JP2012099253A - 単電池 - Google Patents

Abstract

【課題】単電池において、電極板を有する積層体と電極端子との接触抵抗を減らす。
【解決手段】本発明の単電池は、貫通孔１０ａが形成された電池容器２と、複数の電極板６、７を有して電池容器２に収容された積層体３と、貫通孔１０ａに配置される軸部４０、および、この軸部４０よりも外形が大きく電池容器２の内部に配置されるとともに複数の電極板のうちの１以上の電極板と電気的に接続される拡径部４１、を含む電極端子４と、を具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、単電池に関する。

充放電可能な単電池は、電気自動車や定置用電源装置、発電装置等の各種の電池システムに用いられている。この単電池の一例として、例えば特許文献１に開示されているリチウムイオン二次電池が挙げられる。

特許文献１のリチウムイオン二次電池は、電池ケース及び蓋体の内部に電極体が収容された構造である。電極体は、正極と負極の電極板がセパレータを介して対向された構造である。正極と負極の電極板は、それぞれ集電タブ及び集電板（後述する「導電部材」に相当）が、蓋体の外部に一部が露出した電極端子と、電池ケース内において物理的に接続される。これにより、上記電極端子と上記電極体との電気的な接続が確保されている。

このような単電池は、単体で使用される他に、複数の単電池を接続した組電池として使用されることもある。組電池において複数の単電池を電気的に接続するには、例えばバスバー等の配線部材を用いて、複数の単電池間で電極端子同士を互いに導通させる。この組電池が搭載された電池システムにおいては、充放電反応により生じる電流が電極体から電極端子を流れ、さらにこの電極端子と電気的に接続された電力負荷（電気モータ等）へと供給される。

特開２００８−２７００８６号公報

上記した特許文献１には、以下に示す課題が存在する。すなわち、電池システムに用いられる単電池は高出力・高容量であることはもちろん望ましいが、これらの性能に劣後しないほど安全性が高いことも重要となる。しかしながら、特許文献１に開示された接続構造では電極端子と導電部材とが接続されるが、これらはそれぞれ別部材として構成されている。そのため、その接触圧を高めたとしても、依然として接触抵抗が相対的に高い値となってしまう。そして、電極端子と電極体側との接触抵抗が高くなるほど、単電池の電気特性が低下してしまう。

より具体的には、電池システムはユーザからの操作に応じて必要な電力を単電池に要求するが、接触抵抗の増加した単電池では、要求された電力によっては当該単電池に過大な負荷がかかることがある。この場合において、接触抵抗が増加した単電池が過大な負荷の下で必要な電力の供給を続けると、単電池の昇温が顕著になってしまう。この昇温によって高温環境下に置かれた単電池は、内部に収容された電解液等の劣化が促進されてしまう。

その結果として、単電池の電池特性が低下してしまい、たとえ高出力・高容量の単電池を実現したとしても、その性能を充分に発揮することが困難となる。また、このような単電池にて突然の出力低下などが生じた場合などは、上述した安全性の確保を阻害する一因ともなりかねず、単電池の安全確保に要するコストが増加してしまうこと等の不都合を招くおそれもある。

本発明は、上述の事情を一例に鑑み成されたものであって、電極端子と、電池容器に収容された複数の電極板を有する積層体との間に生じる接触抵抗を減らすことが可能な単電池を提供することを目的とする。

本発明の一態様の単電池は、貫通孔が形成された電池容器と、複数の電極板を含んで前記電池容器に収容された積層体と、前記貫通孔に配置される軸部および前記軸部より外形を大にして前記電池容器の内部に配置されるとともに前記積層体と物理的に接触する拡径部を含む電極端子と、を具備することを特徴とする。

上記の単電池にあっては、電池容器の内部に配置される拡径部と積層体の一部とが電気的に接続されるようにしたので、拡径部によって拡径した分だけ電気的な接触抵抗を減らすことができる。ここで、「拡径部」とは、電極端子の部位のうち、その径が拡張されて直接的に積層体（例えば１以上の電極板や、リード等の導電部材）と接触して電気的に接続される箇所をいう。すなわち、「拡径部と積層体の一部とが電気的に接続される」態様は、積層体を構成する電極板の一部（後述する電極タブ）が直接的に拡径部と接続されている態様や、積層体に含まれる上記導電部材が直接的に拡径部と接続されている態様を含む。

本発明によれば、電極端子と、電池容器に収容された複数の電極板を有する積層体との間に生じる接触抵抗を減らすことができる。

本実施形態に係る単電池を示す構成図である。 本実施形態に係る単電池を示す断面図である。 本実施形態に係る積層体の平面図である。 本実施形態に係る電極端子の接続構造であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は本実施形態に係る単電池のうち電極端子の接続構造の説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ変形例１の電極端子の接続構造を示す図、変形例２の電極端子の接続構造を示す図である。 （ａ）は変形例３の電極端子を示す平面図、（ｂ）は変形例３の電極端子を示す断面図である。 （ａ）は変形例４の電極端子を示す平面図、（ｂ）は変形例４の電極端子を示す断面図である。 （ａ）は変形例５の電極端子を示す平面図、（ｂ）は変形例５の電極端子を示す断面図である。 （ａ）は変形例６の電極端子を示す平面図、（ｂ）は変形例６の電極端子を示す断面図である。 （ａ）は変形例７の電極端子を示す平面図、（ｂ）は変形例７の電極端子を示す断面図である。 変形例８に係る単電池のうちの導電部材の構造を示す平面図である。 変形例８に係る単電池のうちの電極端子の接続構造であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

以下、図面を参照しつつ実施形態及び各変形例について説明する。説明に用いる図面において、各種構造の寸法や縮尺を実際と異ならせていることがある。以下の実施形態及び各変形例において、同様の構成要素については、同じ符号を付して図示して重複する説明を省略することがある。以下の実施形態及び各変形例において、電極端子の構造、電極板と電極端子の接続構造、電極端子と電池容器との接続構造等については、正極端子を例に説明することがあるが、負極端子に適用することもできる。

図１は本実施形態に係る単電池を示す構成図、図２は図１のＡ−Ａ’線断面図、図３は本実施形態に係る積層体の平面図である。図１に示すＸＹＺ直交座標系において、Ｘ方向は正極板と負極板との積層方向である。Ｙ方向及びＺ方向は、それぞれＸ方向と直交し、互いに直交する方向である。なお、本明細書では、Ｚ方向を「単電池の高さ方向」と称することがある。

