JP6700435B2 - モノセルの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、シート状をなす正・負の２つの電極の間にシート状のセパレータを配置してなるモノセルの製造方法に関する。
シート状の正極とシート状の負極との間にシート状の分離膜を配置してなる基本単位体の一例として、特許文献１に記載されたものが挙げられる。特許文献１の基本単位体では、正極と分離膜との間および負極と分離膜との間の接合が、例えばメッシュ形態で接合面に全体的に配置された接着剤によって行われる。
このように接着剤を配置した状態では、基本単位体の積層方向から見て、正極と分離膜との間の接着剤の位置と負極と分離膜との間の接着剤の位置とが重なる部分、つまり分離膜の両面に接着剤が塗布された部分が存在している。従って、基本単位体の厚さが、過度に大きくなる虞がある。
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、接着剤によるモノセルの厚さの増加を抑制したモノセルの製造方法を提供するものである。
本発明は、シート状をなす正・負の２つの電極の間にシート状のセパレータを配置してなるモノセルの製造方法において、モノセルの積層方向から見て、セパレータの一方の面にある接着剤が、セパレータの他方の面にある接着剤と重ならないように接着剤を配置したものである。
本発明によれば、モノセルの積層方向から見てセパレータの同じ位置で、セパレータの両面に接着剤が配置されていないので、モノセルの厚さが過度に大きくならない。
以下、図面を参照しながら本発明の一実施例について説明する。
図１には、モノセル（単位積層体）１を製造するための電極積層装置２が示されている。モノセル１は、例えば図２および図３に示すように下側から電極としてのシート状の負極３、シート状のセパレータ４、電極としてのシート状の正極５の順序で積層し、これらを一体化することで形成される。さらに、本実施例では、正極５の上にシート状のセパレータ６が接合されており、４層構造のモノセル１となっている。負極３は、活物質、導電助剤、バインダおよび有機溶媒等を混合してなるスラリーを、集電箔例えば銅箔の両面に所定の厚さで塗工して乾燥させることによりシート状に形成されている。同様に、正極５は、活物質、導電助剤、バインダおよび有機溶媒等を混合してなるスラリーを、集電箔例えばアルミニウム箔の両面に所定の厚さで塗工して乾燥させることによりシート状に形成されている。負極３は、正極５よりも薄く、かつ正極５よりも大きく形成されている。図２に示すように、負極３は、タブ部７を残すように裁断されており、一方、正極５は、タブ部８を残すように裁断されている。
このように構成されたモノセル１を複数積層して矩形の電極積層体（発電要素）を形成し、この電極積層体を電解液とともに図示せぬラミネートフィルム外装体内に収容することにより、フィルム外装電池例えばリチウムイオン二次電池が形成される。
セパレータ４とセパレータ６は、実質的に同じものであり、正極５と負極３との間の短絡を防止すると同時に電解液を保持する機能を有する。セパレータ４，６は、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等の合成樹脂の微多孔性膜あるいは不織布からなる。また、セパレータ４，６は、負極３よりも大きく形成されている。
図１に示すように、電極積層装置２では、帯状に長く連続したセパレータ４を中心として、上下一対の搬送ローラ９と、この搬送ローラ９の下流側に位置した負極用吸着ドラム１０と、この負極用吸着ドラム１０の上方に位置したニップローラ１１と、ニップローラ１１の下流側に位置した正極用吸着ドラム１２と、この正極用吸着ドラム１２の下方に位置したニップローラ１３とが設けられている。
上記搬送ローラ９は、セパレータ４を搬送方向Ｔに沿って搬送する。
上記負極用吸着ドラム１０は、所定の寸法に裁断され、かつ第１のディスペンサ１５からの接着剤１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃが点状に配置されたシート状の負極３を吸着し、セパレータ４に重ね合わせる。
上記ニップローラ１１は、重ね合わされた負極３およびセパレータ４を負極用吸着ドラム１０に対して押し付けることで、セパレータ４に負極３を貼り付ける。
上記正極用吸着ドラム１２は、所定の寸法に裁断され、かつ第２のディスペンサ２１からの接着剤２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが点状に配置されたシート状の正極５を吸着し、負極３に対応した位置となるようにセパレータ４に重ね合わせる。
上記ニップローラ１３は、重ね合わされた負極３、セパレータ４および正極５を正極用吸着ドラム１２に対して押し付けることで、セパレータ４に正極５を貼り付ける。
ニップローラ１３の下流側には、第３のディスペンサ２６と、この第３のディスペンサ２６の下流側に位置した搬送ローラ２９と、この搬送ローラ２９の上方に位置したニップローラ４０とが設けられている。
第３のディスペンサ２６は、負極３、セパレータ４および正極５が重ね合わされた状態で正極５に接着剤２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃを点状に配置する。
