JP4604500B2 - battery - Google Patents
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Description
本発明は、アルミラミネートシート等のようなフレキシブルシートからなる電池ケースに発電要素を収納した電池に関するものである。 The present invention relates to a battery in which a power generation element is housed in a battery case made of a flexible sheet such as an aluminum laminate sheet.
携帯用電子機器等では、発電要素を収納する電池ケースにアルミラミネートシートを用いることにより薄型軽量化を図った電池が従来から使用されている。このようなフレキシブルな電池ケースを用いた非水電解質二次電池の従来の構成例を図4に示す。 In portable electronic devices and the like, batteries that are thin and light have been conventionally used by using an aluminum laminate sheet for a battery case that houses a power generation element. FIG. 4 shows a conventional configuration example of a non-aqueous electrolyte secondary battery using such a flexible battery case.
この非水電解質二次電池の発電要素1は、正極と負極をセパレータを介して円筒形に巻回したものを上下方向から側面を押し潰して扁平状に成形したものである。また、これらの正極と負極は、巻回軸方向の前後にずらして巻回することにより、前方側の端部に正極の活物質未塗布部であるアルミニウム箔を突出させると共に、後方側の端部に負極の活物質未塗布部である銅箔を突出させるようにしている。そして、この発電要素1の前方端部に突出する正極のアルミニウム箔には、正極リード端子2を溶接すると共に、後方端部に突出する負極の銅箔には、負極リード端子3を溶接している。
The power generation element 1 of this non-aqueous electrolyte secondary battery is obtained by forming a positive electrode and a negative electrode wound in a cylindrical shape through a separator into flat shapes by crushing the side surfaces in the vertical direction. In addition, the positive electrode and the negative electrode are wound while being shifted back and forth in the winding axis direction, so that the aluminum foil as the active material uncoated portion of the positive electrode protrudes from the front end and the rear end. The copper foil which is a negative electrode active material non-application part is made to protrude in a part. The positive electrode aluminum foil protruding at the front end of the power generation element 1 is welded with the positive
上記発電要素1を収納する電池ケース4は、2枚のアルミラミネートシート41,42からなる。これらのアルミラミネートシート41,42は、ナイロン樹脂等からなるベースフィルム層とアルミニウム箔からなる金属層とポリプロピレン等からなるシーラント層をラミネート状に積層したフレキシブルな方形のシートである。また、これらのアルミラミネートシート41,42は、フレキシブル性は有するものの伸びがほとんど生じないので、予め発電要素1が嵌まり込むような膨らみを持たせておくために、事前に中央の大部分に、絞り加工によって凹状シート部41a,42aを形成している。このように構成された2枚のアルミラミネートシート41,42は、発電要素1を挟んでシーラント層側を向かい合わせに重ね合わせると共に、この発電要素1の上下半分ずつをそれぞれの凹状シート部41a,42aに嵌め込んで四方の周縁部を熱溶着することにより、内部に発電要素1を密閉して収納した電池ケース4が構成されることになる。また、発電要素1の前後の端面から突出するリード端子2,3は、これら2枚のアルミラミネートシート41,42の前後の周縁部が重なり合った間を通し封止されて外部に突出するようになっている。
The
上記非水電解質二次電池は、真空中で非水電解液の注入等を行った後に電池ケース4の内部を完全に密閉するので、その後、大気圧の環境下に戻されると、発電要素1が収納された内部が減圧状態となる。そして、このような通常の環境下において、アルミラミネートシート41,42の凹状シート部41a,42aが大気圧に圧迫されて発電要素1の側面を押圧することにより、巻回された正極と負極をセパレータを介して適度な圧力で密接させることができるようになっている。
Since the non-aqueous electrolyte secondary battery completely seals the inside of the
ところが、上記非水電解質二次電池を例えば減圧室内や大気圏外で用いた場合、凹状シート部41a,42aを圧迫する気圧が低下し、発電要素1の側面を押す力が弱まるので、巻回された正極と負極の隙間が膨らんで電極間距離が広がることにより電池性能が低下するという問題が発生していた。
However, when the non-aqueous electrolyte secondary battery is used, for example, in a decompression chamber or outside the atmosphere, the pressure that presses the
