JP6224225B2 - 非水電解質二次電池、組電池および電池パック - Google Patents
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Description
第1の電極群および第2の電極群は、正極と負極とセパレータとが積層されてなる。
正極は、LixFe1−yMnyAzPO4(Aは、V、Mg、Ni、Al、Sn、ZrおよびNbからなる群から選択される少なくとも1種、0≦x≦1.1、0≦y≦0.2、0≦z≦0.2)で表されるオリビン構造を有する鉄含有リン化合物を含む。
負極は、チタンを含有する酸化物を含む。
セパレータは、正極と負極との間に介在される。
外装材は、第1の電極群、第2の電極群および非水電解質を封入する。
正極リードは、第1の電極群の正極に接続され、外装材の外部に延出される。
負極リードは、第2の電極群の負極に接続され、外装材の外部に延出される。
接続リードは、第1の電極群の負極と第2の電極群の正極とを接続する。
外装材は、第1の電極群を収容する第1の収納部と、第2の電極群を収容する第2の収納部と、第1の収納部と第2の収納部とを接続する接続部と、第1の電極群を収容する第1の凹部および第1の凹部を覆う第1の蓋部と、第2の電極群を収容する第2の凹および第2の凹部を覆う第2の蓋部とを持つ。
第1の蓋部と第2の蓋部は一体をなしている。
以下、第1の実施形態について図1A、図1B、図2〜図4、図5A、図5B、図6A、図6B、図7A、図7B、図8および図9を参照しながら説明する。
第1の実施形態の非水電解質二次電池1は、図1A、図1Bに示すように、第1の電極群2と、第2の電極群3と、第1の電極群2の正極に接続された正極リード4と、第2の電極群3の負極に接続された負極リード5と、第1の電極群2と第2の電極群3を直列に接続する接続リード6と、第1の電極群2、第2の電極群3、正極リード4、負極リード5および接続リード6を収納する外装材7と、が備えられている。
外装材7としては、ラミネートフィルムが用いられる。
非水電解質二次電池1の種類は、角形に限定されず、扁平型(薄型)等の様々な種類にすることができる。
また、第1の電極群2および第2の電極群3は、その最外周に負極32が位置している。そして、この負極32の内周側に、セパレータ33、正極31、セパレータ33、負極32、セパレータ33、正極31、セパレータ33がこの順で位置している。
また、第1の電極群2と第2の電極群3の形状は、扁平形状に限られず、例えば、円筒型、積層形状等にすることができる。
このような第1の電極群2および第2の電極群3は、帯状の正極31と帯状の負極32とをその間にセパレータ33を介在させて積層して電極群アセンブリを形成し、続いて、この電極群アセンブリを渦巻状に捲回し、その後扁平形状にプレスすることによって得られる。
図1A、図1Bに示すように、正極リード4と負極リード5とは、第1の電極群2と第2の電極群3から互いに反対の向きに延出している。
例えば、積層型電極群の場合には、袋状のセパレータに正極あるいは負極を収納し、それぞれ互い違いに積層して電極群としてもよいし、あるいは、帯状のセパレータを九十九折にしながら、正極と負極を互い違いに挟み込んだ構成としてもよい。
また、第1の電極群2および第2の電極群3を構成する正極集電体31a、正極層31b、負極集電体32a、負極層32bおよびセパレータ33については後ほど詳しく説明する。
これら第1の収納部8A、第2の収納部8B、接続部8Cおよび封止部9は、第1筐体部21と第2筐体部22とが一体となることによって形成される。
以下、第1筐体部21および第2筐体部22について説明する。
熱可塑性樹脂層10の厚さ(正極リード4の片面当たり)は、40μm〜200μmであることが好ましく、60μm〜100μmであることがより好ましい。
熱可塑性樹脂層11の厚さ(負極リード5の片面当たり)は、40μm〜200μmであることが好ましく、60μm〜100μmであることがより好ましい。
熱可塑性樹脂層12の厚さ(接続リード6の片面当たり)は、40μm〜200μmであることが好ましく、60μm〜100μmであることがより好ましい。
正極31は、正極集電体31aと、この正極集電体31aの片面または両面に形成され、正極活物質、導電剤および結着剤を含む正極層31bとを備える。導電剤および結着剤は、任意成分である。
正極活物質としては、LixFe1−yMnyAzPO4(Aは、V、Mg、Ni、Al、Sn、ZrおよびNbからなる群から選択される少なくとも1種、0≦x≦1.1、0≦y≦0.2、0≦z≦0.2)で表され、かつオリビン構造を有する鉄含有のリン化合物を用いることができる。
上記の中でも好ましい正極活物質としては、リチウムリン酸鉄(LixFePO4)等が挙げられる。
yは0.2以下であることにより、非水電解質二次電池1の電圧の4V以上5V以下の範囲における急峻な変化が緩和され、電池容量バランスのズレに伴う容量低下が抑制され、優れたサイクル寿命性能が得られる。yは0.05以上0.15以下にすることが好ましい。これにより、非水電解質二次電池1の電圧の4.5V以上5V以下の範囲における上昇がさらに緩やかとなり、電池容量バランスのズレに伴う過充電状態がなくなり、非水電解質の酸化分解によるガス発生の影響が抑制され、サイクル寿命性能が向上する。
炭素含有層の含有量は、正極活物質の0.001質量%〜3質量%であることが好ましい。これにより、正極抵抗、および、正極と非水電解質の界面抵抗を小さくして出力性能を向上することができる。
結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素系ゴムを含む材料が挙げられる。また、結着剤としては、上記材料に関し、少なくとも1つを他の置換基で置換した変性ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−6フッ化プロピレンの共重合体、ポリフッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−6フッ化プロピレンの3元共重合体等を用いることができる。
結着剤の種類は、1種類または2種類以上にすることができる。
また、結着剤を分散させるための有機溶媒としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)等が用いられる。
導電剤を、3質量%以上とすることにより、正極活物質の集電性能を高めて、正極活物質と正極集電体31aとの接触抵抗を抑えることができる。また、導電剤を、19質量%以下とすることにより、高温保存下における導電剤表面での非水電解質の分解を低減することができる。