図１〜図３に示す単電池１は、バスバー等の電気接続部材を用いて複数組み合せた組電池として、電池システムに搭載される。電池システムは、例えば、電力負荷である電気モータに車輪を接続したフォークリフトなどの産業車両、電車、または電気自動車などの移動体、並びに電力負荷である電気モータにプロペラまたはスクリューを接続した飛行機または船などの移動体であってよい。さらに、電池システムは、例えば家庭用の電力貯蔵システムや、風車や太陽光のような自然エネルギー発電と組み合わせた系統連系円滑化蓄電システムなどの定置用のシステムであってもよい。すなわち、本明細書で開示する電池システムとは、組電池を構成する複数の単電池１による電力の充放電を利用して稼動するシステムの総称である。

本実施形態の単電池１として、複数の正極板と複数の負極板がセパレータを介して交互に積層された積層型リチウムイオン二次電池を例にして説明する。しかしながら、この積層型リチウムイオン二次電池に限定されず、それぞれ帯状の正極板と負極板がセパレータを介して捲回された捲回型のリチウムイオン二次電池や、一次電池を含む他の電池にも適用が可能である。以下、本実施形態の単電池１の構成要素について詳しく説明する。

単電池１は、電池容器２、積層体３、正極の電極端子（以下、正極端子４という）、及び負極の電極端子（以下、負極端子５という）を備える。単電池１は、例えば金属製（アルミニウム等）の電池容器２の内部に、積層体３及び図示略の電解液が収容された状態で使用される。

電池容器２は、容器本体９及び蓋体１０を有する。本実施形態の容器本体９は、開口９ａを有する略方形状の容器である。蓋体１０は、容器本体９の開口９ａを塞いでいる。この蓋体１０が、容器本体９と溶接等によって接合されることで、電池容器２は密閉される。なお、本発明の適用範囲は、電池容器２の形状や材質に限定されない。電池容器２の外面や内面に、絶縁性の塗料等で塗装が施されていてもよい。

本実施形態の積層体３は、複数の正極板６、複数の負極板７、セパレータ８、導電部材２５、及び導電部材３５を含む。積層体３は、セパレータ８を挟んだ正極板６と負極板７が複数積層された状態で電池容器２内に収容されることにより構成されている。

セパレータ８は、多孔質の樹脂フィルム等（ポリプロピレンやポリエチレンなどであり、以下「フィルム状の樹脂部材」と称する）によって形成されている。このセパレータ８は、負極板７を挟んで互いに対向するフィルム状の樹脂部材が、縁部同士で融着（溶融して接着）された袋状に形成されている。本実施形態では、負極板７が袋状のセパレータ８に包まれており、負極板７を包んだセパレータ８と正極板６とが交互に積層されている。

このように、正極板６と負極板７とがセパレータ８を介することで互いに接触しないようになっており、正極板６と負極板７との短絡が防止されている。なお、正極板６がセパレータ８に包装されていてもよい。また、セパレータ８は、必ずしも袋状となっている必要はなく、正極板６と負極板７との間ごとに独立したフィルム状の樹脂部材を介在させる構成であっても構わない。

図２及び図３に示すように、それぞれの正極板６は、集電材１７及び電極活物質層１８を有している。集電材１７は、例えばアルミニウム等からなる導電性の薄板やシート状の部材である。本実施形態の集電材１７は、アルミニウムで構成されて、矩形の本体部１９及びタブ２０を有する。

電極活物質層１８は、上記した集電材１７のうち本体部１９の両面に形成されている。電極活物質層１８は、正極活物質で形成されている。正極活物質は、電池容器２の内部に貯留される電解液の種類等に応じて適宜選択される。本実施形態の正極活物質としては、例えば三元系材料LiNixCoyMnzO2 (x+y+z=1)が例示される。

タブ２０は、本体部１９の周縁の一部から延びるように、当該本体部１９と一体に形成されている。本実施形態では、タブ２０は、本体部１９から正極端子４に向かって突出している。なお、図３では、本体部１９の表面とほぼ平行な平面内に、タブ２０及び導電部材２５を展開して図示している。

また、タブ２０は、積層方向（Ｘ方向）と交差する面内（ＹＺ面内）に、電極活物質層１８の非形成領域を有している。タブ２０は、ＹＺ面内の少なくとも一部の領域で、その表面に集電材１７が露出している。本実施形態では、タブ２０の表裏両面のほぼ全域が電極活物質層１８の非形成領域となっている。なお、本体部１９の一部に電極活物質層１８が形成されていなくとも構わない。また、タブ２０の一部に電極活物質層１８が形成されていても構わない。

導電部材２５の一端部２６（導電部材２５のうち、タブ２０側である一方の端部から所定の位置）は、正極板６のタブ２０（正極板６のうち電極活物質層１８の非形成領域）と接合されている。より具体的には、複数の正極板６のタブ２０は、束ねられた状態で、超音波溶接によって導電部材２５の一端部２６と溶接されている。この導電部材２５は、導電材料（例えばアルミニウムなど）からなる帯状の部材であり、例えばリード等である。複数の正極板６は、導電部材２５を介して、正極端子４と電気的に接続されている。

導電部材２５の他端部２７（例えば導電部材２５の他方の端部から上記一方の端部に向けた所定の領域）は、正極端子４と面接触（後述）するように、リベット接合によって正極端子４と接合される。したがって本実施形態では、導電部材２５の他端部２７に、リベット軸部４４（後述）が挿通される孔２８が設けられている。

このように、本実施形態の正極板６は、導電部材２５を介して、正極端子４と電気的に接続されている。導電部材２５とタブ２０との接合や、導電部材２５と正極端子４との接合には、上記の手法の他、例えばネジ止め、カシメ等の公知の手法を用いることができる。

負極板７は、導電性の薄板やシートであり、集電材３０及び電極活物質層３１を有する。負極板７の面積は、正極板６の面積と同じでもよいし、異なっていてもよい。本実施形態では、負極板７において電極活物質層３１が形成されている領域が、正極板６において電極活物質層１８が形成されている領域よりも大面積である。これにより、電解液中のイオンが負極板７に析出することが抑制される。