なお、フレキシブルシートからなる第1電池容器に発電要素を密閉収納すると共に、この第1電池容器を金属等からなる第2電池容器に密閉収納し、これら第1電池容器と第2電池容器との間を大気圧以上とした電池が従来から提案されている(例えば、特許文献1参照。)。しかしながら、この電池は、発電要素が大気圧による圧迫では不十分な場合に、この発電要素を常に大気圧以上の圧力で圧迫できるようにするために、第2電池容器に金属等を用いて、外気圧に応じてこの第2電池容器の内部容積が容易に変化することがないようにしている。従って、このような電池では、電池ケースにフレキシブルシートを用いることによる薄型軽量化を図ることができるという利点が損なわれることになる。 The power generation element is hermetically housed in the first battery container made of a flexible sheet, and the first battery container is hermetically housed in the second battery container made of metal or the like, and the first battery container and the second battery container Conventionally, a battery having a space of at least atmospheric pressure has been proposed (see, for example, Patent Document 1). However, this battery uses a metal or the like for the second battery container so that the power generation element can be always compressed with a pressure higher than the atmospheric pressure when the power generation element is insufficiently compressed by atmospheric pressure. The internal volume of the second battery container is not easily changed according to the external pressure. Therefore, in such a battery, the advantage that thin and lightweight can be achieved by using a flexible sheet for the battery case is impaired.
また、共にフレキシブルシートからなる第1電池容器と第2電池容器で発電要素を二重に密封した電池が従来から提案されている(例えば、特許文献2参照。)。しかしながら、この電池は、特許文献2の「0036」段落にも、第2電池容器の内部は密封前に脱気することが好ましいとする旨の記載があるように、電池ケースを二重化するよりも、薄型化のために一体化することを理想としているので、このような二重構造とすることが本来の目的ではなく、発電要素の密封工程を2段階で行うことにより、電解液付着による封着不良をなくすことを目的としたものである。
本発明は、フレキシブルシートからなる電池ケースを圧迫用気体等の圧迫手段を介在させて二重化することにより、減圧環境下で発電要素が十分に圧迫されずに電池性能が低下するという問題を解決しようとするものである。 The present invention solves the problem that the battery performance is deteriorated by the fact that the battery case made of the flexible sheet is duplicated by interposing a compression means such as a compression gas so that the power generation element is not sufficiently compressed in a reduced pressure environment. It is what.
請求項1の発明は、フレキシブルシートからなる第1の電池容器を備えた密閉電池をフレキシブルシートからなる第2の電池容器に密閉収納してなる電池において、第1の電池容器と第2の電池容器との間に、第1の電池容器の少なくとも一部を圧迫するための圧迫用気体を配し、減圧環境下において、第2の電池容器内の圧力が、外部環境の圧力より高く、かつ、第1の電池容器内の圧力よりも高いことを特徴とする。
そして、請求項2の発明は、前記減圧環境が大気圏外であることを特徴とし、
請求項3の発明は、前記第1の電池容器が、アルミニウム箔からなる金属層の両面にそれぞれシーラント層をラミネート状に積層したフレキシブルシートからなることを特徴とし、
請求項4の発明は、前記第1の電池容器が、中央部に発電要素を嵌め込むための凹部を備えることを特徴とする。
The first aspect of the present invention is a battery in which a sealed battery having a first battery container made of a flexible sheet is hermetically housed in a second battery container made of a flexible sheet. A pressure gas for compressing at least a part of the first battery container is disposed between the container and the pressure in the second battery container is higher than the pressure in the external environment in a reduced pressure environment, and The pressure in the first battery container is higher .
The invention of
The invention of claim 3 is characterized in that the first battery container comprises a flexible sheet in which a sealant layer is laminated on both sides of a metal layer made of aluminum foil,
According to a fourth aspect of the present invention, the first battery container includes a recess for fitting a power generation element in a central portion.