結着剤を、1質量%以上とすることにより、十分な電極強度が得られる。また、結着剤を、7質量%以下とすることにより、電極の絶縁体の配合量を減少させ、内部抵抗を減少できる。
また、上記のアルミニウム合金箔を正極集電体31aに用いる場合には、Fe、Cu等の遷移金属の含有量を1%質量以下に抑制することが好ましい。
負極32は、負極集電体32aと、この負極集電体32aの片面または両面に形成され、負極活物質、導電剤および結着剤を含む負極層32bとを備える。導電剤および結着剤は任意成分である。
負極活物質としては、チタンを含有する酸化物が用いられる。
導電剤としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、コークス(熱処理温度が800℃〜2000℃の平均粒子径が10μm以下であることが好ましい)、炭素繊維、黒鉛、TiO、TiC、TiN等の金属化合物粉末、Al,Ni,Cu、Fe等の金属粉末等を1種もしくは混合して用いることができる。繊維径が1μm以下の炭素繊維を用いることにより、電極抵抗の低減とサイクル寿命性能が向上する。
結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素系ゴム、アクリル系ゴム、スチレンブタジェンゴム、コアシェルバインダー、ポリイミド等が挙げられる。結着剤の種類は、1種類または2種類以上にすることができる。
導電剤を1質量%以上とすることにより、負極層32bの集電性能を向上させ、非水電解質二次電池1の大電流特性を向上させることができる。
また、結着剤を2質量%以上とすることにより、負極層32bと負極集電体32aの結着性を高め、サイクル特性を向上させることができる。
一方、導電剤を18質量%以下とし、結着剤を7質量%以下にすることが、高容量化を図る観点から好ましい。
セパレータ33は、正極31と負極32の間に配置されている。
セパレータ33としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のオレフィン系多孔質膜、セルロース繊維製セパレータ等が用いられる。
セパレータ33の形態は、不織布、フィルム、紙等が挙げられる。セパレータ33の気孔率は、50%以上が好ましく、62%〜80%がより好ましい。気孔率が60%以上のセルロース繊維製セパレータは、非水電解質の含浸性に優れ、低温から高温まで高い出力性能を発揮することができる。
非水電解質としては、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される液状の有機電解質、液状の有機溶媒と高分子材料を複合化したゲル状の有機電解質、または、リチウム塩電解質と高分子材料を複合化した固体非水電解質が挙げられる。また、リチウムイオンを含有した常温溶融塩(イオン性融体)を非水電解質として用いてもよい。高分子材料としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリエチレンオキサイド(PEO)等が挙げられる。
外装材7としては、ラミネートフィルムが用いられる。
このような外装材7の各電極群が収容される部位の形状としては、扁平型(薄型)、角型等から適宜選択できる。
このような外装材7としては、電池寸法に応じて、例えば、携帯用電子機器等に積載される小型電池用外装材、二輪乃至四輪の自動車等に搭載される大型電池用外装材等が含まれる。
金属層を構成する材料としては、例えば、ステンレス箔、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔等が用いられる。これらの中でも、軽量化の観点から、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔が好ましい。アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔を用いることにより、電池の重量を減少させることができる。
樹脂層は、金属層を補強する。樹脂層を構成する材料としては、例えば、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ナイロン、またはポリエチレンテレフタレート(PET)等の高分子化合物が用いられる。
また、外装材7は、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレス、ニッケルめっき鉄、ステンレス等の金属の薄板から構成することもできる。
金属の薄板の厚さは、0.5mm以下であることが好ましく、0.3mm以下であることがより好ましい。
正極31に電気的に接続される正極リード4としては、例えば、アルミニウム、チタンおよびそれらを基にした合金、ステンレス等からなるリードを用いることができる。
負極32に電気的に接続される負極リード5としては、例えば、ニッケル、銅およびそれらを基にした合金等からなるリードを用いることができる。
正極31および負極32に電気的に接続される接続リード6としては、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるリードを用いることができる。
例えば、焼鈍処理した純アルミ(JIS1000番台)は、正極リード4または負極リード5の材料として好ましい。
負極リード5の厚さは、0.1mm〜1mmであることが好ましく、0.2mm〜0.5mmであることがより好ましい。
熱可塑性樹脂層10,11,12は、1種類の樹脂から形成されていても、2種類以上の樹脂から形成されていてもよい。
熱可塑性樹脂層10,11,12を形成する熱可塑性樹脂の融点は、120℃以上であることが好ましく、140℃〜250℃であることがより好ましい。
熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等が挙げられる。特に、融点が150℃以上のポリプロピレンは、熱融着部(封止部9)の封止強度を向上することができるため好ましい。
また、第1の実施形態の非水電解質二次電池1は、例えば、共通の封止部である接続部8Cを通る中心線c1に沿って、第1の収納部8A(第1の部位7A)と、第2の収納部8B(第2の部位7B)とが重なるように、外装材7が折り曲げ可能である。
図5A、図5Bに示す非水電解質二次電池1の折り曲げの形態の第1の例では、外装材7に形成された、第1の電極群2を収容する凹部からなる収納部21Aの開口部を覆う蓋部22Aと、第2の電極群2を収容する凹部からなる収納部21Bの開口部を覆う蓋部22Bとが対向するように、第1の部位7A(第1の収納部8A)と、第2の部位7B(第2の収納部8B)とが重ねられている。本実施形態の場合、接着固定層41を介して重ねられている。この接着固定層41により、第1の部位7Aと第2の部位7Bとが接着固定されている。
