JP7257180B2 - 電気化学セル - Google Patents

Description

本発明は、電気化学セルに関する。

非水電解質二次電池、電気二重層キャパシタなどの電気化学セルとして、ボタン形（以下、コイン形およびシリンダ形も含む）に形成された電気化学セルが知られている。ボタン形の電気化学セルは、各種デバイスの電源などに利用されている。ボタン形の電気化学セルの１つの形態として、例えば以下の特許文献１に記載のような偏平型非水電解質二次電池が提案されている。

特許文献１には、負極端子を兼ねる金属製の負極ケースと正極端子を兼ねる金属製の正極ケースとが絶縁ガスケットを介し嵌合された外装体が開示されている。具体的には、特許文献１において、正極ケースがカシメ加工によって絶縁ガスケットを介し負極ケースに嵌合されている。また、カシメ加工された部位で外装体の封止部が形成されている。
このように、金属製の正極ケース及び負極ケースで外装体が画成され、外装体の収容部に電極体が非水電解質とともに内包されている。

しかし、外装体の封止部をカシメ加工した場合、電池のサイズが小さくなるほど封止部を収容部に対して小さく抑えることが難しい問題がある。このため、小型のボタン形電池においては電池の体積当たりの容量を上げることが難しく、この観点から改良の余地が残されている。

このような背景の基、本願出願人は特許文献２に記載の電気化学セルを提案した。
特許文献２に記載の電気化学セルは、電極体と、第１部材および第２部材を重ね合わせて形成される外装体とを備えている。この外装体に、前記電極体を収容する収容部と、該収容部の外周において、前記第１部材および第２部材が融着された状態で前記収容部の外周に沿って折り曲げられた封止部を有している。また、第１部材と第２部材について金属と樹脂のラミネート構造を採用するか、一方を金属と樹脂のラミネート構造とし、他方を金属板から構成している。

特開２００２－２９８８０３号公報 特許第６２８４２４８号公報

特許文献２に記載の電気化学セルにより、外装体の外周縁部に封止部を設け、封止部の占める体積をセルの外周部に制限することにより、外装体の内部空間の容積を確保することができる構造を提供した。
また、この種のボタン形電気化学セルにおいては、内部に設けた電極体から引き出した導体を正極電極板または負極電極板に接続し、正極側または負極側の電極端子を構成している。

本願発明者は、この種のボタン形電気化学セルにおいて内部構造の詳細について検討を行っている。
図１０は上述の電気化学セルに設けられている外装体と、その内部に収容されている電極体の概形、並びに正極側および負極側の電極板の配置関係を示す。
図１０に示すように、外装体１００は下部側の第１容器１０１と上部側の第２容器１０２からなり、第１容器１０１の中央部に第１貫通孔１０３が形成され、第２容器１０２の中央部に第２貫通孔１０４が形成されている。第１容器１０１と第２容器１０２は周壁部どうしを溶着して一体化され、外装体１００が構成されている。

外装体１００の内部には電極体１０５と図示略の電解液が収容されている。電極体１０５は、一例として、つづら折り形状の負極側電極とつづら折り形状の正極側電極を交互に積み重ねて構成されている。負極側電極は負極電極板１０６に接続され、この負極電極板１０６が電極体１０５の底部側に配置されている。正極側電極は正極電極板１０７に接続され、この正極電極板１０７が電極体１０５の上部側に配置され、正極電極板１０７の上部中央には正極電極端子１０８が接合されている。
負極電極板１０６と第１容器１０１の間に第１絶縁リング１０９が配置され、正極電極板１０７と第２容器１０２の間に第２絶縁リング１１０が配置されている。

図１０に示す構造の電気化学セルにあっては、つづら折り構造の電極体１０５を用いている関係から、外装体１００の内部に電極体１０５、絶縁リング１０９、１１０、電極板１０６、１０７、正極電極端子１０８を収容し、外装体１００の外周壁を溶着後、全体を上下方向から加圧する処理を行っている。
この加圧処理により、電気化学セルの内部に収容した各部材の位置を整え、電極体１０５の膨らみなどを修正してセル全体の厚み是正を行うことができる。

ところで、図１０に示す構造では、金属層と樹脂層を積層したラミネートフィルムなどから外装体１００を構成することで、封止性に優れ、電解液漏れなどを生じ難い、水分浸入などのおそれを生じない構造を採用できる。
しかし、外装体１００に形成した貫通孔１０３、１０４の部分は絶縁リング１０９、１１０と電極板１０６、１０７で閉じた構造である。このため、絶縁リング１０９、１１０を外装体１００の内面側に溶着などの手段で密着する必要があり、電極板１０６、１０７を絶縁リング１０９、１１０に個々に密着する必要がある。

また、上述の厚み是正などを行う場合、セル全体に圧力を加えるので、電解液漏れなどを生じない構造とする必要があるが、本発明者が図１０に示す電気化学セルを製造した場合、構造によっては電解液漏れを生じることを知見した。
この電解液漏れを生じた電気化学セルについて、検査したところ、主に、絶縁リング１０９と電極板１０６との界面部分、絶縁リング１１０と電極板１０７との界面部分から液漏れを生じ易いことを知見した。

本発明は、以上説明した従来の実情に鑑みなされたものであり、外装体の貫通孔部分を封止した構造において封止部分における電解液漏れ、水分の浸透をいずれも生じ難くした電気化学セルの提供を課題とする。

（１）前記課題を解決するため、本発明の一形態に係る電気化学セルは、第１容器と第２容器から構成される外装体と、前記外装体の内部に収容された正極電極および負極電極からなる電極体とを備え、前記第１容器と前記第２容器に貫通孔が形成され、前記貫通孔の内部側にシーラントリングを介し電極板が配置され、前記電極体の平面視形状と前記電極板の平面視形状と前記シーラントリングの平面視形状が相似形状であり、前記電極体の中心部と前記電極板の中心部と前記シーラントリングの中心部を位置合わせして前記容器内に前記電極体と前記電極板と前記シーラントリングが積層され、収容された電気化学セルであり、前記シーラントリングと前記電極板を重ねた領域の面積が、前記シーラントリング全体の面積の３５％以上８１％ 以下、前記シーラントリングと前記電極板を重ねた領域の面積が、前記電極板の面積の７９．２％以上９０．５％以下、前記シーラントリングと前記電極板を重ねた領域の面積が、３６．９ｍｍ ^２ 以上８３．７ｍｍ ^２ 以下であることを特徴とする。