請求項1の発明によれば、第1の電池容器と第2の電池容器との間に第1の電池容器を圧迫する圧迫用気体が配され、減圧環境下において、第2の電池容器内の圧力が、外部環境の圧力より高く、かつ、第1の電池容器内の圧力よりも高いので、外部環境の圧力が低下しても、第1の電池容器は、この外部環境の圧力よりも高い第2の電池容器内の圧迫用気体の圧力で圧迫され、内部の発電要素の電極間距離が広がりすぎて電池性能が低下するのを防止することができるようになる。 According to the first aspect of the present invention, the pressure gas for compressing the first battery container is disposed between the first battery container and the second battery container, and the second battery container is placed in a reduced pressure environment. The pressure of the external battery is higher than the pressure of the external environment and higher than the pressure in the first battery container. Therefore, even if the pressure of the external environment decreases, the first battery container is higher than the pressure of the external environment. It is possible to prevent the battery performance from being deteriorated due to the excessive distance between the electrodes of the power generation element being compressed by the pressure of the high pressure gas in the second battery container .
なお、外部環境の圧力が低下しても、第2の電池容器にまだ膨らむ余裕がある場合には、この外部環境の圧力がさらに低下して第2の電池容器がそれ以上膨らまないようになり容積の増大がなくなると、圧迫用気体の圧力が高くなる。また、第2の電池容器が弾性変形の伸びによって膨らむものである場合には、この弾性変形が生じるようになってから圧迫用気体の圧力が高くなる。 In addition, even if the pressure of the external environment decreases, if the second battery container still has room to expand, the pressure of the external environment further decreases so that the second battery container does not expand further. When the increase in volume disappears, the pressure of the compression gas increases. In addition, when the second battery container expands due to the elastic deformation, the pressure of the gas for compression increases after the elastic deformation occurs.
以下、本発明の最良の実施形態について説明する。 Hereinafter, the best embodiment of the present invention will be described.
本実施形態では、図4に示した従来例と同様に、発電要素1をアルミラミネートシートからなる電池ケースに収納した非水電解質二次電池について説明する。なお、図1〜図3においても、この図4に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。 In the present embodiment, a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the power generating element 1 is housed in a battery case made of an aluminum laminate sheet will be described as in the conventional example shown in FIG. 1 to 3, the same reference numerals are given to the constituent members having the same functions as those of the conventional example shown in FIG.
図1に示すように、本実施形態の非水電解質二次電池は、従来例と全く同じ構成の巻回型扁平状の発電要素1を用いている。しかしながら、電池ケースは、第1電池容器5と第2電池容器6とからなる二重構造となっている。
As shown in FIG. 1, the nonaqueous electrolyte secondary battery of this embodiment uses a wound flat power generation element 1 having the same configuration as that of the conventional example. However, the battery case has a double structure including the