上記搬送ローラ２９は、重ね合わされた負極３、セパレータ４および正極５と、セパレータ４の上方から送られてくる帯状に長く連続したセパレータ６と、を搬送方向Ｔに沿って搬送する。
上記ニップローラ４０は、接着剤２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃを具備した正極５にセパレータ６を重ね合わせ、積層された負極３、セパレータ４、正極５およびセパレータ６を搬送ローラ２９に押し付けることで、正極５にセパレータ６を貼り付ける。
ニップローラ４０の下流側には、セパレータカッター３０が設けられている。セパレータカッター３０は、隣接する２つの負極３等の間でセパレータ４，６を切断する。セパレータ４，６の切断により、図２および図３に示すように負極３、セパレータ４、正極５およびセパレータ６を一体化したモノセル１が形成される。
なお、本実施例では、搬送方向Ｔは、図２のように長方形状をなす負極３や正極５の短辺に沿った方向である。搬送方向Ｔに対してタブ部７およびタブ部８は側方を向く姿勢となっている。
ここで、以下の説明の便宜のために、搬送方向Ｔと直交する方向を電極積層装置２の「幅方向Ｗ」と定義する。
また、図３に示す負極３等の姿勢で、負極３の上側の面を「上面３ａ」とし、負極３の下側の面を「下面３ｂ」とする。同様に、セパレータ４の上側の面を「上面４ａ」とし、セパレータ４の下側の面を「下面４ｂ」とする。同様に、正極５の上側の面を「上面５ａ」とし、正極５の下側の面を「下面５ｂ」とする。同様に、セパレータ６の上側の面を「上面６ａ」とし、セパレータ６の下側の面を「下面６ｂ」とする。
さらに、負極３について、図５に示すように、搬送方向Ｔに対して下流側となる負極３の縁部を「前縁３１」とし、上流側となる負極３の縁部を「後縁３２」とし、右側となる負極３の縁部を「右縁１６」とし、左側となる負極３の縁部（タブ部７を除く）を「左縁１７」とする。同様に、正極５について、図５に示すように、搬送方向Ｔに対して下流側となる正極５の縁部を「前縁３３」とし、上流側となる正極５の縁部を「後縁３４」とし、右側となる正極５の縁部を「右縁２７」とし、左側となる正極５の縁部（タブ部８を除く）を「左縁２８」とする。
図１に示すように、セパレータ４の下面４ｂに負極３の上面３ａを接合するために、負極用吸着ドラム１０と対向する位置に、第１のディスペンサ１５が設けられている。第１のディスペンサ１５は、負極３の上面３ａの一部に接着剤１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを点状に配置（塗布）する３つのノズル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃを備えている。３つのノズル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、実質的に同様に構成されており、幅方向Ｗに沿って所定の間隔でそれぞれ設けられている。ここで、両側のノズル１５Ａ，１５Ｃは、搬送方向Ｔに対する負極３の右縁１６および左縁１７（タブ部７を除く）（図５参照）に近い位置に接着剤１４Ａ，１４Ｃを配置することができる位置にそれぞれ設けられている。
さらに、第１のディスペンサ１５の上流側に、負極３の基準位置１８（図５参照）を検出するセンサ１９が設けられている。本実施例では、負極３の基準位置１８は、負極３の前縁３１と右縁１６とが交差する点（図５参照）である。なお、基準位置１８を、前縁３１上の任意の点とすることができる。センサ１９による基準位置１８の検出は、センサ１９下流側の第１のディスペンサ１５のノズル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃからの接着剤の配置のためのトリガとなる。図４に示すように負極３が移動しているときにセンサ１９が負極３の基準位置１８を検出すると、接着剤１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの塗布信号が第１のディスペンサ１５に送信される。そして、この塗布信号に基づいて図示せぬタイマによりカウントが開始され、所定の時間の経過後に、第１のディスペンサ１５のノズル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、負極３の上面３ａに接着剤１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを点状に配置する。ノズル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃからの接着剤１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃは、タイマのカウントを用いて、搬送方向Ｔに沿って複数点（実施例では３点）で配置される。
