例にかかる第1電極タブ415、420、425を幅方向に切った断面において、第1電極タブ415、420、425の幅方向の中央領域Cには突出部415a、420a、425aが形成されることができる。突出部415a、420a、425aは、第1電極タブ415、420、425の長さ方向の中央で治具またはプレスによって加工されることができる。突出部415a、420a、425aは、第1電極タブ415、420、425の幅方向に切った断面の形状が曲率を有する弧、四角形状または三角形状を有することができる。この時、突出部415a、420a、425aを形成するための治具またはプレスの形状は突出部415a、420a、425aの形状と同一であることができる。
図12及び図13を参照すると、本発明のまた他の実施例にかかる第1電極タブ430、435を幅方向に切った断面は、ウォッブル形状またはジグザグ形状を有することができる。この時、図12に示す第1電極タブ430は曲率を有するウォッブルまたはジグザグ形状からなり、図13に示す第1電極タブ435は折曲される部位に一定角度を成すウォッブルまたはジグザグ形状を有することができる。図12及び図13には第1電極タブ430、435のウォッブルまたはジグザグ形状が規則的に形成されているが、不規則的に形成されてもよい。
図14〜図16は本発明の一実施例及びまた他の一実施例にかかる電極タブ450、455、460の正面図である。図14〜図16に示す電極タブは図1〜図5に示す電極タブ400、500と比べて、折り曲げ部が電極タブの長さ方向を基準に形成される位置及び折り曲げ部の長さのみが異なり、電極タブの外部荷重に対する変形防止及び定位置からの離脱を防止する基本的な目的及びその他の説明は図1〜図6を参照して説明したものと同一である。また、図14〜図16に示す電極タブにおいて、電極タブの幅方向断面がV形状であるが、図7〜図13を参照して説明している幅方向の断面構造を有することもできる。以下では、説明の便宜のために第1電極タブを例に挙げて説明する。
図14を参照すると、本発明のまた他の一実施例にかかる第1電極タブ450は、長さを基準に第1電極タブ450の上部領域L1、中央領域L2及び下部領域L3に区分することができる。第1電極タブ450の上部領域L1は第1電極タブ450の上端から1/3地点までに該当し、中央領域L2は上端の1/3地点から2/3地点までに該当し、下部領域L3は上端の2/3地点から絶縁テープ610の上端までに該当する。
第1電極タブ450は、第1電極タブ450の折り曲げ部450a及びV形状に折曲された構造が上部領域L1と中央領域L2に形成されることができる。前記下部領域L3よりも下方に位置する第1電極タブ450の一部はパウチ及び絶縁テープ610によって支持されることができる。よって、パウチ及び絶縁テープ610が絶縁テープ610から外部に露出する前までの第1電極タブ450の一部を支持しているので、下部領域L3に該当する第1電極タブ450には折り曲げ部及びV形状の折曲構造が形成されなくても剛性を維持することができる。
図15を参照すると、本発明のまた他の実施例にかかる第1電極タブ455は、長さを基準に上部領域L4及び下部領域L5に区分することができる。第1電極タブ455の上部領域L4は第1電極タブ455の上端から1/2地点までに該当し、下部領域L5は第1電極タブ455の上端の1/2地点から絶縁テープ610の上端までに該当する。
前記第1電極タブ455において、折り曲げ部455a及びV形状構造が上部領域L4に形成されることができる。前記下部領域L5よりも下方に位置する第1電極タブ455の一部は、パウチ及び絶縁テープ610によって支持されることができる。よって、パウチ及び絶縁テープ610が絶縁テープ610から外部に露出する前までの第1電極タブ455の一部を支持しているので、下部領域L5に該当する第1電極タブ455には折曲線及びV形状の折曲構造が形成されなくても剛性を維持することができる。
図16を参照すると、本発明のまた他の実施例にかかる第1電極タブ460に折り曲げ部460a及びV形状構造がランダムに位置することができる。折り曲げ部460a及びV形状は、第1電極タブ460の剛性を高めることができる構造であれば、その位置、大きさ、形状は特に限定されない。
図17a及び図17bは本発明のまた他の実施例にかかる電極タブの正面図及び断面図である。本実施例において、電極タブ470は上記の実施例のように平らな形状を有しない。しかし、この場合、簡単な折曲線または折り曲げ部が形成されない。その代わり、前記電極タブ470は一連の略四角形状の凹部475を含む。このような凹部475は上記の実施例に用いられた折曲線または折り曲げ部と類似の方式で電極タブ470に剛性を提供する。
ここで、前記凹部475は略四角形状を有するが、その他様々な形状を適切に用いることができる。さらに、本実施例で前記凹部は3個の列(column)及び11個の行(row)に配列されているが、もっと多いか個数またはもっと小さい個数の列及び行も可能である。