第1電池容器5は、図4に示した従来例の電池ケース4とほぼ同様の2枚のアルミラミネートシート51,52からなるが、これらのアルミラミネートシート51,52は、従来例の電池ケース4とは異なり、最外層のベースフィルム層をシーラント層に代えたものを用いている。即ち、これらのアルミラミネートシート51,52は、アルミニウム箔からなる金属層の両面にそれぞれポリプロピレン等からなるシーラント層をラミネート状に積層したフレキシブルな方形のシートであり、2層のシーラント層によって内外の両面で熱溶着が可能となる。また、第2電池容器6は、2枚の樹脂ラミネートシート61,62からなる。これらの樹脂ラミネートシート61,62は、外層のナイロン樹脂等からなるベースフィルム層と内層のポリプロピレン等からなるシーラント層をラミネート状に積層したフレキシブルな方形のシートである。
The
上記第1電池容器5の2枚のアルミラミネートシート51,52は、発電要素1を挟んで上下から重ね合わせるので、これらの間の発電要素1を嵌め込むことができるように、それぞれ事前に中央の大部分に、絞り加工によって凹状シート部51a,52aを形成している。また、第2電池容器6の樹脂ラミネートシート61,62は、第1電池容器5のさらに上下から重ね合わせるので、この第1電池容器5の凹状シート部51a,52aの膨らみを僅かな隙間を介して嵌め込むことができるように、それぞれ事前に中央の大部分に、絞り加工によって内面のシーラント層側が窪んだ凹状シート部61a,62aを形成している。
The two
上記第1電池容器5の2枚のアルミラミネートシート51,52は、図2に示すように、上下から周縁部を重ね合わせると共に、これらの間に挟んだ発電要素1の上半分と下半分をそれぞれの凹状シート部51a,52aに嵌め込む。また、発電要素1の前後の端面から突出するリード端子2,3は、従来例の場合と同様に、これら2枚のアルミラミネートシート51,52の前後の周縁部が重なり合った間を通して外部に突出させる。第2電池容器6の2枚の樹脂ラミネートシート61,62は、内面のシーラント層を向かい合わせにして、この第1電池容器5のアルミラミネートシート51,52の上下から重ね合わせると共に、この第1電池容器5の凹状シート部51a,52aの膨らみがそれぞれ凹状シート部61a,62aに嵌まり込むようにする。従って、4枚のラミネートシート51,52,61,62は、方形の四方の周縁部のみが密着して重なり合うようになる。
As shown in FIG. 2, the two
本実施形態の非水電解質二次電池は、上記4枚のラミネートシート51,52,61,62の周縁部を上下から加熱加圧して熱溶着することにより内部が封止される。従って、上方のアルミラミネートシート51と樹脂ラミネートシート61の間と下方のアルミラミネートシート52と樹脂ラミネートシート62との間には、凹状シート部51a,52aと凹状シート部61a,62aとの間の僅かな隙間にそれぞれ外気が残って圧迫用空気7として介在することになる。ただし、第1電池容器5の凹状シート部51a,52aの内部は、ここでは完全には封止せず、一部に注液口を設けて外部と通じるようにしておく。このような注液口は、例えばアルミラミネートシート51,52の周縁部の間に耐熱性を有しシーラント層と馴染み難い性質の樹脂片等を挟んで熱溶着を行った後にこの樹脂片等を引き抜くことにより形成することができる。そして、非水電解質二次電池を真空中に移して凹状シート部51a,52aの内部を真空にし非水電解液を注入して発電要素1の予備充電を行った後に、この注液口を熱溶着することにより、電池ケース4の内部を完全に密閉する。従って、この非水電解質二次電池は、発電要素1が収納された第1電池容器5の内部は、ほぼ真空状態のままで封止されるので、大気中に戻すと、アルミラミネートシート51,52の凹状シート部51a,52aが撓んで発電要素1の外形に密着することになる。しかしながら、凹状シート部51a,52aと発電要素1の外形との間の隙間を完全になくすことはできないので、この電池ケース4の内部は、大気圧よりも十分に減圧された真空に近い状態となる。また、この第1電池容器5と第2電池容器6との間は、僅かな隙間に圧迫用空気7が入っているために、外部環境と同じ大気圧となる。
The inside of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment is sealed by heat-pressing the peripheral portions of the four
上記構成の非水電解質二次電池は、外部環境の圧力が低下すると、第1電池容器5と第2電池容器6との間の圧迫用空気7が入った隙間の容積が増大することにより、図3に示すように、この第2電池容器6の凹状シート部61a,62aが膨らむ。そして、外部環境の圧力がさらに低下すると、第2電池容器6がそれ以上膨らまないようになって、圧迫用空気7の圧力が外部環境の圧力よりも高くなるので、第1電池容器5がこの圧迫用空気7の圧力に圧迫されて発電要素1を押圧する。このため、外部環境の圧力が大気圧より少し低い圧力以下に低下すると、たとえ外部環境が真空になったとしても、圧迫用空気7によって、この大気圧より少し低い圧力で常に発電要素1が圧迫されるので、この発電要素1の電極間距離が広がりすぎることにより電池性能が低下するのを確実に防止することができるようになる。
In the nonaqueous electrolyte secondary battery having the above configuration, when the pressure of the external environment decreases, the volume of the gap containing the
従って、本実施形態の非水電解質二次電池は、例えば極めて高度の高い環境下や大気圏外、又は、減圧室内等のように、大気圧よりも気圧の低い環境下で用いる場合にも、電池性能を低下させることなく使用することができるようになる。 Therefore, the non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment is a battery even when used in an environment where the atmospheric pressure is lower than atmospheric pressure, such as in an extremely high environment, outside the atmosphere, or in a decompression chamber. It can be used without degrading performance.