第１容器と第２容器からなる外装体の内部に電極体を備え、第１容器と第２容器に形成した貫通孔をシーラントリングと電極板で封止した構造において、貫通孔の内周部分から電解液が漏れるか、電気化学セルに水分が浸透する経路として、シーラントリングと電極板の界面が考えられる。
シーラントリングと電極板を重ねた領域の面積をシーラントリング全体面積の３５％以上としておくならば、シーラントリングと電極板の密着可能な面積を充分に確保することができ、シーラントリングと電極板の界面を介する電解液漏れを防止でき、水分の浸透を防止できる。
シーラントリングと電極板を重ねた領域の面積をシーラントリング全体面積の８１％以下とすることが好ましい。電極板を大きくしすぎると、電極板の外周縁と外装体内面との距離が近接し、電極板外周縁にバリなどを生じていた場合にこのバリが外装体を損傷させるおそれがある。また、外装体として金属層と樹脂層のラミネート構造を採用している場合、前述のバリにより短絡を生じるおそれがあり、これを防止するためにも前述の如く面積比８１％以下が好ましい。

（２）前記課題を解決するため、本発明の一形態に係る電気化学セルは、前記外装体が融着可能な樹脂層と金属層のラミネート構造からなり、前記シーラントリングが融着可能な樹脂フィルムからなり、前記外装体の最内層に設けられている前記樹脂層に前記樹脂フィルムが溶着されて前記外装体に前記シーラントリングが一体化されるとともに、前記シーラントリングに前記電極板が密着されたことを特徴とする。

外装体の最内層に設けた樹脂層とシーラントリングを構成する樹脂フィルムの溶着によりシーラントリングを外装体の貫通孔内面周縁側に一体化することによって、シーラントリングと外装体内面との密着部分を樹脂どうしの溶着により隙間無く密着できる。また、樹脂どうしの溶着によって、製造時の加圧印加などを受けても電解液漏れを生じない良好な溶着ができる。また、シーラントリングと外装体内面との溶着部分において水分の浸透を防止できる密着構造を提供できる。

（３）前記一形態の電気化学セルでは、前記電極板が鋼板からなり、前記電極板に電極端子が取り付けられ、前記電極端子がＮｉまたはＮｉ合金からなることを特徴とする。

本形態によれば、鋼板からなる電極板に対し、ＮｉまたはＮｉ合金からなる電極端子を接合しているので、電極端子の表面に自然酸化膜が生成し難く、電極端子に対し外部端子などから良好なコンタクトを取ることができる。このため、電極端子表面に自然酸化膜が生成している場合に比べて外部端子と低い接触抵抗で接続が可能となり、過電圧の発生なども抑制できるので、電池の容量低下を引き起こすことがない。

（４）前記一形態の電気化学セルでは、前記第１容器と前記第２容器が樹脂層と金属層のラミネート構造からなり、前記第１容器と前記第２容器がいずれも底壁部と周壁部を有し、前記第１容器の周壁部と前記第２容器の周壁部が重ね合わされて融着され、前記外装体が構成されたことを特徴とする。

本形態の電気化学セルにおいて、第１容器の周壁部と第２容器の周壁部を重ね合わせて融着していると、容器どうしを接合している融着部を第１容器と第２容器の外周部に配することができるので、第１容器と第２容器からなる外装体の内容積が融着部の存在によって狭められることが無い。このため、小型のボタン形電池であっても外装体の内容積を確保し易く、電池として体積あたりの容量を確保し易くなる。

（５）前記一形態の電気化学セルでは、前記金属層がＡｌまたはＡｌ合金からなる構成を採用できる。

樹脂層とＡｌまたはＡｌ合金からなる金属層とのラミネート構造であれば、外装体として液密性、気密性、軽量性に優れ、電解液を収容する小型の電気化学セル用の外装体として優れる。

本形態によれば、電気化学セルにおいて、シーラントリングと電極板を重ねた領域の面積をシーラントリング全体面積の３５％以上としたので、シーラントリングと電極板の密着可能な面積を充分に確保することができ、シーラントリングと電極板の界面を介する電解液漏れを防止でき、水分の浸透を防止できる。
また、電極体の形状を整えることを目的として外装体の外側から加圧力を印加した場合であっても、液漏れの生じ難い電気化学セルを提供できる。
シーラントリングと電極板を重ねた領域の面積をシーラントリング全体面積の８１％以下にすることができる。電極板を大きくしすぎると、電極板の外周縁と外装体内面との距離が近接し、電極板外周縁にバリなどを生じていた場合にこのバリが外装体を損傷させるおそれがある。外装体として金属層と樹脂層のラミネート構造を採用している場合、前述のバリにより短絡を生じるおそれがある。このため、前記面積を８１％以下とすることにより、外装体の損傷防止に寄与し、短絡のおそれを無くすることができる。

第１実施形態に係る電気化学セルの外観を示す斜視図である。 第１実施形態に係る電気化学セルの内部構造を示す部分断面斜視図である。 第１実施形態に係る電気化学セルの分解斜視図である。 第１実施形態に係る電気化学セルにおいて電極体の概形と電極板およびシーラントリングの位置関係を示す断面図である。 第２実施形態に係る電気化学セルにおいて電極体の概形と電極板およびシーラントリングの位置関係を示す断面図である。 外装体の貫通孔に対しシーラントリングと電極板を特定の外径として密着させた状態の第１の例を示す部分断面図。 外装体の貫通孔に対しシーラントリングと電極板を特定の外径として密着させた状態の第２の例を示す部分断面図。 外装体の貫通孔に対しシーラントリングと電極板を特定の外径として密着させた状態の第３の例を示す部分断面図。 外装体の貫通孔に対しシーラントリングと電極板を特定の外径として密着させた状態の第４の例を示す部分断面図。 従来の電気化学セルにおいて電極体の概形と電極板およびシーラントリングの位置関係を示す断面図である。

以下、本発明に係る第１実施形態について図面を参照して説明する。
なお、以下の説明では、円盤状に形成されたボタン形、コイン形またはシリンダ形の電気化学セルとして、非水電解質二次電池の一種であるリチウムイオン二次電池（以下、単に「電池」という。）を例に挙げて説明する。
また、以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更し表示しているため、各部材の相対的な大きさが図面に示す形態に限らないのは勿論である。