接着固定層41を構成する接着材としては、例えば、両面テープが挙げられる。
このように、第1の例では、第1の部位7Aと第2の部位7Bとを重ねて、非水電解質二次電池1を折り曲げることにより、非水電解質二次電池1を小型化することができ、非水電解質二次電池1を自動車等に搭載するときの空間的な自由度が向上する。
放熱部材42は、第1の部位7Aと第2の部位7Bの間に介在した状態で、例えば、第1の部位7Aと第2の部位7Bの両側面側(図6B)において、紙面と垂直な方向の両側)に突出するように設けられている。非水電解質二次電池1の充放電時に発生した熱は、放熱部材42を伝わって、前記の突出している部分から放出される。
接着固定層を構成する接着材としては、例えば、両面テープが挙げられる。
このように、第2の例では、第1の部位7Aと第2の部位7Bとを重ねて、非水電解質二次電池1を折り曲げることにより、非水電解質二次電池1を小型化することができ、非水電解質二次電池1を自動車等に搭載するときの空間的な自由度が向上する。また、第1の部位7Aと第2の部位7Bとの間に、放熱部材42が介在しているので、非水電解質二次電池1の充放電時に発生した熱を効率的に放出することができる。
容器43としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ニッケルめっき鉄、ステンレス等からなる容器が用いられる。
このように、第3の例では、第1の部位7Aと第2の部位7Bとを重ねて、非水電解質二次電池1を折り曲げた状態で、金属製の容器43内に収納することにより、非水電解質二次電池1を小型化することができ、非水電解質二次電池1を自動車等に搭載するときの空間的な自由度が向上する。また、外部からの衝撃等により非水電解質二次電池1が破損することを防止できる。
接着固定層を構成する接着材としては、例えば、両面テープが挙げられる。
このように、第4の例では、収納部21Aの底面21aと収納部21Bの底面21aとが対向するように、第1の部位7Aと第2の部位7Bとを重ねて、非水電解質二次電池1を折り曲げることにより、外装材7の折り曲げ部分(接続リード6が内在する部分)の曲げ半径を大きくすることができ、その折り曲げ部分の変形量を小さくすることができるので、外装材7の破損や非水電解質の漏出を抑制することができる。
放熱部材44は、第1の部位7Aと第2の部位7Bとの間に介在した状態で、例えば、第1の部位7Aと第2の部位7Bの長さ方向の両側(図9において、紙面の左右方向の両側)に突出するように設けられている。非水電解質二次電池1の充放電時に発生した熱は、放熱部材44を伝わって、前記の突出している部分から放出される。
接着固定層を構成する接着材としては、例えば、両面テープが挙げられる。
このように、第5の例では、収納部21Aの底面21aと収納部21Bの底面21aとが対向するように、第1の部位7Aと第2の部位7Bとを重ねて、非水電解質二次電池1を折り曲げることにより、外装材7の折り曲げ部分(接続リード6が内在する部分)の曲げ半径を大きくすることができ、その折り曲げ部分の変形量を小さくすることができるので、外装材7の破損や非水電解質の漏出を抑制することができる。また、第1の部位7Aと第2の部位7Bとの間に、放熱部材44が介在しているので、非水電解質二次電池1の充放電時に発生した熱を効率的に放出することができる。
以下、第2の実施形態について、図10A、図10B、図11A、図11B、図12Aおよび図12Bを参照しながら説明する。
以下の説明では、第1の実施形態において図1A、図1B、図2〜図4、図5A、図5B、図6A、図6B、図7A、図7B、図8および図9を参照して説明した構成と同様の構成については、同じ符号を付するとともに、その詳細な説明を省略する。また、本実施形態を説明する図10A、図10B、図11A、図11B、図12Aおよび図12Bにおいて図示されていない構成についても、適宜、図1A、図1B、図2〜図4、図5A、図5B、図6A、図6B、図7A、図7B、図8および図9等に示した符号を引用して説明することがある。
第2の実施形態の非水電解質二次電池50は、図10A、図10Bに示すように、第1の電極群2と、第2の電極群3と、第1の電極群2の正極に接続された正極リード4と、第2の電極群3の負極に接続された負極リード5と、第1の電極群2と第2の電極群3を直列に接続する接続リード6と、第1の電極群2、第2の電極群3、正極リード4、負極リード5および接続リード6を収納する外装材7と、が備えられている。
非水電解質二次電池50の種類は、角形に限定されず、扁平型(薄型)等の様々な種類にすることができる。
熱可塑性樹脂層52,53は、熱可塑性樹脂層10,11と同様の樹脂から形成される。
また、第2の実施形態の非水電解質二次電池50は、例えば、第1の封止部9Aと第2の封止部9Bとの間に設けられた未封止部51を通る中心線c2に沿って、第1の収納部8A(第1の部位7A)と、第2の収納部8B(第2の部位7B)とが重なるように、外装材7が折り曲げ可能である。
図11A、図11Bに示す非水電解質二次電池50の折り曲げの形態の第1の例では、外装材7に形成された、第1の電極群2を収容する凹部からなる収納部21Aの開口部を覆う蓋部22Aと、第2の電極群2を収容する凹部からなる収納部21Bの開口部を覆う蓋部22Bとが対向するように、第1の部位7A(第1の収納部8A)と、第2の部位7B(第2の収納部8B)とが、接着固定層41を介して重ねられている。この接着固定層41により、第1の部位7Aと第2の部位7Bとが接着固定されている。
このように、第1の例では、第1の部位7Aと第2の部位7Bとを重ねて、非水電解質二次電池50を折り曲げることにより、非水電解質二次電池50を小型化することができ、非水電解質二次電池50を自動車等に搭載するときの空間的な自由度が向上する。また、第1の封止部9Aと第2の封止部9Bとの間に設けられた未封止部51において外装材7を折り曲げるので、折り曲げたときに外側になる外装材7に応力が生じ難くなり、外装材7の破損や非水電解質の漏出を抑制することができる。