なお、上記実施形態では、第1電池容器5と第2電池容器6の4枚のラミネートシート51,52,61,62を大気中でまとめて熱溶着する場合を示したが、第1電池容器5内を減圧状態にすると共に第2電池容器6との間に圧迫用空気7を介在させることができればよいので、この熱溶着の工程は、生産技術上の都合により任意に変更することができる。例えば、第1電池容器5のアルミラミネートシート51,52だけを用いて、従来例の場合と同様に発電要素1を完全に封入し、その後に大気中で、上下から第2電池容器6の樹脂ラミネートシート61,62を熱溶着するようにしてもよい。また、事前に、アルミラミネートシート51,52と樹脂ラミネートシート61,62の周縁部をそれぞれ大気中で熱溶着しておき、以降はこれら上下のラミネートシート51,61とラミネートシート52,62を従来例の電池ケース4におけるアルミラミネートシート41,42の場合と同様に真空中で熱溶着するようにしてもよい。さらに、4枚のラミネートシート51,52,61,62を真空中で熱溶着し、発電要素1を完全に封入した後に、アルミラミネートシート51,52と樹脂ラミネートシート61,62との間にそれぞれ圧迫用空気7を注入することもできる。この場合、圧迫用空気7の注入口は、樹脂ラミネートシート61,62に最初から開口させておくか注入の際に開口し、圧迫用空気7の注入後に封口すればよい。
In the above embodiment, the case where the four
また、上記実施形態では、第2電池容器6の樹脂ラミネートシート61,62がほとんど伸びの生じない材質で構成される場合を示したが、この樹脂ラミネートシート61,62が弾性変形により伸びを生じる材質とすることもできる。ただし、この場合には、外部環境の圧力の低下の程度に応じて第2電池容器6の膨らみの程度も変化するので、この外部環境の圧力が低くなるほど、圧迫用空気7の圧力も低下し、発電要素1を圧迫する力も減少することになる。
Moreover, in the said embodiment, although the case where the
また、上記実施形態では、第1電池容器5と第2電池容器6の凹状シート部51a,52a,61a,62aを上下2枚ずつのラミネートシート51,61とラミネートシート52,62の双方に形成する場合を示したが、上下いずれか一方のラミネートシート51,61又はラミネートシート52,62にのみ形成して、他方は平坦なシートをそのまま用いることもできる。さらに、上下双方のラミネートシート51,52,61,62全てに平坦なシートを用いることもできる。さらに、上記実施形態では、第1電池容器5と第2電池容器6がそれぞれ2枚のアルミラミネートシート51,52や樹脂ラミネートシート61,62によって構成される場合を示したが、例えば1枚のラミネートシートを2つ折りにしたり、袋状にしたものを用いることもできる。さらに、これら第1電池容器5と第2電池容器6に用いるラミネートシートは、凹状シート部の形状やシート形状が相互に異なるものを用いることもできる。
Moreover, in the said embodiment, the
また、上記実施形態では、第1電池容器5をアルミラミネートシート51,52で構成すると共に、第2電池容器6を樹脂ラミネートシート61,62で構成する場合を示したが、第1電池容器5を樹脂ラミネートシートで構成し、第2電池容器6をアルミラミネートシートで構成することもできる。ただし、シーラント層のポリプロピレン等は溶着部の層間を通して端面から水分等が内部に浸入するおそれがあるので、この水分を完全に遮断できる樹脂ラミネートシートを内側の第1電池容器5に用いる方が好ましい。さらに、これら第1電池容器5や第2電池容器6を構成するシート材は、これら双方によって十分な強度とバリア性を確保し確実な封止が可能なフレキシブルシートであればよいので、例えば第1電池容器5と第2電池容器6の双方に樹脂だけからなる樹脂ラミネートシートを用いることもでき、しかも、これらはラミネートシートである必要もない。さらに、これらのフレキシブルシートの重ね合わせ部分は、熱溶着に代えて、接着等の他の方法により封止することもできる。特に第1電池容器5と第2電池容器6を別工程で封止する場合、熱溶着では、その工程で溶着させる必要のないシーラント層をも溶融させることになるので、溶着温度に差を設ける等の工夫が必要となる場合があるが、接着等による場合には、このような障害はなくなる。
Moreover, in the said embodiment, while the
また、大気圧の環境下では非水電解質二次電池に不要な膨らみがないことが好ましいので、上記実施形態では、外部環境がこの大気圧であれば、第2電池容器6の樹脂ラミネートシート61,62はまだ膨らむ余裕のある状態である場合を示したが、この大気圧の環境下で第2電池容器6が既に限界まで膨らんでいるようにすることもできる。そして、この場合、外部環境の圧力が少しでも低下すれば、第1電池容器5にはこの外部環境よりも大きな圧力が加わることになる。さらに、上記実施形態では、外部環境が大気圧よりも低下した場合に、圧迫用空気7によって発電要素1を圧迫できるようにする場合を示したが、この基準となる外部環境の圧力は、必ずしも大気圧である必要はなく、これよりも高圧や低圧の環境下で圧迫用空気7の圧力が外部環境の圧力と等しくなるように構成されていてもよい。しかも、この外部環境の圧力は、必ずしも大気中の気圧等のように気体中の圧力である必要はなく、水圧等の液体中の圧力であってもよい。従って、例えば深い水中で使用されることの多い非水電解質二次電池を浅い水中に持って来たり大気中に引き上げたときに、第2電池容器6が膨らんで第1電池容器5を圧迫するようにしてもよい。