[第１実施形態]
図１は第１実施形態に係る電池の斜視図、図２は第１実施形態に係る電池の部分断面斜視図、図３は同電池の分解斜視図である。
図１、図２に示すように、本実施形態の電池（電気化学セル）１は、いわゆるボタン形の電池である。電池１は、電極体２と、電極体２に含浸される電解液（電解質溶液：図示せず）と、電極体２を収容した外装体１０とを備えている。

電極体２は、負極電極３および正極電極４を備えている。負極電極３は、つづら折り形状に折り畳まれている。正極電極４は、負極電極３と互い違いに積層するように負極電極３と交差する方向につづら折り形状に折り畳まれている。すなわち、本実施形態の電極体２は、負極電極３と正極電極４とが互い違いに積層するように折り畳まれた積層タイプの電極体である。電極体２を構成する負極電極３と正極電極４は、図２、図３の構成では円板状の電極本体を複数、帯状の連結部を介し数珠繋ぎ状に接続し、それらの一端側に個々に引出電極を形成したものをつづら折りしている。

図１、図２に示すように外装体１０は、電極体２が収容される収容部１２と、収容部１２の外周１２ａに沿って折り曲げられた封止部１５とを有する。封止部１５は、絞り成形によって収容部１２の外周１２ａに沿って折り曲げられている。
また、外装体１０は、有底筒状の第１容器１７と、有底筒状の第２容器１８とを備えている。第１容器１７および第２容器１８は、それぞれの中心軸が同軸となるように配置されている。以下、第１容器１７および第２容器１８の中心軸を図２に示すように中心軸Ｏと呼称し、中心軸Ｏに沿う方向を軸方向と呼称し、中心軸Ｏに直交する方向を径方向と呼称する。なお、中心軸Ｏは収容部１２の中心軸となる。

第１容器１７は、ラミネート部材により形成された第１部材である。この形態のラミネート部材は、ＡｌまたはＡｌ合金からなる金属シートと、第１容器１７における内側面を構成する樹脂製の融着層と、外側面を構成する樹脂製の保護層とが積層されている。
融着層は、例えば、ポリオレフィンのポリエチレンやポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂を用いて形成される。ポリオレフィンとして以下の材質を適宜選択できる。ポリオレフィンとしては、高圧法低密度ポリエチレンや低圧法高密度ポリエチレン、インフレーションポリプロピレンフィルム、無延伸ポリプロピレンフィルム、二軸延伸ポリプロピレンフィルム、直鎖状短鎖分岐ポリエチレンなどの材質を使用できる。保護層は、上述のポリオレフィンや、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ナイロンなどを用いて形成される。融着層および保護層は、それぞれ金属シートとの間に接合層を介して、熱融着または接着剤により接合される。

第１容器１７は、円板状の第１底壁部２１および筒状の第１周壁部２２を備えている。第１底壁部２１の中央部には丸孔型の第１貫通孔２３が形成されている。第１貫通孔２３は、中心軸Ｏと同軸に形成されている。
第１底壁部２１の内面側には、第１シーラントリング（絶縁フィルム）２４を介して円板状のステンレス鋼板などの鋼板からなる負極電極板２５が熱融着されている。第１シーラントリング２４は、ポリオレフィンのポリエチレンやポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂層により、不織布などからなる中間層の表裏両面を挟んで構成されている。第１シーラントリング２４は、３層構造の絶縁フィルムをリング状に加工したものである。

負極電極板２５の内面は、電極体２の負極電極３に接続されている。負極電極板２５の外面は、中央にＮｉあるいはＮｉ合金からなる円板状の負極電極端子２６が溶接されている。負極電極端子２６は、第１貫通孔２３を貫通して外部に露出され、電池１の負極端子として機能する。なお、負極電極板２５をＮｉあるいはＮｉ合金製とすれば、負極電極端子２６を略し、負極電極板２５を負極電極端子として用いることもできる。

第２容器１８は、第１容器１７と同様に、ラミネート部材により形成された第２部材である。ラミネート部材は、ＡｌまたはＡｌ合金からなる金属シートと、第２容器１８における内側面を構成する樹脂製の融着層と、外側面を構成する樹脂製の保護層と、が積層されている。融着層は、第１容器１７の融着層と同じ熱可塑性樹脂を用いて形成される。保護層は、第１容器１７の保護層と同じ熱可塑性樹脂を用いて形成される。

第２容器１８は、円板状の第２底壁部３１と筒状の第２周壁部３２および折曲部３３を備えている。第２周壁部３２は、収容部１２の外周１２ａを形成する。
第２底壁部３１には、中央に丸孔型の第２貫通孔３５が形成されている。第２貫通孔３５は、その中心軸を中心軸Ｏと同軸にするように配置されている。
第２底壁部３１の内面には、第２シーラントリング（絶縁フィルム）３７を介してステンレス鋼板などの鋼板からなる円板状の正極電極板３８が熱融着されている。第２シーラントリング３７は、第１シーラントリング２４と同様に、２層の熱可塑性樹脂層と中間層による３層構造とされている。

正極電極板３８はステンレス鋼板などの鋼板から、もしくは、ＡｌまたはＡｌ合金からなる板材からなることが好ましい。
正極電極板３８の内面は、電極体２の正極電極４に接続されている。正極電極板３８の外面は、中央にＮｉあるいはＮｉ合金からなる円板状の正極電極端子３９が抵抗溶接部またはレーザー溶接部を介し溶接されている。正極電極端子３９は、第２貫通孔３５を貫通して外部に露出され、電池１の正極端子として機能する。
正極電極端子３９はＮｉ板あるいはＮｉにＣｒやＭｏ、Ｃｏなどを添加したＮｉ合金板、あるいは、ステンレス鋼板、Ｆｅ板、もしくは、ＣｕまたはＣｕ合金板からなることが好ましい。また、接触抵抗の低減のために、上述のようなＮｉ板や各種Ｎｉ合金板にＡｕメッキを施すことが好ましく、ステンレス鋼板、Ｆｅ板、あるいはＣｕ板、Ｃｕ合金板にＮｉメッキを施して用いることもできる。