同様に、セパレータ４の上面４ａに正極５の下面５ｂを接合するために、正極用吸着ドラム１２と対向する位置に、第２のディスペンサ２１が設けられている。第２のディスペンサ２１は、正極５の下面５ｂの一部に接着剤２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを点状に配置する３つのノズル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを備えている。３つのノズル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃは、実質的に同様に構成されており、幅方向Ｗに沿って所定の間隔でそれぞれ設けられている。第２のディスペンサ２１の中央のノズル２１Ｂは、第１のディスペンサ１５の中央のノズル１５Ｂと幅方向Ｗ中央の同じ位置に設けられている。一方、第２のディスペンサ２１の両側のノズル２１Ａ，２１Ｃは、第１のディスペンサ１５の両側のノズル１５Ａ，１５Ｃよりも幅方向Ｗ内側に設けられている。
また、第２のディスペンサ２１の上流側に、正極５の基準位置２３（図５参照）を検出するセンサ２４が設けられている。本実施例では、正極５の基準位置２３は、正極５の前縁３３と右縁２７とが交差する点（図５参照）である。つまり、実施例の基準位置２３は、モノセル１の積層方向から見て、基準位置１８と同じ角にある。なお、基準位置２３を、前縁３３上の任意の点とすることができる。
さらに、正極５の上面５ａにセパレータ６の下面６ｂを接合するために、正極用吸着ドラム１２の下流側に、第３のディスペンサ２６が設けられている。第３のディスペンサ２６は、正極５の上面５ａの一部に接着剤２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃを点状に配置する３つのノズル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃを備えている。３つのノズル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃは、実質的に同様に構成されており、幅方向Ｗに沿って所定の間隔でそれぞれ設けられている。第３のディスペンサ２６の中央のノズル２６Ｂは、第１および第２のディスペンサ１５，２１の中央のノズル１５Ｂ，２１Ｂと幅方向Ｗ中央の同じ位置に設けられている。一方、第３のディスペンサ２６の両側のノズル２６Ａ，２６Ｃは、ノズル１５Ａ，１５Ｃよりも正極５の右縁２７および左縁２８（タブ部８を除く）に近い位置に接着剤２５Ａ，２５Ｃを塗布することができる位置に設けられている。
第２のディスペンサ２１上流側のセンサ２４と同様に、第３のディスペンサ２６の上流側に、正極５の上記基準位置２３を検出するセンサ３７が設けられている。
次に、図５を参照して、第１，第２および第３のディスペンサ１５，２１，２６による接着剤１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃの配置工程および塗布位置を説明する。図５では、図示省略したセパレータ４の下面４ｂに負極３の上面３ａが接合されており、セパレータ４の上面４ａに正極５の下面５ｂが接合されている。従って、負極３の上に該負極３よりも小さい正極５がセパレータ４を介して積層されており、モノセル１の積層方向から見て、タブ部７，８を除き、正極５の周囲から負極３の周囲が僅かにはみ出ている。
図５には、第１のディスペンサ１５の接着剤１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを円形で示し、第２のディスペンサ２１の接着剤２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを内部にドットを付した円形で示し、さらに、第３のディスペンサ２６の接着剤２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃを内部を格子状にした円形で示してある。
さらに、図５には、ノズル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ（破線の円形）、ノズル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ（一点鎖線の円形）およびノズル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ（二点鎖線の円形）の幅方向Ｗの位置がそれぞれ示されている。
ここで、説明の便宜上、前縁３１，３３に向かう側を「前側」と定義し、後縁３２，３４に向かう側を「後側」と定義する。
本実施例では、第１，第２および第３のディスペンサ１５，２１，２６の各ノズル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃにより、搬送方向Ｔに沿って接着剤１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃを点状に３回配置する。これにより、ディスペンサ１５，２１，２６の各々は、計９点の接着剤を塗布する。