本実施形態の集電材３０は、正極板６の集電材１７と異なる導電性材料（例えば銅）によって形成されている。なお、負極板７の集電材３０を、正極板６の集電材１７と同じ材質にしてもよい。

集電材３０は、本体部３２及びタブ３３を有する。図３では、正極板６と同様に、本体部３２の表面とほぼ平行な平面内に、タブ３３を展開して図示している。このうち、本体部３２の両面には、電極活物質層３１が形成されている。電極活物質層３１は、負極活物質で形成されている。負極活物質は、電池容器２の内部に貯留される電解液の種類等に応じて適宜選択されるが、例えばカーボン材料（人造黒鉛、天然黒鉛等）が例示される。

タブ３３は、ＹＺ面内の少なくとも一部の領域で、その表面に集電材３０が露出している。本実施形態では、タブ３３の表裏両面のほぼ全域が電極活物質層３１の非形成領域である。なお、本体部３２の一部に電極活物質層３１が形成されていなくとも構わない。また、タブ３３の一部に電極活物質層３１が形成されていても構わない。正極板６の場合と同様に、複数の負極板７のタブ３３は、束ねられた状態で、超音波溶接によって導電部材３５の一端部３６と溶接されている。

導電部材３５は、導電部材２５と同様の形状であり、板状の金属材料（例えば銅など）で形成されている。導電部材３５は、導電部材２５に対して形状及び材質を同様とする他、これらのうち少なくとも一方が導電部材２５と異なっていても構わない。一方、導電部材３５の他端部３７は、負極端子５と面接触するように、例えばリベット接合によって負極端子５と接合される。したがって本実施形態では、導電部材３５の他端部３７に、リベット軸部４４（後述）が挿通される孔３８が設けられている。

このように本実施形態では、複数の負極板７は、導電部材３５を介して、負極端子５と電気的に接続されている。導電部材３５とタブ３３との接合や、導電部材３５と負極端子５との接合には、上記した例に限られず種々の公知の手法（ネジ止めやカシメなど）を用いることができる。

次に本実施形態の特徴部である電極端子の構造について説明する。本実施形態では、正極端子４と負極端子５は共通の構造を取ってもよく、以下においては正極端子４を例にして説明する。本実施形態の正極端子４は、中心軸が単電池の高さ方向と平行な略円柱形状の金属材料によって形成されている。この正極端子４は、後述する絶縁スリーブ１２を介して蓋体１０に固定されている。

図４（ａ）は、電池容器の内部側から見た電極端子及び導電部材の平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。
本実施形態の正極端子４は、軸部４０、拡径部４１、及びリベット部４２を有している。軸部４０は、蓋体１０に形成された貫通孔１０ａに挿通されている。蓋体１０から電池容器２の外部に突出した部分の軸部４０は、正極端子４の一端部１３を構成している。一端部１３は、正極端子４のうちＺ方向の負から正に向かう方向における端部の側であり、電池容器２の外部に配置されている。本実施形態において、一端部１３は、蓋体１０から蓋体上面の法線方向に突出している。一方で、正極端子４の他端部１４（上記端部の側とは反対の側）は、電池容器２の内部に配置されている。他端部１４は、拡径部４１及びリベット部４２から構成され、電池容器２の内部に配置されている。

本実施形態の軸部４０は、略円柱状である。すなわち、図４（ｂ）に示すように、軸部４０は、一端部１３において、二つの直径Ｄ３、Ｄ４（Ｄ３＜Ｄ４）を有する部位からなる。このうち直径Ｄ３を有する部位は、この軸部４０における軸方向を基準とした場合に、直径Ｄ４を有する部位よりもリベット部４２から離れた位置となっている。また、直径Ｄ４を有する部位は、拡径部４１に接続（本実施形態ではこれらが一体に形成）されている。なお、軸部４０は、一端部１３において必ずしも二つの直径Ｄ３、Ｄ４を有する必要はなく、一つの直径（例えばＤ４）を有する円柱状となっていてもよい。

軸部４０の軸方向は、正極端子４の上記軸方向と同じである。軸部４０の径方向は、軸部４０の軸方向と直交している。本実施形態の拡径部４１は、ＸＹ平面上で、円板状となっている。この拡径部４１は、軸部４０から貫通孔１０ａの内周よりも外側に張り出している。すなわち、本実施形態では、軸部４０の軸方向周りの全周にわたり、拡径部４１の外周が貫通孔１０ａの内周よりも外側に張り出している。これにより、導電部材２５と拡径部４１との接触面積を確保することが容易になる。

なお、軸部４０の軸方向周りで、拡径部４１の外周の一部が貫通孔１０ａの内周よりも内側に配置されていても構わない。例えば、Ｚ方向から平面視した場合に、軸部４０の軸と、拡径部４１の中心とが異なっていてもよい。すなわち、Ｚ方向から平面視した場合に、拡径部４１の中心が軸部４０の軸から導電部材２５の一端部２６側にずれるように、拡径部４１を形成してもよい。これによれば、拡径部４１と導電部材２５とがより広範に面接触させることができ、接触抵抗を低下させることができる。

この拡径部４１の径方向は、正極端子４の軸方向に直交する方向である。本実施形態の拡径部４１の外径Ｄ１は、貫通孔１０ａの径方向の内径Ｄ２よりも大きい。拡径部４１は、貫通孔１０ａの端縁を向く面（以下、上面４１ａという）と、貫通孔１０ａの端縁とは反対側を向く面（以下、下面４１ｂという）を有している。

本実施形態の拡径部４１の下面４１ｂは、略平面（略平坦）である。拡径部４１の下面４１ｂは、導電部材２５の他端部２７と面接触している。ここで、本実施形態でいう「面接触」とは、少なくとも電極端子の軸部の軸方向と直交する方向における断面積よりも広い面積を以って、導電部材の他端部と電極端子が互いに接触している態様をいう。本実施形態では、軸部４０の軸方向に直交する面において、軸部４０の断面積よりも貫通孔１０ａに囲まれる領域の面積の方が大きい。また、拡径部４１の下面４１ｂの面積は、軸部４０の軸方向に直交する面内で、貫通孔１０ａに囲まれる領域の面積よりも大きい。また、軸部４０の軸方向に直交する面内で貫通孔１０ａに囲まれる領域の面積よりも、拡径部４１の下面４１ｂと導電部材２５との接する面積の方が大きい。