このように、第2の例では、収納部21Aの底面21aと収納部21Bの底面21aとが対向するように、第1の部位7Aと第2の部位7Bとを重ねて、非水電解質二次電池50を折り曲げることにより、外装材7の折り曲げ部分(接続リード6が内在する部分)の曲げ半径を大きくすることができ、その折り曲げ部分の変形量を小さくすることができるので、外装材7の破損や非水電解質の漏出を抑制することができる。また、第1の封止部9Aと第2の封止部9Bとの間に設けられた未封止部51において外装材7を折り曲げるので、折り曲げたときに外側になる外装材7に応力が生じ難くなり、外装材7の破損や非水電解質の漏出を抑制する効果をより高めることができる。
以下、第3の実施形態について、図13A、図13Bを参照しながら説明する。
以下の説明では、第1の実施形態において図1A、図1B、図2〜図4、図5A、図5B、図6A、図6B、図7A、図7B、図8および図9を参照して説明した構成と同様の構成、および、第2の実施形態において図10A、図10B、図11A、図11B、図12Aおよび図12Bを参照して説明した構成と同様の構成については、同じ符号を付するとともに、その詳細な説明を省略する。また、本実施形態を説明する図13A、図13Bにおいて図示されていない構成についても、適宜、図1A、図1B、図2〜図4、図5A、図5B、図6A、図6B、図7A、図7B、図8、図9、図10A、図10B、図11A、図11B、図12Aおよび図12Bに示した符号を引用して説明することがある。
第3の実施形態の非水電解質二次電池60は、図13A、図13Bに示すように、第1の電極群2と、第2の電極群3と、第1の電極群2の正極に接続された正極リード4と、第2の電極群3の負極に接続された負極リード5と、第1の電極群2と第2の電極群3を直列に接続する接続リード6と、第1の電極群2、第2の電極群3、正極リード4、負極リード5および接続リード6を収納する外装材7と、が備えられている。
非水電解質二次電池60の種類は、角形に限定されず、扁平型(薄型)等の様々な種類にすることができる。
また、未封止部51に、接続リード6を露出させる開口部61が設けられている。開口部61の大きさは、特に限定されないが、非水電解質二次電池60の充放電時に発生した熱を、接続リード6から効率的に放出するために、接続リード6の大部分が露出する大きさであることが好ましい。
また、第3の実施形態の非水電解質二次電池60は、例えば、第1の封止部9Aと第2の封止部9Bとの間に設けられた未封止部51を通る中心線c3に沿って、第1の収納部8A(第1の部位7A)と、第2の収納部8B(第2の部位7B)とが重なるように、外装材7が折り曲げ可能である。
第1の部位7Aと第2の部位7Bとを重ねた場合、図13Aに示すように、正極集電タブ34に接続される正極リード4と、負極集電タブ35に接続される負極リード5とが重ならないように互い違いに配置されている。
第3の実施形態では、第1の部位7Aと第2の部位7Bとを重ねて、非水電解質二次電池60を折り曲げることにより、非水電解質二次電池60を小型化することができ、非水電解質二次電池60を自動車等に搭載するときの空間的な自由度が向上する。また、第1の封止部9Aと第2の封止部9Bとの間に設けられた未封止部51において外装材7を折り曲げるので、折り曲げたときに外側になる外装材7に応力が生じ難くなり、外装材7の破損や非水電解質の漏出を抑制することができる。さらに、未封止部51に、接続リード6を露出させる開口部61を設けることにより、非水電解質二次電池60の充放電時に発生した熱を、接続リード6から効率的に放出することができる。
以下、第4の実施形態について、図14A、図14B、図15A、図15B、図15Cおよび図16を参照しながら説明する。
以下の説明では、第1の実施形態において図1A、図1B、図2〜図4、図5A、図5B、図6A、図6B、図7A、図7B、図8および図9を参照して説明した構成と同様の構成については、同じ符号を付するとともに、その詳細な説明を省略する。また、本実施形態を説明する図14A、図14B、図15A、図15B、図15Cおよび図16において図示されていない構成についても、適宜、図1A、図1B、図2〜図4、図5A、図5B、図6A、図6B、図7A、図7B、図8および図9等に示した符号を引用して説明することがある。
第4の実施形態の非水電解質二次電池70は、図14A、図14Bに示すように、第1の電極群2と、第2の電極群3と、第1の電極群2の正極に接続された正極リード4と、第2の電極群3の負極に接続された負極リード5と、第1の電極群2と第2の電極群3を直列に接続する接続リード6と、第1の電極群2、第2の電極群3、正極リード4、負極リード5および接続リード6を収納する外装材71と、が備えられている。
外装材71としては、金属製容器が用いられる。
非水電解質二次電池70の種類は、角形に限定されず、扁平型(薄型)等の様々な種類にすることができる。
これら第1の収納部72A、第2の収納部72B、接続部78および封止部73は、第1筐体部81と第2筐体部82とが一体となることによって形成される。
以下、第1筐体部81および第2筐体部82について説明する。
金属の薄板の厚さは、0.5mm以下であることが好ましく、0.3mm以下であることがより好ましい。
第1筐体部81は、金属の薄板を略矩形状に加工されてなる板状の部材、金属の薄板を膨出形成させて収納部を形成してなる板状の部材である。
第2筐体部82は、金属の薄板を略矩形状に加工されてなる板状の部材、金属の薄板を膨出形成させて、収納部を形成してなる板状の部材である。
封止部73は、第1筐体部81を構成する金属の薄板と、第2筐体部82を構成する金属の薄板とをシーム溶接して形成される。
絶縁性樹脂層75,76,77を構成する絶縁性樹脂としては、特に限定されないが、例えば、熱可塑性樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等が挙げられる。
また、第4の実施形態の非水電解質二次電池70は、例えば、共通の封止部である接続部78を通る中心線c4に沿って、第1の収納部72A(第1の部位71A)と、第2の収納部72B(第2の部位71B)とが重なるように、外装材71が折り曲げ可能である。
第1の部位71Aと第2の部位71Bとを重ねた場合、図16に示すように、正極集電タブ34に接続される正極リード4と、負極集電タブ35に接続される負極リード5とが重ならないように互い違いに配置されている。
第4の実施形態では、第1の部位71Aと第2の部位71Bとを重ねて、非水電解質二次電池70を折り曲げることにより、非水電解質二次電池70を小型化することができ、非水電解質二次電池70を自動車等に搭載するときの空間的な自由度が向上する。
なお、第4の実施形態の非水電解質二次電池70では、外装材71を構成する金属の薄板の厚さをより薄くするとともに、外装材71の折り曲げ部分(接続リード6が内在する部分)の曲げ半径を大きくすることにより、折り曲げ可能としている。