In addition, since it is preferable that the nonaqueous electrolyte secondary battery does not have unnecessary swelling under an atmospheric pressure environment, in the above embodiment, if the external environment is the atmospheric pressure, the
また、上記実施形態では、外気から取り込んだ圧迫用空気7を用いる場合を示したが、第1電池容器5を圧迫するための圧迫用気体は、必ずしも空気である必要はなく、他の気体を用いることもできる。さらに、この圧迫用気体は、外部環境の圧力が発電要素1を押圧するには不十分なほど低下したときに気体になっていればよいので、外部環境の圧力が十分高い場合には、凝縮や凝固して液体や固体に変化するものであってもよい。
Moreover, although the case where the
また、上記実施形態では、第2電池容器6が第1電池容器5を、周縁部を除いてほぼ完全に覆う場合を示したが、少なくとも発電要素1を覆うシート部分(上記実施形態では凹状シート部51a,52a)を圧迫用気体を介在させて覆うようになっていればよい。さらに、第2電池容器6は、第1電池容器5を周縁部も含めて完全に覆うようにしてもよい。即ち、例えば第2電池容器6の樹脂ラミネートシート61,62を大きくして、第1電池容器5の封止部よりも外側で別個に封止するようにすることもできる。
Moreover, in the said embodiment, although the case where the
また、上記実施形態では、巻回型で扁平状の発電要素1を用いる場合を示したが、第1電池容器5の外側から外部環境や圧迫用空気7による圧力を加えることにより電極間距離を維持するものであれば、この発電要素1の構成は任意であり、円筒状の巻回型のものや積層型のものを用いることもできる。さらに、上記実施形態では、非水電解質二次電池について示したが、この電池の種類も任意であり、他の二次電池や一次電池の場合にも同様に実施可能である。
Moreover, although the case where the winding type and flat power generation element 1 is used is shown in the above embodiment, the distance between the electrodes can be set by applying pressure from the outside of the
また、上記実施形態では、第1電池容器5を圧迫するために、第2電池容器6との間に圧迫用気体を介在させたが、参考形態では、この圧迫用気体に代えて液体やゲルを十分な量介在させてもよい。
In the above embodiment, in order to compress the
1 発電要素
5 第1電池容器
51 アルミラミネートシート
52 アルミラミネートシート
6 第2電池容器
61 樹脂ラミネートシート
62 樹脂ラミネートシート
7 圧迫用空気
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
第1の電池容器と第2の電池容器との間に、第1の電池容器の少なくとも一部を圧迫するための圧迫用気体を配し、
減圧環境下において、前記第2の電池容器内の圧力が、外部環境の圧力より高く、かつ、前記第1の電池容器内の圧力よりも高いことを特徴とする減圧環境下で使用する電池。 In a battery formed by sealingly storing a sealed battery including a first battery container made of a flexible sheet in a second battery container made of a flexible sheet,
Between the first battery container and the second battery container, a pressure gas for compressing at least a part of the first battery container is disposed ,
A battery used in a reduced pressure environment, wherein the pressure in the second battery container is higher than the pressure in the external environment and higher than the pressure in the first battery container in a reduced pressure environment .
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