負極電極３を構成する負極集電体は、本実施形態では、例えば、Ｃｕ、Ｎｉあるいはステンレス鋼などの金属材料から構成されている。そして、これらの金属材料からなる負極側の引出電極３ｄが負極集電体から延びている。正極電極４を構成する正極集電体は本実施形態ではＡｌまたはＡｌ合金から構成され、この正極集電体から延びる正極側の引出電極がＡｌまたはＡｌ合金から形成されている。
図３に示すように正極電極４の上端部には、ＡｌまたはＡｌ合金からなる帯状の引出電極４ａが設けられ、この引出電極４ａが正極電極板３８の内面（図３では下面）に溶接部を介し電気的かつ機械的に接合されている。

正極電極４は図３に例示するように連結部４ｅを介し複数の電極本体４ｄを数珠繋ぎ状に連結して構成されるが、一例として、電極本体４ｄおよび連結部４ｅと同一平面形状の正極集電体に正極活物質を塗布した構造の全体を樹脂絶縁材料からなるセパレーターで覆った構造を採用できる。セパレーターで覆った構造の概形が図３に示す形状をなしており、全体をつづら折りすることができる。負極電極３も正極電極４と同等構造であり、全体をつづら折りすることができる。なお、正極電極４としてセパレーターで覆った構造を採用した場合、負極電極３はセパレーターで覆っていない構造を採用しても良い。

以上説明のように構成された負極電極３と正極電極４をそれぞれ交互につづら折り構造として重ねることで、図２または図３に示す電極体２が構成されている。負極電極３と正極電極４を構成する正極集電体は本実施形態においてはＡｌまたはＡｌ合金から構成されている。このため、本実施形態では負極側の引出電極３ｄと正極側の引出電極がいずれもＡｌまたＡｌ合金から形成されている。
本実施形態において用いるＡｌ合金について特に制限は無く、ＪＩＳ規定１０００～７０００に規定される各種のＡｌ合金を適宜用いることができ、その他、電池用集電体に適用できるＡｌ合金のいずれを用いても良い。

正極電極端子３９は図２、図３に示すように正極電極板３８の中央部に配置されるとともに、正極電極端子３９と正極電極板３８は２箇所の抵抗溶接部あるいはレーザー溶接部により接合されている。
正極電極端子３９は、外部端子の接触を受けるので、２箇所以上の抵抗溶接部あるいはレーザー溶接部によって確実に接合されていることが好ましい。

図３に示すように電極体２において、正極電極板３８の内面（図３に示す下面）の周辺部から正極電極板３８の中央部近くまで達するように引出電極４ａの先端部が延在され、引出電極４ａの先端部が正極電極板３８に溶接されている。また、電極体２において負極電極側にも同様に図示略の引出電極が設けられ負極電極板２５に溶接されている。

先に説明のように、第１容器１７および第２容器１８をラミネート部材から構成し、第１容器１７および第２容器１８に負極電極端子２６、正極電極端子３９を設けている。
電極端子２６、３９を設けることにより、封止部１５から外部に端子部を突出させる必要がない。よって、電池１を小形にできる。

第２周壁部３２は、第２底壁部３１の外周３１ａから第１容器１７の第１底壁部２１に向けて筒状に折り曲げられている。折曲部３３は、第２周壁部３２のうち、第１底壁部２１側の端部３２ａから第２周壁部３２に沿って第２底壁部３１側へ円筒状に折り曲げられている。折曲部３３は、第２周壁部３２に対して径方向外側に間隔をおいて配置されている。折曲部３３および第２周壁部３２は、断面Ｕ字状に形成されている。
第２周壁部３２は、第１周壁部２２の内側で、かつ、折曲部３３の内側に配置されている。また、折曲部３３は、第１周壁部２２の内側に配置されている。折曲部３３の融着層と第１周壁部２２の融着層とが熱融着されている。

折曲部３３の融着層と第１周壁部２２の融着層とが熱融着されることにより、封止部１５が形成される。よって、収容部１２の外周が封止部１５で封止される。これにより、第１容器１７と第２容器１８が重ね合わされて外装体１０が形成される。
折曲部３３の融着層と第１周壁部２２の融着層とを熱融着する手段として、例えばヒータやレーザーなどの熱源を用いる熱融着が挙げられる。また、折曲部３３の融着層と第１周壁部２２の融着層とは、熱融着の他に、例えば超音波溶接を用いる接合などが適用可能である。
封止部１５は、収容部１２の外側に円筒状に形成され、かつ、収容部１２の外周１２ａに沿って折り曲げられている。収容部１２の外周１２ａは、第２周壁部３２で形成される。封止部１５は、平面視において、円形に形成されている。

封止部１５を収容部１２の外周１２ａに沿って折り曲げることにより、封止部１５を収容部１２の外周１２ａに配置することができる。よって、封止部１５は、収容部１２の中心軸Ｏに対して直交する方向への張出が小さく抑えられる。これにより、特に、小形の電池１において、電池１の体積当たりの容量を高めることができる。

また、封止部１５は、絞り成形によって収容部１２の外周１２ａに沿って折り曲げられている。よって、封止部１５は、第１容器１７および第２容器１８の他の部位に比べて薄肉に形成されている。封止部１５を薄肉に形成することにより、収容部１２の中心軸Ｏに対して直交する方向への封止部１５の張出が一層小さく抑えられる。
また、第１容器１７および第２容器１８の融着層が薄肉に形成されることにより、第１容器１７および第２容器１８の金属シート間の隙間が小さく抑えられる。これにより、封止部１５から外装体１０の内部に水が浸入することを一層良好に抑えることができる。

収容部１２は、第１容器１７と第２容器１８とが重ね合わされることにより密封空間が形成される。具体的には、収容部１２は、第１底壁部２１、第２底壁部３１、および第２周壁部３２により画成されている。

本実施形態において、第１容器１７と第２容器１８からなる外装体１０は平面視円形状であり、そこに収容されている第１シーラントリング２４、負極電極板２５、負極電極端子２６、電極体２、正極電極板３８、第２シーラントリング３７、正極電極端子３９は、いずれも外形が平面視円形状である。このため、第１シーラントリング２４、負極電極板２５、電極体２、正極電極板３８、第２シーラントリング３７を平面視した外形は相似形状とされている。
また、第１シーラントリング２４、負極電極板２５、負極電極端子２６、電極体２、正極電極板３８、第２シーラントリング３７、正極電極端子３９のそれぞれの中心部はいずれも中心軸Ｏに軸心を一致させるように位置合わせされて積層されている。