以下、第5の実施形態について、図17A、図17Bを参照しながら説明する。
以下の説明では、第1の実施形態において図1A、図1B、図2〜図4、図5A、図5B、図6A、図6B、図7A、図7B、図8および図9を参照して説明した構成と同様の構成については、同じ符号を付するとともに、その詳細な説明を省略する。また、本実施形態を説明する図17A、図17Bにおいて図示されていない構成についても、適宜、図1A、図1B、図2〜図4、図5A、図5B、図6A、図6B、図7A、図7B、図8および図9等に示した符号を引用して説明することがある。
第5の実施形態の組電池80は、4つの非水電解質二次電池90と、これらの非水電解質二次電池90を直列に接続するバスバー91と、第1の部位7Aと第2の部位7Bの間に介在する放熱部材92とが備えられている。
放熱部材92は、4つの非水電解質二次電池90をそれぞれ構成する第1の部位7Aと第2の部位7Bの間に介在した状態で、例えば、4つの非水電解質二次電池90のうち一方の端に配置される非水電解質二次電池90(90A)から、組電池80の長手方向(図17Bにおいて、紙面の左右方向)に突出し、かつ、4つの非水電解質二次電池90のうち他方の端に配置される非水電解質二次電池90(90B)から、組電池80の長手方向(図17Bにおいて、紙面の左右方向)に突出するように設けられている。
バスバー91は、金属製の部材であり、導電性を有する。
放熱部材92としては、例えば、銅、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレス等からなる金属板等の熱伝導性が良好な材料が用いられる。
以下、第6の実施形態について、図18A、図18Bを参照しながら説明する。
以下の説明では、第1の実施形態において図1A、図1B、図2〜図4、図5A、図5B、図6A、図6B、図7A、図7B、図8および図9を参照して説明した構成と同様の構成については、同じ符号を付するとともに、その詳細な説明を省略する。また、本実施形態を説明する図18A、図18Bにおいて図示されていない構成についても、適宜、図1A、図1B、図2〜図4、図5A、図5B、図6A、図6B、図7A、図7B、図8および図9等に示した符号を引用して説明することがある。
第6の実施形態の組電池100は、4つの非水電解質二次電池110と、これらの非水電解質二次電池110を直列に接続するバスバー111と、第1の部位7Aと第2の部位7Bの間に介在する放熱部材112とが備えられている。
放熱部材112は、4つの非水電解質二次電池110をそれぞれ構成する第1の部位7Aと第2の部位7Bの間に介在した状態で、例えば、4つの非水電解質二次電池110のうち一方の端に配置される非水電解質二次電池110(110A)から、組電池100の長手方向(図18Bにおいて、紙面の左右方向)に突出し、かつ、4つの非水電解質二次電池110のうち他方の端に配置される非水電解質二次電池110(110B)から、組電池100の長手方向(図18Bにおいて、紙面の左右方向)に突出するように設けられている。
また、放熱部材112は、隣り合う非水電解質二次電池110,110間で露出している。
バスバー111は、金属製の部材であり、導電性を有する。
放熱部材112としては、例えば、銅、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレス等からなる金属板等の熱伝導性が良好な材料が用いられる。
以下、第7の実施形態について、図19A、図19Bを参照しながら説明する。
以下の説明では、第1の実施形態において図1A、図1B、図2〜図4、図5A、図5B、図6A、図6B、図7A、図7B、図8および図9を参照して説明した構成と同様の構成については、同じ符号を付するとともに、その詳細な説明を省略する。また、本実施形態を説明する図19A、図19Bにおいて図示されていない構成についても、適宜、図1A、図1B、図2〜図4、図5A、図5B、図6A、図6B、図7A、図7B、図8および図9等に示した符号を引用して説明することがある。
第7の実施形態の組電池120は、5つの非水電解質二次電池130と、これらの非水電解質二次電池130を直列に接続するバスバー131と、第1の部位7Aと第2の部位7Bの間に介在する放熱部材132とが備えられている。
放熱部材132としては、例えば、銅、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレス等の熱伝導性が良好な材料からなる部材が用いられる。
放熱部材132は、5つの非水電解質二次電池130をそれぞれ構成する第1の部位7Aと第2の部位7Bの間に介在した状態で、非水電解質二次電池130の一方の端(図19Aにおいて、紙面の左側)から、放熱部134が突出し、非水電解質二次電池130の他方の端(図19Aにおいて、紙面の右側)に基部133が接するように設けられている。
また、全ての非水電解質二次電池130は、放熱部材132の放熱部134に対して、正極リード4と負極リード5が同じ向きになるように配置されている。すなわち、図19Aに示すように、放熱部材132の放熱部134の上側に負極リード5が配置され、放熱部材132の放熱部134の下側に正極リード4が配置されるように、放熱部材132の放熱部134に対して、全ての非水電解質二次電池130が配置されている。
バスバー131は、金属製の部材であり、導電性を有する。
以下、第8の実施形態について、図20を参照しながら説明する。
以下の説明では、第1の実施形態において図1A、図1B、図2〜図4、図5A、図5B、図6A、図6B、図7A、図7B、図8および図9を参照して説明した構成と同様の構成については、同じ符号を付するとともに、その詳細な説明を省略する。また、本実施形態を説明する図20において図示されていない構成についても、適宜、図1A、図1B、図2〜図4、図5A、図5B、図6A、図6B、図7A、図7B、図8および図9等に示した符号を引用して説明することがある。
第8の実施形態の組電池140は、5つの非水電解質二次電池150と、これらの非水電解質二次電池150を直列に接続するバスバー151と、第1の部位7Aと第2の部位7Bの間に介在する放熱部材152とが備えられている。
放熱部材152としては、例えば、銅、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレス等の熱伝導性が良好な材料からなる部材が用いられる。
放熱部材152は、5つの非水電解質二次電池150をそれぞれ構成する第1の部位7Aと第2の部位7Bの間に介在した状態で、非水電解質二次電池150の一方の端(図20において、紙面の左側)から、放熱部154が突出し、非水電解質二次電池150の他方の端(図20において、紙面の右側)に基部153が接するように設けられている。