なお、軸部４０の軸方向と交差する面における、軸部４０の断面形状や拡径部４１の断面形状、貫通孔１０ａの形状については、多角形や楕円形、輪郭が自由曲線である形状、輪郭が直線及び曲線を含んだ形状等のいずれでも構わない。また、軸部４０の外径や拡径部４１の外径、貫通孔１０ａの内径は、正極端子４の軸方向で連続的又は段階的に変化していてもよい。

本実施形態の拡径部４１は、軸部４０と連続している。本実施形態の軸部４０及び拡径部４１は、鋳型成形等によって一体に形成されている。

リベット部４２は、拡径部４１に対して軸部４０と反対側に、これら軸部４０及び拡径部４１と一体として設けられている。このように、本実施形態の正極端子４は、軸部４０、拡径部４１及びリベット部４２が一体に形成されている。したがって、軸部４０、拡径部４１及びリベット部４２の間に実質的に界面がなく、軸部４０乃至リベット部４２の間で実質的に接触抵抗が増加する要因が存在しない。

本実施形態のリベット部４２は、リベット軸部４４及びリベット頭部４５を有している。リベット軸部４４は、正極端子４の一端部１３から他端部１４に向う方向に、拡径部４１から突出している。リベット軸部４４は、導電部材２５の他端部２７に設けられた孔２８に挿通されている。リベット頭部４５は、正極端子４の一端部１３から他端部１４に向う方向における、リベット部４２の先端部である。リベット頭部４５は、リベット軸部４４と連続している。リベット頭部４５は、リベット軸部４４の径方向に張り出している。

本実施形態では、導電部材２５とリベット頭部４５との間に、リング状の座金４３が配置されている。座金４３は、金属製の導電部材であり、Ｚ方向から平面視した場合の外形が略円状となっている。リベット頭部４５は、リベット軸部４４の径方向に、座金４３の内周よりも外側に張り出している。リベット頭部４５は、正極端子４の他端部１４から一端部１３に向う方向に、座金４３を押圧している。本実施形態では、導電部材２５の他端部２７の平面形状（円形）が、座金４３の平面形状（円形）とほぼ同じである。拡径部４１と座金４３は、導電部材２５を挟み込んで、互いに押し合わされている。これにより、導電部材２５は、拡径部４１に締結されて密着している。

なお、座金４３の外形は、Ｚ方向から平面視した場合に、軸部４０の外形以上であることが望ましい。例えば、座金４３の外形を、Ｚ方向から平面視した場合に、軸部４０の外形以上であって、且つ、後述する拡径部５０の平板部５２の外形以下であるように設定してもよい。仮に座金４３の上記外形を平板部５２の外形より大きく設定した場合には、平板部５２の外延が導電部材２５と干渉する可能性が生じてしまい、これにより導電部材２５が損傷するおそれも出てきてしまう。一方で上記態様によれば、比較的外形の大きな座金４３と平板部５２により、導電部材２５の損傷を回避するとともに導電部材２５を広範な面積を以って挟み込むことが可能となり、接触抵抗を低下させつつ導電部材２５をより確実に正極端子４に接続させることができる。

なお、リベット部４２が、軸部４０及び拡径部４１とは別の部材で構成されて、導電部材２５を拡径部４１に締結していてもよい。この場合には、例えば、リベット部に代えてネジを用いるとともに、当該ネジが締結可能なように少なくとも拡径部４１にネジ穴が設けられているものを用いる。これにより、拡径部４１と上記のネジの頭部とで導電部材２５を挟みこむように上記ネジをネジ穴に螺合することによって、導電部材２５を締結して拡径部４１と面接触させることができる。また、導電部材２５と拡径部４１とが、溶接によって互いに接合されていてもよい。この場合に、リベット部４２は省略可能である。

以上説明した正極端子４は、蓋体１０に絶縁スリーブ１２を介して取り付けられている。絶縁スリーブ１２は、絶縁性の樹脂から構成されており、正極端子４と蓋体１０とが互いに接触しないように、正極端子４と蓋体１０の間に設けられている。例えば、絶縁スリーブ１２は、電池容器２の外部と、蓋体１０の貫通孔１０ａの内側と、電池容器２の内部とにわたって、正極端子４の軸部４０の表面４０ａの周囲に設けられている。電池容器２の外部及び内部における絶縁スリーブ１２は、軸部４０の径方向において、貫通孔１０ａの内周の外側に張り出している。絶縁スリーブ１２の一部は、貫通孔１０ａ内に配置されており、電池容器２の内部を気密に封止している。

本実施形態の負極端子５は、正極端子４と同様の構造である。負極端子５は、図３に示した導電部材３５と面接触している。負極端子５と導電部材３５との接続構造は、正極端子４と導電部材２５との接続構造と同様である。負極端子５は、蓋体１０に絶縁スリーブ１６を介して取り付けられている。絶縁スリーブ１６の構造及び材質は、正極端子４側の絶縁スリーブ１２と同様である。

図５（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る電極端子の機械的な接続（取付）構造及び電気的な接続構造を示す説明図である。ここでは、単電池１の組立方法の一例にしたがって、正極端子４の接続構造について説明する。なお、負極端子５の機械的な接続（取付）構造及び電気的な接続構造については、正極端子４と同様なため、その説明は省略する。

正極端子４を蓋体１０に取付けるには、図５（ａ）に示すように、貫通孔１０ａが設けられた蓋体１０と、塑性変形させる前のリベット部４２ａを有する正極端子４ａを用意する。リベット部４２ａは、リベット頭部４５になる部分と、リベット軸部４４とを有する軸体である。そして、正極端子４ａの軸部４０を貫通孔１０ａに、正極端子４ａの一端部１３側から挿通させる。

本例では、絶縁スリーブ１２を、メス型（図示せず）を用いた注型成形によって形成する。このメス型は、貫通孔１０ａに軸部４０が挿通された状態で、正極端子４ａと蓋体１０とが接触しないように、正極端子４ａ及び蓋体１０を保持可能である。このメス型は、正極端子４ａ及び蓋体１０を保持した状態で、絶縁スリーブ１２の形成が予定される空間を外部から仕切ることが可能である。絶縁スリーブ１２の形成が予定される空間は、正極端子４ａの拡径部４１と蓋体１０との間の空間と、貫通孔１０ａの内側であって軸部４０の外側の空間と、蓋体１０の周辺における正極端子４ａの一端部１３の周囲の空間とが合わさった空間である。