まず、第１のディスペンサ１５の３つのノズル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃにより負極３の上面３ａに接着剤１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを点状に配置する。配置時には、両側のノズル１５Ａ，１５Ｃにより、負極３の前縁３１付近に接着剤１４Ａ，１４Ｃを点状に配置し、そして、搬送方向Ｔの中央位置で接着剤１４Ａ，１４Ｃを点状に配置し、さらに、負極３の後縁３２付近に接着剤１４Ａ，１４Ｃを点状に配置する。１４Ａ，１４Ｃの配置後には、３つの接着剤１４Ａ，１４Ａ，１４Ａおよび３つの接着剤１４Ｃ，１４Ｃ，１４Ｃが、右縁１６および左縁１７（タブ部７を除く）の付近の位置で、搬送方向Ｔに沿って等間隔に並んでいる。また、中央のノズル１５Ｂにより、負極３の前縁３１に接着剤１４Ｂを配置し、そして、タイマの調整により塗布時期をずらすことで搬送方向Ｔ中央の接着剤１４Ａ，１４Ｃよりも前側に接着剤１４Ｂを配置し、さらに、負極３の後縁３２付近に接着剤１４Ｂを配置する。接着剤１４Ｂの配置後には、前縁３１および後縁３２側の双方において、接着剤１４Ｂは、幅方向Ｗに沿って接着剤１４Ａ，１４Ｃと整列しており、搬送方向Ｔ中央において、接着剤１４Ｂは、接着剤１４Ａ，１４Ｃよりも前側に設けられている。
次に、第２のディスペンサ２１の３つのノズル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃにより正極５の下面５ｂに接着剤２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを点状に配置する。接着剤２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを配置する際には、接着剤２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが接着剤１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃと重ならない位置に接着剤２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを配置する。具体的には、両側のノズル２１Ａ，２１Ｃについては、両側のノズル１５Ａ，１５Ｃよりも幅方向Ｗ内側にノズル２１Ａ，２１Ｃを設けることにより接着剤２０Ａ，２０Ｃを接着剤１４Ａ，１４Ｃよりも幅方向Ｗ内側にずらし、中央のノズル２１Ｂについては、タイマにより接着剤２０Ｂの塗布時期を調整することにより接着剤２０Ｂを接着剤１４Ｂから搬送方向Ｔにずらす。
配置時には、両側のノズル２１Ａ，２１Ｃにより、正極５の前縁３３付近に接着剤２０Ａ，２０Ｃを点状に配置し、そして、搬送方向Ｔの中央位置で接着剤２０Ａ，２０Ｃを点状に配置し、さらに、正極５の後縁３４付近に接着剤２０Ａ，２０Ｃを点状に配置する。２０Ａ，２０Ｃの配置後には、３つの接着剤２０Ａ，２０Ａ，２０Ａおよび３つの接着剤２０Ｃ，２０Ｃ，２０Ｃが、接着剤１４Ａ，１４Ａ，１４Ａおよび接着剤１４Ｃ，１４Ｃ，１４Ｃよりも幅方向Ｗ内側の位置で搬送方向Ｔに沿って等間隔に並んでいる。また、中央のノズル２１Ｂにより、前縁３３側の接着剤１４Ｂよりも後側に接着剤２０Ｂを点状に配置し、そして、搬送方向Ｔ中央の接着剤１４Ｂよりも後側に接着剤２０Ｂを点状に配置し、さらに、後縁３４側の１４Ｂよりも前側に接着剤２０Ｂを点状に配置する。接着剤２０Ｂの配置後には、３つの接着剤２０Ｂ，２０Ｂ，２０Ｂが、３つの接着剤１４Ｂ，１４Ｂ，１４Ｂから搬送方向Ｔにそれぞれずれている。
第２のディスペンサ２１による接着剤２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの配置後に、第３のディスペンサ２６の３つのノズル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃにより正極５の上面５ａに接着剤２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃを点状に配置する。配置時には、中央のノズル１５Ｂ，２１Ｂと幅方向Ｗ中央の同じ位置に設けられた中央のノズル２６Ｂにより、前縁３３の付近に接着剤２５Ｂを点状に配置し、そして、搬送方向Ｔ中央の位置で接着剤２５Ｂを点状に配置し、さらに、後縁３４の付近に接着剤２５Ｂを点状に配置する。接着剤２５Ｂの配置後には、３つの接着剤２５Ｂ，２５Ｂ，２５Ｂが、搬送方向Ｔに沿って等間隔に並んでいる。また、両側のノズル１５Ａ，１５Ｃよりも幅方向Ｗ外側に設けられた両側のノズル２６Ａ，２６Ｃにより、前縁３３の付近に接着剤２５Ａ，２５Ｃを点状に配置し、そして、搬送方向Ｔ中央の位置で接着剤２５Ａ，２５Ｃを点状に配置し、さらに、後縁３４の付近に接着剤２５Ａ，２５Ｃに配置する。接着剤２５Ａ，２５Ｃの配置後には、３つの接着剤２５Ａ，２５Ａ，２５Ａおよび３つの接着剤２５Ｃ，２５Ｃ，２５Ｃは、３つの接着剤１４Ａ，１４Ａ，１４Ａおよび３つの接着剤１４Ｃ，１４Ｃ，１４Ｃよりも幅方向Ｗ外側の位置で搬送方向Ｔに沿って等間隔に配置されている。また、３つの接着剤２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃは、前縁３３付近、搬送方向Ｔ中央および後縁３４付近において、幅方向Ｗに沿って等間隔で並んでいる。