また、非水電解質二次電池150は、放熱部材152の放熱部154に対して、正極リード4と負極リード5の向きが交互に変わるように配置されている。本実施形態では、図20に示すように、放熱部材152の一方の端に設けられた放熱部154Aの上側に負極リード5が配置され、放熱部154Aの下側に正極リード4が配置されるように、放熱部材152の放熱部154Aに対して、非水電解質二次電池150が配置されている。また、図20に示すように、放熱部154Aと隣り合う放熱部154Bの上側に正極リード4が配置され、放熱部154Bの下側に正極リード4が配置されるように、放熱部材152の放熱部154Bに対して、非水電解質二次電池150が配置されている。以下、同様にして、放熱部材152の放熱部154に対して、正極リード4と負極リード5の向きが交互に変わるように配置されている。
バスバー151は、金属製の部材であり、導電性を有する。
以下、第9の実施形態について、図21、図22、図23Aおよび図23Bを参照しながら説明する。
以下の説明では、第1の実施形態において図1A、図1B、図2〜図4、図5A、図5B、図6A、図6B、図7A、図7B、図8および図9を参照して説明した構成と同様の構成、および、第2の実施形態において図10A、図10B、図11A、図11B、図12Aおよび図12Bを参照して説明した構成と同様の構成については、同じ符号を付するとともに、その詳細な説明を省略する。また、本実施形態を説明する図21、図22、図23Aおよび図23Bにおいて図示されていない構成についても、適宜、図1A、図1B、図2〜図4、図5A、図5B、図6A、図6B、図7A、図7B、図8、図9、図10A、図10B、図11A、図11B、図12Aおよび図12Bに示した符号を引用して説明することがある。
具体的には、図22、図23Aおよび図23Bに示すように、第1の部位7Aと第2の部位7Bが九十九折りにされて、第1の部位7Aと第2の部位7Bとが重ねられている。
図22では、第1の部位7Aと第2の部位7Bの間の外装材7の折り曲げ部の曲げ半径が小さい場合を示している。また、図23A、図23Bでは、第1の部位7Aと第2の部位7Bの間の外装材7の折り曲げ部の曲げ半径が大きい場合を示している。
図23Aは、第1の部位7Aと第2の部位7Bとが重ねられているものであり、対向する部材間には空間部を有しているように示しているが、必要により接着固定されてもよい。また、図23Bは、対向する部材間に放熱部材23a,23bを介して重ねられている。この場合、図示略の接着固定層を介して重ねられていることが好ましい。接着固定層により、第1の部位7Aと第2の部位7Bとが接着固定されている。
以下、第10の実施形態について、図24A、図24Bおよび図25を参照しながら説明する。
以下の説明では、第1の実施形態において図1A、図1B、図2〜図4、図5A、図5B、図6A、図6B、図7A、図7B、図8および図9を参照して説明した構成と同様の構成、および、第2の実施形態において図10A、図10B、図11A、図11B、図12Aおよび図12Bを参照して説明した構成と同様の構成については、同じ符号を付するとともに、その詳細な説明を省略する。また、本実施形態を説明する図24A、図24Bおよび図25において図示されていない構成についても、適宜、図1A、図1B、図2〜図4、図5A、図5B、図6A、図6B、図7A、図7B、図8、図9、図10A、図10B、図11A、図11B、図12Aおよび図12Bに示した符号を引用して説明することがある。
このように、本実施形態では、収納部21Aの底面21aと収納部21Bの底面21aとが対向するように、第1の部位7Aと第2の部位7Bとを重ねて、非水電解質二次電池200を折り曲げることにより、外装材7の折り曲げ部分(接続リード6が内在する部分)の曲げ半径が大きくなる。この外装材7の折り曲げ部分によって形成される空間に連結部材202が挿通され、この連結部材202を共有して、2つの非水電解質二次電池200が連結されている。
連結部材202としては、銅、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレス等からなる金属製の円柱状の部材が用いられる。
バスバー201は、金属製の部材であり、導電性を有する。
以下、第11の実施形態について、図26A、図26B、図27Aおよび図27Bを参照しながら説明する。
以下の説明では、第1の実施形態において図1A、図1B、図2〜図4、図5A、図5B、図6A、図6B、図7A、図7B、図8および図9を参照して説明した構成と同様の構成、および、第2の実施形態において図10A、図10B、図11A、図11B、図12Aおよび図12Bを参照して説明した構成と同様の構成については、同じ符号を付するとともに、その詳細な説明を省略する。また、本実施形態を説明する図26A、図26B、図27Aおよび図27Bにおいて図示されていない構成についても、適宜、図1A、図1B、図2〜図4、図5A、図5B、図6A、図6B、図7A、図7B、図8、図9、図10A、図10B、図11A、図11B、図12Aおよび図12Bに示した符号を引用して説明することがある。
連結部材222は、図27A、図27Bに示すように、例えば、円柱状の連結部222Aと、連結部222Aの外周面222aに垂直に設けられた放熱部222Bとが備えられている。
このように、本実施形態では、収納部21Aの底面21aと収納部21Bの底面21aとが対向するように、第1の部位7Aと第2の部位7Bとを重ねて、非水電解質二次電池200を折り曲げることにより、外装材7の折り曲げ部分(接続リード6が内在する部分)の曲げ半径が大きくなる。この外装材7の折り曲げ部分によって形成される空間に連結部材222の連結部222Aが挿通され、この連結部222Aを共有して、2つの非水電解質二次電池220が連結されている。
連結部材222としては、銅、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレス等からなる金属製の部材が用いられる。
バスバー201は、金属製の部材であり、導電性を有する。
以下、第12の実施形態について、図28を参照しながら説明する。
第12の実施形態の電池パックは、第1〜第4の実施形態の非水電解質二次電池(すなわち、単電池)を少なくとも1つ以上有する。電池パックに複数の単電池が含まれる場合、各単電池は、電気的に直列、並列、あるいは、直列と並列に接続して配置される。