本形態において、第１シーラントリング２４、第２シーラントリング３７の外径はいずれも第２容器１８における第２周壁部３２の近くまで達する大きさに形成されている。このため、第１シーラントリング２４、第２シーラントリング３７の外周部は第２容器１８における第２周壁部３２の近くまで延在されている。
負極電極板２５はその外周部を第１シーラントリング２４の外周部近傍まで延在させる大きさに形成され、正極電極板３８はその外周部を第２シーラントリング３７の外周近傍まで延在させる大きさに形成されている。
また、電極体２は平面視円形状であり、その外径が第１シーラントリング２４あるいは第２シーラントリング３７の外径と同等に形成されている。

本実施形態において、負極電極板２５の直径は、シーラントリング２４の内径に対し、２．２倍以上であることが好ましく、正極電極板３８の直径は、シーラントリング３７の内径に対し２．２倍以上であることが好ましい。例えば、シーラントリング３７の内径を３.５ｍｍとした場合、正極電極板３８の直径を７.７ｍｍ以上とすることができる。この場合の第２底壁部３１とシーラントリング３７と電極版３８の相対関係の一例を図８に示しておく。
本実施形態において、負極電極板２５の直径は、第１貫通孔２３の内径に対し、１．５倍以上であることが好ましく、正極電極板３８の直径は、第２貫通孔３５の内径に対し、１．５倍以上であることが好ましい。例えば、第２貫通孔３５の内径を５ｍｍとした場合、正極電極板３８の直径を７.５ｍｍ以上とすることができる。この場合の第２底壁部３１とシーラントリング３７と電極版３８の相対関係の一例を図９に示しておく。

電極板２５、３８の直径がシーラントリング２４、３７の内径に対し２．２倍未満であると、電極板２５、３８の大きさが小さくなるため、電極板２５、３８に溶着される状態で設けられるシーラントリング２４、３７との溶着面積を充分に確保できなくなるおそれがある。電極板２５、３８に接触する状態で設けられるシーラントリング２４、３７との溶着面積を充分に確保できなくなると、電極板２５とシーラントリング２４の間、あるいは、電極板３８とシーラントリング３７の間から電解液が漏洩するおそれが生じる。この場合の第２底壁部３１とシーラントリング３７と電極版３８の相対関係の一例を図６、図７に示しておく。

また、本実施形態において、負極電極板２５の直径は、シーラントリング２４の内径に対し、３．１倍以下であることが好ましく、正極電極板３８の直径は、シーラントリング３７の内径に対し３．１倍以下であることが好ましい。例えば、シーラントリング２４の内径を３．５ｍｍとした場合、負極電極板２５の直径を１０．８５ｍｍ以下とすることができる。このため、例えば、上述の関係と合わせて、正極電極板３８の直径は、シーラントリング３７の内径に対し２．２倍以上３．１倍以下であることが好ましい。

本実施形態において、負極電極板２５の直径は、第１貫通孔２３の内径に対し、２．２倍以下であることが好ましく、正極電極板３８の直径は、第２貫通孔３５の内径に対し、２．２倍以下であることが好ましい。例えば、第１貫通孔２３の内径を５ｍｍとした場合、負極電極板２５の直径を１１ｍｍ以下とすることができる。このため、例えば、上述の関係と合わせて、正極電極板３８の直径は、第２貫通孔３５の内径に対し、１．５倍以上２．２倍以下であることが好ましい。

前述の関係とは別に、本実施形態では以下の関係を満足することが好ましい。
シーラントリング２４と電極板２５を重ねた場合の重なり領域の面積をシーラントリング２４の全体面積に対する比率で３５％以上８１％以下とすることが好ましい。
シーラントリング３７と電極板３８を重ねた場合の重なり領域の面積をシーラントリング３７の全体面積に対する比率で３５％以上８１％以下とすることが好ましい。
上述の範囲内であっても面積比率は、５０～８１％の範囲がより好ましい。

先に説明した通り本実施形態の電気化学セル１においては、つづら折り構造の電極体２の形を整えるために外装体１０の外側から加圧力を印加する処理を行う。また、この加圧処理を施して電気化学セル１を製造した後であっても、シーラントリング２４と負極電極板２５との界面から、あるいは、シーラントリング３７と正極電極板３８との界面からの液漏れを防止し、水分の浸透を防止する必要がある。

このため、シーラントリング２４と負極電極板２５の界面の溶着面積と、シーラントリング３７と正極電極板３８の界面の溶着面積を充分に確保する必要がある。
上述のように、シーラントリング２４と電極板２５を重ねた場合の重なり領域の面積をシーラントリング２４の全体面積の３５％以上とすることにより、充分な溶着面積を確保し、電気化学セル１としての電解液漏れや水分の浸透を防止できる。
上述のように、シーラントリング３７と電極板３８を重ねた場合の重なり領域の面積をシーラントリング３７の全体面積の３５％以上とすることにより、充分な溶着面積を確保し、電気化学セル１としての電解液漏れや水分の浸透を防止できる。

なお、シーラントリング２４と電極板２５を重ねた場合の重なり領域の面積をシーラントリング２４の全体面積の８１％を超える面積にすると、設計上、シーラントリング２４の外周から電極板２５がはみ出る場合がある。この場合、電極板２５が第１容器１７の第１底壁部２１と接触し、保護層を傷つけてしまうおそれがある。
また、シーラントリング３７と電極板３８を重ねた場合の重なり領域の面積をシーラントリング３７の全体面積の８１％を超える面積にすると、設計上、シーラントリング３７の外周から電極板３８がはみ出る場合がある。この場合、電極板３８が第２容器１８の第２底壁部３１と接触し、保護層を傷つけてしまうおそれがある。