次いで、メス型に正極端子４ａと蓋体１０とが保持された状態で、絶縁スリーブ１２の形成予定空間に液状の樹脂材料を流し込む。そして、樹脂材料を硬化させること等によって、図５（ｂ）に示すように、絶縁スリーブ１２を形成する。これにより、正極端子４ａと蓋体１０とが互いに固定されるとともに、貫通孔１０ａの内側であって軸部４０の外側の空間が硬化後の樹脂で充填され、貫通孔１０ａが気密に封止される。

次いで、図５（ｃ）に示すように、リベット部４２ａの軸部４０に、導電部材２５の孔２８を通した後に座金４３を通す。本例では、複数の正極板６のタブ２０と接合された導電部材２５の孔２８を軸部４０に通す。

次いで、リベット部４２ａのうちで座金４３よりも突出した部分４２ｂを、リベットハンマー等を利用して塑性変形させる（かしめる）。塑性変形させた後の部分４２ｂは、図４（ｂ）に示したリベット頭部４５となる。このようにして、正極端子４と複数の正極板６とを電気的に接続することができる。なお、正極板６と接合される前の導電部材２５を正極端子４と接合した後に、正極板６と導電部材２５とを接合して、正極端子４と正極板６とを電気的に接続しても構わない。

以上説明した本実施形態の作用・効果について説明する。
既述したとおり、電気自動車に代表される電池システムに用いられる単電池は、その安全性が高いことも商品価値を高める上で重要となる。安全性を担保する手段は種々考えられるが、特に、電池容器の内部に収容された各部材の接続状態が良好な構造を実現することが重要となる。容器本体と蓋体とが溶接されて電池容器となるため、電池容器の内部は、電池容器の外部に比して、メンテナンスを行うことが困難だからである。

この点について、例えば上記した特許文献のように、拡径部を有さない電極端子と集電板と接触させる構造を単純に用いた場合には、電極端子と集電板との接触面積を充分に確保できず、これにより接触抵抗が大きな値となってしまう。接触抵抗が大きな状態で単電池の使用を継続した場合には単電池からの発熱量が大となり、単電池の劣化・性能低下につながってしまう。

これに対し、本実施形態の単電池１では、拡径部４１が軸部４０から貫通孔１０ａの内周の外側に張り出しており、拡径部４１の下面４１ｂが導電部材２５の他端部２７と物理的に面接触している。したがって、正極端子４と導電部材２５の接触面積を増すことができ、正極端子４と導電部材２５との間の接触抵抗を減らすことが容易になる。よって、正極端子４と正極板６との間の抵抗値を減らすことができ、単電池１の性能を向上させることができる。また、正極端子４と導電部材２５の間の接触抵抗を減らした分に応じて、正極端子４を介して単電池１に通電しているときの単電池１の発熱量を減らすことができる。したがって、単電池１の昇温を抑制することができ、昇温による電解液等の劣化を抑制することや、電極板や導電部材、電極端子等の各種導電部の熱による劣化を抑制すること等ができる。

また、拡径部４１と蓋体１０との間において、当該拡径部４１の周方向に広がるように絶縁スリーブ１２が介在されているので、より電池容器２内の密閉性を維持することが可能となる。すなわち、電池容器２を構成する蓋体１０と、例えば正極端子４とを、絶縁スリーブ１２を介して固定する場合に、当該正極端子４に形成された拡径部４１は格別の効果を有することになる。

なお、上記の実施形態では、積層体３は導電部材２５、３５を含んで構成されており、電極板がこれら導電部材を介して間接的に電極端子と電気的に接続されているが、電極板の一部が直接的に電極端子と接触して電気的に接続されていてもよい。例えば、積層体３の一部を構成している正極板６のタブ２０が、拡径部４１の下面４１ｂと物理的に面接触していることにより、正極板６が正極端子４と電気的に接続されていてもよい。

次に、図６〜図１１を参照しつつ、各変形例について説明する。
図６（ａ）は、変形例１の単電池を示す側断面図である。変形例１において、単電池１Ｂの正極端子４Ｂは、拡径部５０を有している。
本例の拡径部５０は、テーパ部５１及び平板部５２を有している。テーパ部５１は、軸部４０と連続している。テーパ部５１は、電池容器２の外部から内部に向って（すなわち、導電部材２５に向って）、Ｚ方向から平面視した場合における外径が拡大している。本例のテーパ部５１は、円錐台状である。テーパ部５１は、角錐台状でも構わない。テーパ部５１の表面は、拡径部５０の径方向の外側に向うにつれて、蓋体１０の表面から離れる向きに傾斜している。このとき、テーパ部５１と蓋体１０との相対的な位置関係は、テーパ部５１の表面が、蓋体１０の一部（蓋体１０のうち貫通孔１０ａを含む領域）と対向する（Ｚ方向から平面視した場合に重なる）ようになっている。

平板部５２は、テーパ部５１に対して軸部４０とは反対側に配置されており、テーパ部５１と連続している。リベット部４２は、平板部５２に対してテーパ部５１とは反対側に配置されており、平板部５２と連続している。平板部５２は、蓋体１０とは反対を向く面５２ａを有している。導電部材２５は、リベット部４２によって正極端子４Ｂと接合されている。導電部材２５は、平板部５２の面５２ａと面接触しており、正極端子４Ｂと電気的に接続されている。この面５２ａは、導電部材２５と接触する部分が略平面（略平坦）である。面５２ａは、曲面を含んでいても構わない。

変形例１の単電池１Ｂにおいて、拡径部５０が軸部４０と連続するテーパ部５１を有している。したがって、上述した実施形態の効果に加え、絶縁スリーブ１２を形成するときに、軸部４０と貫通孔１０ａの内壁との間の空間と、テーパ部５１と蓋体１０との間の空間との間で樹脂材料を流通させやすくなる。よって、正極端子４Ｂと蓋体１０との間を樹脂材料で充填しやすくなり、絶縁スリーブ１２の形成不良の発生を抑制することができる。結果として、電池容器２の外部から内部への水分等の侵入や、内部から外部への電解液の漏れ等を、より精密に抑制することができる。