複数の単電池231は、外部に延出した図示略の負極端子および図示略の正極端子が同じ向きに揃えられるように積層され、粘着テープで締結することによって組電池232を構成している。これらの単電池231は、図28に示すように、互いに電気的に直列に接続されている。
組電池231は、各保護シートおよびプリント配線基板233とともに、図示略の収納容器内に収納される。すなわち、収納容器の長辺方向の両方の内側面と短辺方向の内側面それぞれに保護シートが配置され、短辺方向の保護シートとは反対側の内側面にプリント配線基板233が配置される。組電池231は、保護シートおよびプリント配線基板233で囲まれた空間内に位置する。また、収納容器の上面に、図示略の蓋が取り付けられている。
第13の実施形態について説明する。
第13の実施形態によれば、第5〜第11の実施形態の組電池を少なくとも1組か、第12の実施形態の電池パックを少なくとも1個含む自動車が提供される。自動車の例には、二輪乃至四輪のハイブリッド電気自動車、二輪乃至四輪の電気自動車、アシスト自転車等が含まれる。
以下の手順により、図1A、図1B、図2〜図4、図5Aおよび図5Bに示す非水電解質二次電池1と同様の非水電解質二次電池を作製した。
(正極の作製)
正極活物質として、平均粒径が5nmの炭素微粒子が表面に付着(付着量1質量%)した、一次粒子の平均粒径が0.1μmのオリビン構造のリン酸鉄リチウム(LiFePO4)粒子を用意した。
このリン酸鉄リチウム(LiFePO4)粒子に、導電剤としての黒鉛粉末と、結着剤としてのPVdFとを、質量比で90:5:5となるように配合して、n−メチルピロリドン(NMP)溶媒に分散させ、ボールミルを用いて、スラリーを調製した。
得られたスラリーを、厚さ12μmのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に塗布し、乾燥し、加熱プレス工程を経て、片面の正極材料層の厚さが30μm、電極密度が2.2g/cm3の正極を作製した。
これにより、正極集電体と、その両面に担持された正極材料層と、正極材料無担持部とを含む帯状の正極を作製した。
負極活物質として、リチウム金属の電極電位に対するリチウム吸蔵放出電位が2Vから1.3V(vs.Li/Li+)のスピネル構造で、一次粒子の平均粒径が0.6μmのチタン酸リチウム(Li4Ti5O12)粒子を用意した。
このチタン酸リチウム(Li4Ti5O12)粒子に、導電剤として平均粒径が6μmの黒鉛粉末と、結着剤としてPVdFとを、質量比で90:8:2となるように配合して、n−メチルピロリドン(NMP)溶媒に分散させ、ボールミルを用いて、スラリーを調製した。
得られたスラリーを、厚さ12μmのアルミニウム箔からなる負極集電体の両面に塗布し、乾燥し、加熱プレス工程を経て、片面の負極材料層の厚さが20μm、電極密度が2.2g/cm3の負極を作製した。
これにより、負極集電体と、その両面に担持された負極材料層と、負極材料無担持部とを含む帯状の負極を作製した。
厚さ15μm、気孔率65%、平均繊維径1μmの再生セルロース繊維からなるセパレータを用意した。
次に、帯状の正極3と帯状の負極4とを、その間にセパレータ5を介在させて積層して電極群アセンブリを形成した。この際、正極材料無担持部および負極材料無担持部が、電極群アセンブリから、互いに反対の向きに延出するようにした。
続いて、この電極群アセンブリを渦巻状に捲回した後、電極群アセンブリから捲芯を取り出し、扁平形状にプレスした。
次に、電極群アセンブリの正極材料無担持部、正極集電タブ、負極材料無担持部及び負極集電タブを除いた部分を、絶縁テープで被覆した。
これにより、図3に示すような、扁平形状で捲回型の電極群2および電極郡3を得た。
次に、熱可塑性樹脂層10を備えたアルミニウム板からなる正極リード(電極リード)および負極リード(電極リード)を用意した。そして、用意した電極リード(正極リード)を、電極群2の正極集電タブに超音波溶接した。同様に、用意した電極リード(負極リード)を、電極群3の負極集電タブに超音波溶接した。この際、電極群2の正極リードと、電極群3の負極リードが、互いに同一直線上に存在しないように配置した。
次いで、熱可塑性樹脂層を備えたアルミニウム板からなる接続リード6を用意した。そして、用意した接続リード6の一端を電極群2の負極集電タブに、他端を電極群3の正極集電タブに超音波溶接した。
次に、図2に示すような、外装材7を用意した。外装材7は、Al層と、そのAl層を被覆する樹脂層からなるAlラミネートフィルムであり、第1筐体部21および第2筐体部22とから構成されている。外装材7には、深絞り加工により、矩形状の凹部とされた収納部21Aおよび収納部21Bとが形成されている。
次に、外装材7における第1筐体部21の収納部21A内に、上記手順で作製した電極群2を配置した。
次に、外装材7における第1筐体部21の収納部21B内に、上記手順で作製した電極群3を配置した。
次に、外装材7の第1筐体部21と第2筐体部22とを、絶縁性樹脂層を介して対向させた。これにより、電極群2および電極群3を、第1筐体部21の収納部21Aおよび収納部21Bと、第2筐体部22のうち、この収納部21Aおよび21Bと対向する収納部22Aおよび22Bとで構成される電極群収納部内に収容した。
次に、第1筐体部21および第2筐体部22の外周縁部のうち、第1の収納部7Aと第2の収納部7Bを接続する部分を加熱し、熱融着した。これにより、接続リード6は、熱可塑性樹脂層を介して、熱シールされた。
また、第1筐体部21および第2筐体部22の外周縁部である封止部21Dと封止部22Dのうち、折り返し部と並行に隣接する各筐体部21,22の辺を除いて、加熱し、熱融着した。
これにより、電極群2の電極リード(正極リード)および電極群3の電極リード(負極リード)を、熱可塑性樹脂層を介して熱シールした。
このようにして、電極群2および電極群3を外装材内に収納し、80℃で24時間、真空乾燥した。
有機溶媒としてプロピレンカーボネート(PC)とジエチルカーボネート(DEC)の混合溶媒(体積比率1:2)に、電解質としての六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1.2mol/Lの濃度で溶解することにより、液状の非水電解質を調製した。
外装材7の、第1筐体部21および第2筐体部22の外周縁部である封止部21Dと封止部22のうち熱融着していない部分を介して、上記手順で得られた液状の非水電解質を注入した。
最後に、外装材7の、第1筐体部21および第2筐体部22の外周縁部である封止部21Dと封止部22のうち、熱融着していない部分を熱融着することにより、実施例1の容量10Ahの非水電解質二次電池1を得た。