図６は、正極電極板３８の直径をシーラントリング３７の内径の１．３倍とした場合の積層構造の一例を示す。第２底壁部３１に形成されている第２貫通孔３５はφ５ｍｍ、第２底壁部３１の内面側に溶着されているシーラントリング３７の内径はφ３．５ｍｍ、正極電極板３８の外径はφ４．４ｍｍと仮定する。図６に示す構成では電極板３８の電極体２に対する面積比を１０％とした状態を示す。また、図６では、正極電極板３８に取り付けられている正極電極端子３９は記載を略している。
なお、図６においては、第２底壁部３１がその外側面を構成する樹脂製の保護層３１ａとＡｌまたはＡｌ合金からなる金属層３１ｂと内側面を構成する融着層３１ｃの３層構造であることを示している。また、シーラントリング３７がその内側面と外側面を構成する樹脂製の被覆層３７ａとそれらに挟まれた内部側の不織布などの中間層３７ｂからなることを示している。

図６の状態であると、シーラントリング３７の内周部と正極電極板３８の外周部とのオーバーラップ部分の幅が小さくなり、この部分を溶着できたとして、溶着面積が小さくなる。このため、外装体１０の外側から加圧力を印加してつづら折り状の電極体２の膨らみ等を是正する作業を行った場合、シーラントリング３７の内周部と正極電極板３８の外周部との溶着部分の有効幅が小さくなり、溶着部分に剥離などを生じやすく、電解液の漏洩を生じるおそれが高くなる。
また、正極電極板３８の外径が第２貫通孔３５の内径より小さいか同等程度の場合、電極体２の膨らみ等を是正する加圧処理を行った場合、シーラントリング３７と電極板３８の溶着部分に大きな剥離力が作用するので、溶着部分の剥離が生じ易くなる。

図７は、正極電極板３８の直径をシーラントリング３７の内径の１．８倍とした場合の積層構造の一例を示す。第２底壁部３１に形成されている貫通孔３５はφ５ｍｍ、第２底壁部３１の内面側に溶着されているシーラントリング３７の内径はφ３．５ｍｍ、電極板の外径はφ６．３ｍｍと仮定する。図７に示す構成では電極板３８の電極体２に対する面積比を２０％とした状態を示す。

図７の状態であると、シーラントリング３７の内周部と正極電極板３８の外周部とのオーバーラップ部分の幅をある程度確保することはできるが、溶着の際、電極板３８にシーラントリング３７と第２底壁部３１を押し付けながら溶着するので、図７に示す状態では第２底壁部３１と正極電極板３８の外周部とのオーバーラップ部分の幅が不足し、溶着部分に剥離などを生じると、第２底壁部３１とシーラントリング３７との間の部分から電解液の漏洩を生じるおそれがある。
勿論、図６の構造でも、溶着の際、電極板３８にシーラントリング３７と第２底壁部３１を押し付けながら溶着するので、図６に示す状態では第２底壁部３１と正極電極板３８の外周部とのオーバーラップ部分の幅が不足し、溶着部分に剥離などを生じると、シーラントリング３７と第２底壁部３１との界面を介し電解液の漏洩を生じるおそれもある。

図６に示す構造よりも溶着部分の幅を確保して溶着部分の液密性を向上させるために、正極電極板３８の直径をシーラントリング３７の内径に対し２．２倍以上とすることが好ましい。図８は、正極電極板３８の直径をシーラントリング３７の内径に対し２．２倍とした構造の一例を示す。図８において正極電極板３８の直径をシーラントリング３７の内径に対し３．１倍とした場合の概形を２点鎖線で示した。
また、図７に示す構造よりも溶着部分の幅を確保して溶着部分の液密性を向上させるために、正極電極板３８の直径を第２貫通孔３５の内径に対し、１．５倍以上とすることが好ましい。図９は、正極電極板３８の直径を第２貫通孔３５の内径に対し、１．５倍とした構造の一例を示す。図９において正極電極板３８の直径を第２貫通孔３５の内径に対し３．１倍とした場合の概形を２点鎖線で示した。
図８と図９に示す電極板３８とシーラントリング３７と第２底壁部３１の貫通孔３５との関係は、負極側でも同等な関係とすることが好ましく、電極板２５とシーラントリング２４と第１底壁部２１と貫通孔２３も同様の関係とすることが好ましい。

なお、負極電極板２５と正極電極板３８で電極体２を上下から挟み付けながら加圧した場合、加圧力の強い領域と加圧力の弱い領域との圧力差が大きくなり、電極体２を構成する電極間の隙間のバラツキが大きくなる結果、電気化学セル１として使用中に急激に容量低下を引き起こすなどの問題を生じるおそれもある。
逆に、面積比（電極体２を平面視した場合の面積に対する電極板の面積比）が１００％を超えると、負極電極板２５の外周および正極電極板３８の外周が外装体１０の内面に接近し過ぎるため、これらの電極周縁部にバリなどを生じていた場合に外装体１０の内面に電極板２５、３８の周縁部が接触するおそれがある。
電極２５、３８の周辺部のバリが外装体１０を構成するラミネート構造の金属層に仮に接触した場合、短絡構造となるおそれがある。

以上のように構成された電池１を製造するには、第１容器１７と第２容器１８の間に図３に示すように第１シーラントフィルム２４、負極電極板２５、負極電極端子２６、電極体２、正極電極板３８、正極電極端子３９、第２シーラントフィルム３７をこの順で積層できるように収容し、第１容器１７と第２容器１８から構成される外装体１０の内部に電解液を充填し、第１容器１７と第２容器１８を重ねて互いの周壁部分を熱溶着することができる。

電池１を製造する際、負極電極板２５に負極電極端子２６を、正極電極板３８に正極電極端子３９を、予め抵抗溶接あるいはレーザー溶接等により接合して一体化しておくことが好ましい。
それらの後、電極体２の正極電極板３８の内面側に正極側の引出電極を溶接し、電極体２の負極電極板２５の内面側に負極側の引出電極を溶接することができる。
なお、この例では電極板に電極端子を溶接し、その後に電極体の引出電極を溶接する順で説明したが、電極端子と引出電極を溶接する順序は逆であっても良く、どちらが先でも差し支えない。

以上説明の如く構成された電池１にあっては、外装体１０の内部に収容されている電極体２の形状を整えることを目的として第１シーラントリング２４～第２シーラントリング３７を積層した方向に沿って外装体１０の外側から加圧力を印加する処理を行う。
この加圧時において、電極板２５、３８の外周部を電極体２の外周部近傍まで延在させる大きさとしていることで電極体２の全体に均一な加圧力を印加できる。これにより、電極体２を構成する正極と負極の電極間隔を電極体２の全体で均一化できる。この結果、電極体２において電池反応を均一化できる結果、急激な劣化を生じない電池１を提供できる。