上記のように、本実施例では、セパレータ４の下面４ｂ側の接着剤１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの位置と上面４ａ側の接着剤２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの位置とがモノセル１の積層方向から見て互いに重ならないようにしてある。モノセル１の積層方向から見てセパレータ４の同じ位置で、セパレータ４の両面に接着剤１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃおよび接着剤２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが配置されないので、モノセル１の厚さが過度に大きくならない。
また、本実施例では、負極３側に配置された接着剤１４Ａ，１４Ｃが、正極５側に配置された接着剤２０Ａ，２０Ｃよりも幅方向Ｗの外側に設けられている。負極３は、正極５よりも薄く形成されているために正極５よりもセパレータ４から剥がれ易いので、このように負極３側の接着剤１４Ａ，１４Ｃを外側に設けることで、負極３がセパレータ４から剥がれ難くなる。
さらに、本実施例では、セパレータ６の下面６ｂを正極５の上面５ａに貼り付けるのに、正極５の上面５ａ上の幅方向Ｗの最も外側に接着剤２５Ａ，２５Ｃを配置したことから、モノセル１の最も上側にあるために例えば風によりめくれ易いセパレータ６を正極５に確実に貼り付けることができる。
なお、図５では、モノセル１の積層方向から見て、接着剤１４Ａおよび接着剤２５Ａ同士、接着剤１４Ｂおよび接着剤２５Ｂ同士、接着剤２０Ｂおよび接着剤２５Ｂ同士ならびに接着剤１４Ｃおよび接着剤２５Ｃ同士が部分的に互いに重なっているが、これは、最も外側に位置する負極３やセパレータ６を剥がれ難くすることを重視したために結果的に生じたものである。
このように、本実施例では、１つのセパレータ４の下面４ｂの接着剤１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃと上面４ａの接着剤２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃとが互いに重なっていない。さらに必要があれば、セパレータ６を接合するための接着剤２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃを重ならない位置に配置することも可能である。
なお、本実施例では、図１に示すようにセパレータ４を直線的に搬送する例を開示したが、搬送ラインの構成は、図１に示す構成に限られるものではない。
また、本実施例では、モノセル１が負極３、セパレータ４、正極５およびセパレータ６からなる４層構造で構成されている例を開示したが、３層構造を有したモノセルも本発明に適用することができる。
Claims (5)
- シート状の正極と前記正極よりも大きいシート状の負極との間にシート状のセパレータを配置してなるモノセルの製造方法において、
複数点に配置された接着剤を介して前記セパレータの一方の面と前記負極とを接合し、
複数点に配置された接着剤を介して前記セパレータの他方の面と前記正極とを接合し、
前記モノセルの積層方向から見て、前記負極側にある接着剤が、前記正極側にある接着剤と重ならず、かつ前記負極側の周縁部にある接着剤が、前記正極側の周縁部にある接着剤よりも外側に位置するように前記接着剤を配置した、モノセルの製造方法。 - 前記正極の周縁部において複数点に接着剤を配置し、前記正極とシート状の第２のセパレータとを接合する、請求項１に記載のモノセルの製造方法。
- 前記負極に前記接着剤を配置する第１のディスペンサが、複数のノズルを有し、前記正極に前記接着剤を配置する第２のディスペンサが、複数のノズルを有し、前記第１のディスペンサの複数のノズルと、前記第２のディスペンサの複数のノズルとは、前記モノセルの搬送方向と直交する方向に互いにずれている、請求項１または３に記載のモノセルの製造方法。
- 前記負極に前記接着剤を配置する第１のディスペンサが、複数のノズルを有し、前記正極に前記接着剤を配置する第２のディスペンサが、複数のノズルを有し、前記第１のディスペンサの複数のノズルと、前記第２のディスペンサの複数のノズルとは、前記モノセルの搬送方向と直交する方向における同じ位置に設けられ、前記第２のディスペンサの複数のノズルからの接着剤の塗布時期は、前記第１のディスペンサの複数のノズルからの接着剤の塗布時期とずれている、請求項１または３に記載のモノセルの製造方法。
- 複数点に配置された接着剤を介して前記正極とシート状の第２のセパレータとを接合し、
前記モノセルの積層方向から見て、前記モノセルの搬送方向と直交する前記負極の対向する２つの縁に向かって、前記セパレータの他方の面と前記正極との間の接着剤、前記セパレータの一方の面と前記負極との間の接着剤、前記正極と前記第２のセパレータとの間の接着剤の順序で並ぶように前記接着剤を配置した、請求項１に記載のモノセルの製造方法。
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