図６（ｂ）は、変形例２の単電池を示す側断面図である。
変形例２の単電池１Ｃは、電池容器２Ｃ、及び変形例１と同様の正極端子４Ｂを備える。電池容器２Ｃは、蓋体１０Ｃを有する。蓋体１０Ｃには、電池容器２Ｃの内部と外部とを結ぶ貫通孔１０Ｃａが形成されている。貫通孔１０Ｃａの縁端部（本例では貫通孔１０Ｃａのうち、電池容器２Ｃの内側の端部）は、テーパ部５３を有している。本例のテーパ部５３は、蓋体１０Ｃの一部である。テーパ部５３は、電池容器２Ｃの外部から内部に向って、内径Ｂ１が拡大している。テーパ部５３の表面は、正極端子４Ｂの拡径部５０におけるテーパ部５１の表面に倣う形状になっていることが望ましい。すなわち、蓋体１０Ｃのテーパ部５３の表面と、正極端子４Ｂのテーパ部５１の表面とのギャップＧ１が、テーパ部５１の表面の全面においてほぼ均一（換言すれば、テーパ部５３の表面とテーパ部５１の表面とが、略平行）になっている。

変形例２の単電池１Ｃにあっては、上述した実施形態の効果に加え、貫通孔１０Ｃａの縁端部が、正極端子４Ｂのテーパ部５１に倣う形状のテーパ部５３を有しているので、正極端子４Ｂと蓋体１０ＣとのギャップＧ１を均一にすることができる。結果として、正極端子４Ｂと蓋体１０とが互いに接触することを抑制することができる。

図７（ａ）は、変形例３における電極端子を示す平面図、図７（ｂ）は変形例３の単電池を示す断面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＣ−Ｃ’線に相当する部分の断面図である。

変形例３の単電池１Ｄの正極端子４Ｄにおいて、拡径部５５は、係止部５４を有する。この係止部５４は、例えば拡径部５５が形成される際に、テーパ部５１および平板部５２とともに一体として形成される。係止部５４は、軸部４０の軸方向周りで絶縁スリーブ１２と係止する部位となる。本例の係止部５４は、軸部４０の軸方向と交差する面（テーパ部５１の表面）から突出している。一方で、絶縁スリーブ１２は、係止部５４と接触する部分が凹部になっており、係止部５４と係合している。本例の係止部５４は、テーパ部５１の外縁部から軸部４０の径方向に延びている。本例の係止部５４は、軸部４０周りの方向において、テーパ部５１の外縁部の少なくとも１箇所以上（本例では複数箇所（４箇所））に設けられている。なお、係止部５４が複数設けられる場合には、テーパ部５１の外縁部に等間隔で設けられてもよいし、等間隔でなくともよい。本例の係止部５４は、軸部４０の径方向でテーパ部５１の外縁側の一部に設けられている。本例の係止部５４は、貫通孔１０Ｃａの外周の外側（Ｚ方向から平面視した場合に、貫通孔１０Ｃａの外側に位置する領域）におけるテーパ部５１に配置されている。本例では、係止部５４と蓋体１０ＣとのギャップＧ２が、正極端子４Ｄのテーパ部５１の表面と蓋体１０Ｃのテーパ部５３の表面とのギャップＧ１の最小値以上になっていてもよい。これにより、例えば係止部５４が蓋体１０Ｃに接触することが抑制され、絶縁スリーブ１２が蓋体１０Ｃと正極端子４Ｄとの間に形成される際に、流動する樹脂の流れが阻害されることを回避できる。

変形例３の単電池１Ｄにあっては、正極端子４Ｄが軸部４０の軸方向周りで絶縁スリーブ１２と係止する係止部５４を有しているので、正極端子４Ｄが絶縁スリーブ１２に対して上記軸方向周りに回転してしまうことが抑止される。一方で、絶縁スリーブ１２が電池容器２Ｃに固定されているので、結果として、正極端子４Ｄが電池容器２Ｃに対して回転することが抑止される。したがって、正極端子４Ｄと接合されている導電部材２５等が、正極端子４Ｄの回転に伴って回転してしまうことや、この回転から生じる力を受けることが抑制される。本変形例によれば、上述した実施形態の効果に加え、導電部材２５等が損傷すること等が抑制される。

図８（ａ）は、変形例４における電極端子を示す平面図、図８（ｂ）は変形例４の単電池を示す断面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＤ−Ｄ’線に相当する部分の断面図である。

変形例４の単電池１Ｅの正極端子４Ｅにおいて、拡径部５６は、係止部５７を有する。係止部５７は、軸部４０の軸方向周りで絶縁スリーブ１２と係止する。本例の係止部５７は、テーパ部５１の表面に設けられた凹部（所定の深さを有する円孔や窪み）である。絶縁スリーブ１２は、係止部５７と接触する部分が凸部になっており、係止部５７と係合している。本例の係止部５７は、軸部４０周りの方向において、テーパ部５１の少なくとも一箇所以上（本例では、複数箇所（４箇所））に設けられている。なお、係止部５７が複数設けられる場合には、上記軸部４０周りの方向において、テーパ部５１に等間隔で設けられてもよいし、等間隔でなくともよい。本例の係止部５７は、平板部５２を貫通しないように、設けられている。係止部５７としての凹部の形状は円孔に限られず、例えばＺ方向から平面視した場合の形状が四角形等の角孔であってもよい。

変形例４の単電池１Ｅにあっては、上述した実施形態の効果に加え、正極端子４Ｅが軸部４０の軸方向周りで絶縁スリーブ１２と係止する係止部５７を有しているので、上記変形例３と同様の理由から、導電部材２５等が損傷すること等が抑制される。また、本例に示す係止部５７はテーパ部５１の表面から突出しない凹部であるため、絶縁スリーブ１２となる液状の樹脂材料を、蓋体１０Ｃと正極端子４Ｅとの間に流し込む際の影響を低減することができる。

なお、変形例４において、係止部５７が平板部５２を貫通していてもよい。このようにすれば、絶縁スリーブ１２を形成するときに、正極端子と蓋体１０Ｃとの間に樹脂材料を流しこみやすくなる。この場合に、絶縁スリーブ１２を形成した後に、平板部５２において導電部材２５と接触する面を研磨などで平坦化すること等により、絶縁スリーブ１２が導電部材２５側に突出しなくなる。