実施例1で作製した非水電解質二次電池1について、図5A、図5Bに示すように、第1の部位7Aと第2の部位7Bが重なるように、非水電解質二次電池1を折り曲げた。この際、第1の部位7Aと第2の部位7Bとの間を両面テープよりなる接着固定層41により接着固定した。
実施例1で作製した非水電解質二次電池1について、図6に示すように、第1の部位7Aと第2の部位7Bが重なるように、非水電解質二次電池1を折り曲げた。この際、第1の部位7Aと第2の部位7Bとの間に、放熱部材42を配置し、接着固定した。
図13A、図13Bに示す、第3の実施の形態の非水電解質二次電池60を作製した。接続部に開口部を設け、接続リード6を開口部から露出させたこと以外は、実施例3と同様に、非水電解質二次電池60を作製した。
実施例1〜実施例4の非水電解質二次電池について、25℃にて、10A(1C)の定電流で4.2Vまで充電を行った後、10A(1C)の電流値で3.0Vまで放電した時の平均放電電圧を測定した。
結果を表1に示した通り、実施例1〜実施例4の平均放電電圧は、それぞれ、3.62V、3.61V、3.61V、3.62Vであった。従って、負極に炭素材料を用いた従来のリチウムイオン電池と電圧互換性を有することが確認できた。このため、従来のリチウムイオン電池で用いられる過電流保護、過充電防止、過放電防止のための保護回路を互換可能である。
次に、実施例2〜実施例4の非水電解質二次電池について、25℃にて、10A(1C)の定電流で4.2Vまで充電を行った後、100A(10C)の電流値で3.0Vまで放電した。その時のセル表面温度の上昇を調べた。
その結果、セル温度の上昇は、実施例2、実施例3、実施例4の順に大きく、実施例2<実施例3<実施例4の順で発生した熱を効率的に放出することができることが確認できた。
実施例2で作製した非水電解質二次電池1を、アルミニウムからなる外装缶に収納することにより、図7に示す非水電解質二次電池1の折り曲げ形態の第3の例に示した非水電解質二次電池を作製した。
次に、作製した非水電解質二次電池50個を、高さ1.2mの高さから落下させる落下試験を実施した後、電池の破損状況を調べた。
その結果、破損した電池は皆無であり、いずれも電池として機能することが確認できた。
Claims (13)
- LixFe1−yMnyAzPO4(Aは、V、Mg、Ni、Al、Sn、ZrおよびNbからなる群から選択される少なくとも1種、0≦x≦1.1、0≦y≦0.2、0≦z≦0.2)で表されるオリビン構造を有する鉄含有リン化合物を含む正極、チタンを含有する酸化物を含む負極および前記正極と前記負極との間に介在するセパレータを積層してなる第1の電極群および第2の電極群と、
非水電解質と、
前記第1の電極群、前記第2の電極群および前記非水電解質を封入した外装材と、
前記第1の電極群の正極に接続され、前記外装材の外部に延出した正極リードと、前記第2の電極群の負極に接続され、前記外装材の外部に延出した負極リードと、
前記第1の電極群の負極と前記第2の電極群の正極とを接続する接続リードと、を備え、
前記外装材は、前記第1の電極群を収容する第1の収納部と、前記第2の電極群を収容する第2の収納部と、前記第1の収納部と前記第2の収納部とを接続する接続部と、前記第1の電極群を収容する第1の凹部および該第1の凹部を覆う第1の蓋部と、前記第2の電極群を収容する第2の凹および該第2の凹部を覆う第2の蓋部と、を備え、
前記第1の蓋部と前記第2の蓋部は一体をなしている非水電解質二次電池。 - 前記第1の収納部と前記第2の収納部の間の前記接続部を含む部位は折り曲げ可能である請求項1に記載の非水電解質二次電池。
- 前記第1の凹部と前記第1の蓋部が対向するように重ね合わせられて前記第1の収納部が構成され、前記第2の凹部と前記第2の蓋部が対向するように重ね合わせられて前記第2の収納部が構成された請求項1に記載の非水電解質二次電池。
- 前記接続部に、前記第1の収納部を封止する第1の封止部と、前記第2の収納部を封止する第2の封止部と、第1の封止部と前記第2の封止部との間に設けられた未封止部と、が設けられた請求項1に記載の非水電解質二次電池。
- 前記未封止部に、前記接続リードを露出させる開口部が設けられた請求項4に記載の非水電解質二次電池。
- 前記第1の蓋部と、前記第2の蓋部とが対向するように、前記第1の収納部と前記第2の収納部とが重ねられた請求項1〜5のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。
- 前記第1の凹部の底面と前記第2の凹部の底面とが対向するように、前記第1の収納部と前記第2の収納部とが重ねられた請求項1〜5のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。
- 前記第1の収納部と前記第2の収納部とが、放熱部材を介して重ねられた請求項1〜7のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。
- 前記チタンを含有する酸化物は、ラムスデライト構造を有するリチウムチタン酸化物、スピネル構造を有するリチウムチタン酸化物、単斜晶構造を有するチタン酸化物およびニオブチタン酸化物からなる群から選択される少なくとも1種を含む請求項1〜8のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。
- 前記外装材は、金属層と、該金属層を被覆する樹脂層とからなる多層フィルムである請求項1〜9のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。
- 4V以上5V以下の範囲の充電最大電圧で3.61V〜3.62Vの平均放電電圧を有する請求項1〜10のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。
- 前記第1の収納部と前記第2の収納部とが重なるように、前記外装材を折り曲げたとき、前記第1の収納部と前記第2の収納部の間の前記外装材によって形成される空間に挿通される連結部材を備え、該連結部材を共有して、請求項1〜11のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池が複数個連結されてなる組電池。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池、または請求項12に記載の組電池を有する電池パック。
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