上述した電解液の漏洩を防止する観点から、また、負極電極板２５と正極電極板３８を平面視した場合の面積は、電極体２を平面視した場合の面積に対し、３０％～１１０％の範囲であることが好ましい。
この面積比が３０％未満であると、負極電極板２５と正極電極板３８で電極体２を上下から挟み付けながら加圧した場合、加圧力の強い領域と加圧力の弱い領域との圧力差が大きくなることから、電解液が漏液し易くなるおそれがある。
また、この圧力差により、電極体２を構成する電極間の隙間のバラツキが大きくなる結果、電気化学セル１として使用中に急激に容量低下を引き起こすなどの問題を生じるおそれもある。

逆に、前記面積比が１１０％を超えると、電極板２５、３８に対する電極体２の相対的な面積比が小さくなる、つまり、電極体が小さくなりすぎることにより充分な電気的特性が得られなくなることから好ましくない。これに加えて、負極電極板２５の外周および正極電極板３８の外周が外装体１０の内面に接近し過ぎるため、これらの電極２５、３８の外周部にバリなどを生じていた場合、外装体１０の内面に電極板２５、３８が接触するおそれがある。
特に、先に説明したように、負極電極板２５と正極電極板３８を平面視した場合の面積について、電極体２を平面視した場合の面積に対し、面積比で３０％～１１０％の範囲としているので、電極体２の全体に均一に加圧力を印加できる。

上述の面積比は、上述の範囲内であっても、６０～１００％の範囲とすることがより好ましい。
面積比がこの範囲であれば、電極体２の全体により均一に加圧力を印加できることに加えて、負極側の引出電極３ｄや正極側の引出電極４ａと負極電極板２５と正極電極板３８との重なる面積を最大とすることができ、接触抵抗を最小化できるためである。
面積比を６０～１００％の範囲とすることにより、電極板２５、３８で電極体２を挟んで加圧する場合に、電極体２に対しより均等に加圧力を作用させることができ、電極体２の膨らみを是正して電気化学セル１の膨らみ等を矯正できる。

以上説明の如く構成された電池１にあっては、ステンレス鋼板からなる正極電極板３８に対し、ＮｉまたはＮｉ合金からなる正極電極端子３９を接合しているので、電極端子３９の表面に自然酸化膜が生成し難く、正極電極端子３９に対し外部端子などから良好なコンタクトを取ることができる。このため、正極電極端子３９の表面に自然酸化膜が生成している場合に比べて外部端子と低い接触抵抗で接続が可能となり、過電圧の発生なども抑制できるので、容量低下を引き起こすことがない電池１を提供できる。

本形態の電池１において、第１容器１７の第１周壁部２２と第２容器１８の第２周壁部３２をＵ字状に重ね合わせて融着していると、容器どうしを接合している融着部を第１容器１７と第２容器１８の外周部に配することができる。このため、第１容器１７と第２容器１８からなる外装体１０の内容積が融着部の存在によって狭められることが無い。従って、小型のボタン形電池であっても外装体１０の内容積を確保し易く、電池１として体積あたりの容量を確保し易くなる。
また、小型薄型の電池１であっても、容器どうしを接合している融着部について第１容器１７と第２容器１８の外周底部から外周上部まで容器１７、１８の高さを充分に活用した最大高さ分の融着面積としているので、充分な融着面積を確保することができ密閉性の良好な電池構造を得ることができる。

[第２実施形態]
図５は第２実施形態の電池（電気化学セル）５０を示す断面図であり、この第２実施形態の電池５０では負極電極板２５Ａの外径と、正極電極板３８Ａの外径がいずれも第１実施形態の電極板より小さく形成されている。負極電極板２５Ａは第１実施形態の負極電極板２５と外径のみが異なり、構成材料と内径および厚さは同等である。正極電極板３８は第１実施形態の正極電極板３８と外径のみが異なり、構成材料と内径及び厚さは同等である。
また、負極電極板２５Ａの外側に負極電極板２５Ａと同一厚さのリング板からなる加圧補助環状体５１が配置され、正極電極板３８Ａの外側に正極電極板３８Ａと同等厚さのリング板からなる加圧補助環状体５２が配置されている。加圧補助環状体５１、５２の外径は電極体２の外径と同等に形成されている。
加圧補助環状体５１、５２は金属板あるいは硬質樹脂板からなる。
電池５０においてその他の構成は第１実施形態の電池１の構造と同等であるので、その他の部分の構成説明は省略する。

図５に示す構造の電池５０において、外装体１０の内部に収容されている電極体２の形状を整えることを目的として第１シーラントリング２４～第２シーラントリング３７を積層した方向に沿って外装体１０の外側から内側に向けて加圧力を印加する処理を行う。
この加圧時において、加圧補助環状体５１、５２の外周部を電極体２の外周部近傍まで延在させる大きさとしていることで、負極電極板２５Ａと加圧補助環状体５１および正極電極板３８Ａと加圧補助環状体５２により、電極体２の全体に均一な加圧力を加えることができる。これにより、電極体２を構成する正極と負極の電極間隔を電極体２の全体で均一化できる。この結果、電極体２において電池反応を均一化できる結果、急激な劣化を生じない電池１を提供できる。

なお、先に説明した実施形態では、基本的に平面視円形状の電気化学セルについて説明したが、電気化学セルの平面視形状は円形状に限らず、三角形状などの多角形状、楕円形状、レーストラック形状など、種々の形状を採用可能であり、本形態の電気化学セルにおいて特に平面視形状に制限はない。

平面視円形状ではない電気化学セルを構成する場合、電極板や加圧補助環状体の形状は電気化学セルの平面視形状に合わせた外形とする。
例えば、平面視三角形状の電気化学セルを構成する場合は電極板も平面視三角形状を採用し、平面視楕円状の電気化学セルを構成する場合は電極板も平面視楕円状とする。これらの場合も電極板の平面視形状は電極体の平面視形状の相似形とすることが好ましい。
また、電極板と加圧補助環状体を組み合わせる場合は、これらを組み合わせた平面視形状が電極体の平面視形状に相似形状であれば良い。いずれにおいても、電極体の平面視形状に合わせて電極体の全体を均一に加圧できるように電極板の形状と加圧補助環状体の形状を調整すれば良い。