図９（ａ）は、変形例５における電極端子を示す平面図、図９（ｂ）は変形例５の単電池を示す断面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）のＥ−Ｅ’線に相当する部分の断面図である。

変形例５の単電池１Ｆの正極端子４Ｆにおいて、拡径部５８は、係止部５９を有する。係止部５９は、軸部４０の軸方向周りで絶縁スリーブ１２と係止する。本例の平板部５２は、蓋体１０Ｃを向く面５２ａを有する。面５２ａは、テーパ部５１の表面と段差をなすように、係止部５９を介して当該テーパ部５１の表面と接続されている。かかる係止部５９は、例えばテーパ部５１と平板部５２を形成する際に一体として形成されてもよいし、変形例１に示した正極端子４Ｂを形成した後に旋盤等の加工装置により係止部５９を形成してもよい。

変形例５の単電池１Ｆにあっては、正極端子４Ｆが軸部４０の軸方向周りで絶縁スリーブ１２と係止する係止部５９を有しているので、上述した変形例３や変形例４と同様の理由から、導電部材２５等が損傷すること等が抑制される。さらに、変形例５の単電池１Ｆによれば、面５２ａを拡径部５８に形成した分だけ絶縁スリーブ１２の体積が増加されるので、正極端子４Ｆが蓋体１０Ｃに対して回転することをより強固に防止することが可能となる。

なお、変形例３〜５では、テーパ部を有する電極端子に係止部が設けられているが、テーパ部を有していない電極端子、例えば上記の実施形態で説明した正極端子４に係止部が設けられていてもよい。

図１０（ａ）は、変形例６における電極端子を示す平面図、図１０（ｂ）は変形例６の単電池を示す断面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＦ−Ｆ’線に相当する部分の断面図である。

変形例６の単電池１Ｇは、電池容器２Ｇ、及び正極端子４Ｇを備える。電池容器２Ｇは、蓋体１０Ｇを有する。蓋体１０Ｇには、貫通孔１０Ｇａが形成されている。本例の貫通孔１０Ｇａは、長手方向と短手方向を有する形状である。本例の貫通孔１０Ｇａの長手方向は、図１及び図２に示した積層体３の積層方向（Ｘ方向）と交差する方向（ここではＹ方向）である。本例の貫通孔１０Ｇａの形状は、Ｚ方向から平面視した場合に略矩形となっている。なお、貫通孔１０Ｇａの形状は略矩形に限らず、例えば同方向から平面視した場合に楕円形状となるようにしてもよい。

本例の正極端子４Ｇは、軸部６０、第１の拡径部６１、第２の拡径部６２、第１のリベット部６３、及び第２のリベット部６４を有する。軸部６０は、蓋体１０Ｇの貫通孔１０Ｇａに挿通されている。第２の拡径部６２は、電池容器２Ｇの外部に配置されている。第２の拡径部６２は、軸部６０と連続している。第２の拡径部６２は、Ｘ方向において貫通孔１０Ｇａの内周の外側に張り出している。

第１の拡径部６１、第１のリベット部６３、及び第２のリベット部６４は、電池容器２Ｇの内部に配置されている。第１の拡径部６１は、上記の積層方向において、貫通孔１０Ｇａの内周よりも外側に張り出している。第１の拡径部６１は、導電部材７０と面接触している。導電部材７０は、正極板６と電気的に接続されている。導電部材７０は、上記の積層方向に延びている。第１の拡径部６１は、長手方向と短手方向を有する形状である。第１の拡径部６１は、軸部６０の軸周りに回転させると貫通孔１０Ｇａを通すことが可能な形状及び寸法である。第１の拡径部６１は、導電部材７０の延在方向が長手方向となるように、蓋体１０Ｇに取付けられている。

導電部材７０は、第１のリベット部６３及び第２のリベット部６４によって、第１の拡径部６１と接合されている。第１のリベット部６３及び第２のリベット部６４は、それぞれ、上記の実施形態で説明したリベット部４２と同様である。第１のリベット部６３及び第２のリベット部６４は、上記の積層方向に並んでいる。導電部材７０と第１のリベット部６３との間、及び導電部材７０と第２のリベット部６４との間にわたって、座金７１が配置されている。なお、導電部材７０と第１のリベット部６３との間と、導電部材７０と第２のリベット部６４と間とで、別の座金が配置されていてもよい。

正極端子４Ｇを電池容器２Ｇに取付けるには、正極端子４Ｇを貫通孔１０Ｇａと長手方向を揃えた状態で、軸部６０に対して第１の拡径部６１側の端から正極端子４Ｇを貫通孔１０Ｇａに挿通させる。そして、第１の拡径部６１の長手方向が上記の積層方向となるように、正極端子４Ｇを軸部６０の軸周りに回転させて保持する。そして、正極端子４Ｇと蓋体１０Ｇとの間に、絶縁スリーブ１２を形成する。このようにして、正極端子４Ｇを電池容器２Ｇに取付けることができる。また、電池容器２Ｇに取付けられた正極端子４Ｇに、導電部材７０を接合すること等によって、正極端子４Ｇと正極板６とを電気的に接続することができる。

以上のような変形例６の単電池１Ｇにあっては、第１の拡径部６１と導電部材７０とが同じ方向に延在して互いに面接触しているので、正極端子４Ｇと導電部材７０との接触抵抗を格段に減らすことができる。また、貫通孔１０Ｇａの内径よりも外形が大きな第１の拡径部６１と第２の拡径部６２を有する正極端子４Ｇを、電池容器２Ｇに取り付け可能であるので、それぞれ電池容器２Ｇの内外において正極端子４Ｇと接続される各部材との接触抵抗を減らすことができる。

図１１（ａ）は、変形例７における電極端子を示す平面図、図１１（ｂ）は変形例７の単電池を示す断面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＧ−Ｇ’線に相当する部分の断面図である。

変形例７の単電池１Ｈは、正極端子４Ｈを備える。正極端子４Ｈは、第２の拡径部７２を有する点で、変形例２の正極端子４Ｂと異なっている。第２の拡径部７２は、貫通孔１０Ｇａの内周よりも外側に張り出している。第２の拡径部７２には、軸部４０を通す孔が形成されている。第２の拡径部７２は、軸部４０が第２の拡径部７２の孔に挿通された状態で、軸部４０と接合されている。なお、軸部４０と第２の拡径部７２との接合は、例えばネジによる締結や溶接等の公知の接合方法が適用可能である。