図18a及び図18bは本発明のまた他の実施例にかかる電極タブの正面図及び断面図である。本実施例で、電極タブ480は一つの四角形状の凹部485を含む。前記凹部485は上記の実施例と類似の方式で前記電極タブ480の剛性を向上させる。同様に、このような電極タブは平らな形状を有しない。ここで、前記凹部は略四角形状を有するが、他の多くの形状に形成されることができる。
図19は本発明の一実施例にかかる電極タブ400、500を折曲する方法を説明する斜視図である。図19を参照すると、電極組立体300はパウチ200によってシーリングされた後、パウチ200外部に突出した部分が治具またはプレス900によって圧着されることができる。本発明の一実施例では、電極タブ400、500にV形状を形成するために治具またはプレス900が鋸歯(または三角)形状を有する。しかし、治具またはプレスを図7〜図13に適合するように製作することで、図7〜図13の電極タブの形状に形成することができる。
折曲された電極タブ400、500は保護回路モジュール(図示せず)の端子部(図示せず)との結合時に溶接用治具によって圧着されて平らに形成されることができる。
上述した本発明の様々な実施例にかかる電極タブの折曲構造は電極タブの剛性を高めて電極タブの変形及び定位置からの離脱を最小化することができる。これによって、電極タブの予備充電または保護回路モジュールとの溶接過程時、電極タブが定位置で該当工程を経ることによって、二次電池の不良率を減少させることができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
100:二次電池
200:パウチ
210:第1パウチ領域
220:第2パウチ領域
300:電極組立体
310:第1電極板
320:第2電極板
330:セパレータ
400:第1電極タブ
500:第2電極タブ
610:第1絶縁テープ
620:第2絶縁テープ

Claims (12)

  1. パウチと、
    第1電極板、第2電極板及び前記第1電極板および第2電極板の間のセパレータを含み、前記パウチ内に位置する電極組立体と、
    前記電極組立体から延びた第1電極タブ及び第2電極タブを含み、
    前記パウチから突出した前記第1電極タブまたは前記第2電極タブのうち少なくとも何れか一つの領域は長手方向に沿って平らでないことを特徴とする二次電池。
  2. 前記第1電極タブまたは前記第2電極タブの少なくとも何れか一つには、前記長手方向に沿って折り曲げ部が形成されたことを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
  3. 前記折り曲げ部は、前記パウチから突出した前記電極タブの前記領域の全体に前記長手方向に沿って形成されたことを特徴とする請求項2に記載の二次電池。
  4. 前記領域は、前記長手方向と直交する方向に沿った断面がV形状、W形状、またはC形状を有することを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
  5. 前記領域は、前記長手方向と直交する方向に沿った断面が弧形状を有することを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
  6. 前記領域は多数の山部および谷部を含むことを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の二次電池。
  7. 前記領域は前記長手方向と直交する方向に沿った断面が正弦波形状を有することを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
  8. 前記第1電極タブの幅及び前記第2電極タブの幅は2mm〜6mmであることを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
  9. 前記パウチから突出した二つの前記第1電極タブ及び前記第2電極タブの領域は長手方向に沿って両方とも平らでないことを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
  10. 前記第1電極タブまたは前記第2電極タブの少なくとも何れか一つには、少なくとも一つの凹部が形成されたことを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
  11. 前記第1電極タブまたは前記第2電極タブの少なくとも何れか一つには、多数の窪みが形成されることを特徴とする、請求項1に記載の二次電池。
  12. 前記多数の窪みは、前記パウチの外側に位置する第1電極タブまたは前記第2電極タブの少なくとも何れか一つの領域全体に形成されたことを特徴とする請求項11に記載の二次電池。
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