変形例７の単電池１Ｇにあっては、上述した実施形態の効果に加え、正極端子４Ｈと導電部材２５との接触抵抗を減らすことができるとともに、単電池１Ｇの外部と、正極端子４Ｇとの接触抵抗を減らすこともできる。

図１２、１３は、変形例８における単電池１Ｇのうち、導電部材２５ａおよび導電部材３５ａを中心に示した構造図である。
上述した実施形態と変形例８とが相違する点は、図１２に示すように、導電部材２５ａが他端部２７ａを備えるとともに、導電部材３５ａが他端部３７ａを備えている点であり、その余の構成は上記実施形態と同様である。なお、他端部２７ａと他端部３７ａの構造は同様であるため、以下の説明においては他端部２７ａについてのみ説明する。

本例における他端部２７ａは、導電部材２５ａにおける他の部位よりも幅広となる幅広部を含んで形成されている。すなわち、他端部２７ａの一部における幅Ｈ２は、導電部材２５ａの他の部位における幅Ｈ１よりも幅広くなっている。このような導電部材２５ａは、例えば打抜型の打抜刃を適宜設計することにより形成可能である。

幅広部を含む他端部２７ａの一例としては、図１３（ａ）に示すとおり、Ｚ方向から平面視した場合の外形を、拡径部４１の外形と相似する形状とすることが好適である。より具体的に本例では、拡径部４１の外形を縮小した形で、他端部２７ａが形成されている。さらに本例では、座金４３の外形も、他端部２７ａおよび拡径部４１のそれぞれの外形と相似する形状となっている。座金４３の外形は、拡径部４１および他端部２７ａの外形よりも小さくなるように設定されている。

すなわち、Ｚ方向から平面視したとき、拡径部４１、他端部２７ａおよび座金４３のそれぞれの外形の大きさは、拡径部４１＞他端部２７ａ＞座金４３となるように設定されている。このような大小関係によれば、拡径部４１と他端部２７ａとの接触面積を充分に確保する一方で、例えば導電部材２５ａを積層体３の方向へ折り返す際に座金４３の端部が導電部材２５ａと干渉してしまうことを抑制できる。なお、拡径部４１、他端部２７ａおよび座金４３の外形および大小関係は一例であって、例えばこれらの大小関係を適宜変更してもよいし、他端部２７ａの外形を拡径部４１の外形と相似させずに異なる外形としてもよい。

この他端部２７ａは、図１３（ｂ）に示すとおり、一方の面が拡径部４１の下面４１ｂと面接触している一方で、他方の面が座金４３と面接触している。

かかる本変形例によれば、導電部材２５ａは、拡径部４１の外形と相似する他端部２７ａを備えるため、より効率的に拡径部４１の下面４１ｂと他端部２７ａとの接触面積を確保することができる。

なお、本発明の技術範囲は、上記の実施形態あるいは各変形例に限定されない。上記の実施形態あるいは各変形例で説明する各構成要素は、適宜組み合わせることができる。

１、１Ｂ〜１Ｇ・・・単電池、２、２Ｃ、２Ｇ・・・電池容器、３・・・積層体、
４、４ａ、４Ｂ、４Ｄ〜４Ｈ、４ａ・・・正極端子、５・・・負極端子、
６・・・正極板（電極板）、７・・・負極板（電極板）、８・・・セパレータ、９・・・容器本体、
９ａ・・・開口、１０、１０Ｃ・・・蓋体、１０Ｃａ・・・貫通孔、１０Ｇ・・・蓋体、１０Ｇａ、
１０ａ・・・貫通孔、１２・・・絶縁スリーブ、１３・・・一端部、１４・・・他端部、
１６・・・絶縁スリーブ、１７・・・集電材、１８・・・電極活物質層、１９・・・本体部、
２０・・・タブ、２５・・・導電部材、２６・・・一端部、２７・・・他端部、２８・・・孔、
３０・・・集電材、３１・・・電極活物質層、３２・・・本体部、３３・・・タブ、３５・・・導電部材、
４０・・・軸部、４０ａ・・・表面、４１・・・拡径部、４１ａ・・・上面、４１ｂ・・・下面、
４２、４２ａ・・・リベット部、４２ｂ・・・部分、４３・・・座金、４４・・・リベット軸部、
４５・・・リベット頭部、５０・・・拡径部、５１・・・テーパ部、５２・・・平板部、５２ａ・・・面、
５３・・・テーパ部、５４・・・係止部、５５、５６・・・拡径部、５７・・・係止部、
５８・・・拡径部、５９・・・係止部、６０・・・軸部、６１・・・第１の拡径部、
６２・・・第２の拡径部、６３・・・第１のリベット部、６４・・・第２のリベット部、
７０・・・導電部材、７１・・・座金、７２・・・第２の拡径部、Ｄ１・・・外径、Ｄ２・・・内径

Claims (6)

1. 貫通孔が形成された電池容器と、
   複数の電極板を含んで前記電池容器に収容された積層体と、
   前記貫通孔に配置される軸部および前記軸部より外形を大にして前記電池容器の内部に配置されるとともに前記積層体と物理的に接触する拡径部を含む電極端子と、
   を具備することを特徴とする単電池。
2. 前記積層体は前記電極端子と電気的に接続する導電部材を含み、
   前記拡径部と前記導電部材とが面接触することにより、前記電極端子と前記積層体とが電気的に接続されてなることを特徴とする請求項１に記載の単電池。
3. 前記拡径部の外形は、前記貫通孔の外形よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の単電池。
4. 前記電極端子と、前記電池容器を構成する蓋体と、の間に配置される樹脂材料からなる絶縁スリーブを備え、
   前記拡径部は、前記蓋体の一部と対向するとともに前記電池容器の外部から内部に向って外径が拡大するテーパ部を有していることを特徴とする請求項３に記載の単電池。
5. 前記貫通孔の縁端部は、前記導電部材に向ってその内径が拡大するテーパ部を有していることを特徴とする請求項４に記載の単電池。
6. 前記拡径部は、前記軸部の軸方向周りで前記絶縁スリーブと係止する係止部を有することを特徴とする請求項５に記載の単電池。

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