電極体の平面視形状と電極板の平面視形状を相似形状として、電極板の外周部を全周に渡り電極体の外周部の近傍に配置すると、加圧時の圧力を電極体の全体に均一に付加することができる。また、電極板と加圧補助環状体を組み合わせた形状を電極板の平面視形状と相似形状として、組み合わせた形状の外周部を全周に渡り電極体の外周部の近傍に配置すると、加圧時の圧力を電極体の全体に均一に付加することができる。
この結果、電極体において正極側電極と負極側電極の電極間距離を均一にできるため、電池反応を均一化できる結果、急激な劣化を生じない電池５０を提供できる。

「電気化学セルの試作」
アルミニウム箔からなる金属シートをポリプロピレン製の融着層とナイロン製の保護層で挟んだ構成の図３に示す円筒状の第１の容器（外径１５．１ｍｍ）と、同等構造の図３に示す第２の容器（外径１５．１ｍｍ）を作成した。
ポリプロピレンからなる樹脂層で不織布の両面を覆った３層構成のシーラントリング（外径１２ｍｍ：内径３．５ｍｍ）とステンレス鋼板からなる電極板を用いて図６または図７に示すように第１の容器の貫通孔の内側にシーラントリングと電極板を積層し、積層部分に上下から圧力を加えながら、１７５℃に加熱し、溶着した。第２の容器の貫通孔の内側にもシーラントリングと電極板を積層し、溶着した。
第１の容器の貫通孔は内径５ｍｍ、シーラントリングの挿通孔の内径は３．５ｍｍとした。第１の容器と第２の容器に収容するつづら折り構造の電極体として外径１４．２ｍｍのものを想定した。第２の容器の貫通孔は内径５ｍｍ、シーラントリングの挿通孔の内径は３．５ｍｍとした。

上述の構造を採用する場合、以下の表１に示すように、シーラントリングの内径に対する電極板の直径比、外装体貫通孔の内径に対する電極板の直径比に設定し、更に、表１に示すシーラントリングと電極板との重なり面積（＊）、シーラントリングの面積に対する前記重なり面積（＊）の比に設定して、複数の電気化学セルを試作した。
第１の容器と第２の容器を用い、これらの間に電解液を注入し、図１ 、図２ に示すように第１の容器と第２の容器を嵌め込み溶着し、一体化して複数のボタン型の電気化学セルを組み立てた。

これら電気化学セルの外装体を厚み方向に潰すように１２．５ｋｇの荷重を付加し、つづら折り構造の電極体の形を整えるとともに、電解液の漏れ発生の有無を確認した。

表１に示す結果から、シーラントリングの面積に対する重なり面積（シーラントリングと電極板との重なり面積） の比が３５％～８１％ の範囲であれば、電気化学セルに荷重を
印加しても電解液漏れを生じないことが分かった。
なお、荷重を印加しても電解液漏れを生じないということは、外装体の貫通孔に対する
シーラントリングと電極板による溶着部分のシール性が充分であり、溶着部分を介し水分
の浸透を防止できる構造であることも意味する。

このため、加圧を受けたとしても漏液を防止可能な構造とするために、シーラントリングの面積に対するシーラントリングと電極体との重なり面積の比を３５％～８１％の範囲に設定することが重要であると分かった。
また、より確実に漏液を防止可能な構造とするために、シーラントリングの内径に対し電極板の直径比を２．５倍以上に設定し、外装体（ラミネート）の貫通孔に対する直径比を１．８倍以上とした電極板であれば、製造バラツキ等を考慮しても、確実に漏液を生じない電気化学セルを製造できると想定できる。

１…電池（電気化学セル）、２…電極体、３…負極電極、４…正極電極、
４ａ…正極側引出電極、１０…外装体、
１２…収容部、１２ａ…収容部の外周、１５…封止部、１７…第１容器、
１８…第２容器、２１…第１底壁部、２２…第１周壁部、２３…第１貫通孔、
２４…第１シーラントリング（絶縁フィルム）、２５…負極電極板、
２６…負極電極端子（貫通電極）、３１…第２底壁部、
３１ａ…保護層、３１ｂ…金属層、３１ｃ…融着層、
３２…第２周壁部（収容部の外周）、３５…第２貫通孔、
３７…第２シーラントリング（絶縁フィルム）、３７ａ…被覆層、３７ｃ…中間層、
３８…正極電極板、３９…正極電極端子（貫通電極）、５０…電池（電気化学セル）、
５１、５２…加圧補助環状体。

Claims (5)

1. 第１容器と第２容器から構成される外装体と、前記外装体の内部に収容された正極電極および負極電極からなる電極体とを備え、
   前記第１容器と前記第２容器に貫通孔が形成され、前記貫通孔の内部側にシーラントリングを介し電極板が配置され、前記電極体の平面視形状と前記電極板の平面視形状と前記シーラントリングの平面視形状が相似形状であり、前記電極体の中心部と前記電極板の中心部と前記シーラントリングの中心部を位置合わせして前記容器内に前記電極体と前記電極板と前記シーラントリングが積層され、収容された電気化学セルであり、
   前記シーラントリングと前記電極板を重ねた領域の面積が、前記シーラントリング全体の面積の３５％以上８１％ 以下、
   前記シーラントリングと前記電極板を重ねた領域の面積が、前記電極板の面積の７９．２％以上９０．５％以下、
   前記シーラントリングと前記電極板を重ねた領域の面積が、３６．９ｍｍ ^２ 以上８３．７ｍｍ ^２ 以下であることを特徴とする電気化学セル。
2. 前記外装体が融着可能な樹脂層と金属層のラミネート構造からなり、前記シーラントリングが融着可能な樹脂フィルムからなり、前記外装体の最内層に設けられている前記樹脂層に前記樹脂フィルムが溶着されて前記外装体に前記シーラントリングが一体化されるとともに、前記シーラントリングに前記電極板が密着されたことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
3. 前記電極板が鋼板からなり、前記電極板に電極端子が取り付けられ、前記電極端子がＮｉまたはＮｉ合金からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気化学セル。
4. 前記第１容器と前記第２容器が融着可能な樹脂層と金属層のラミネート構造からなり、前記第１容器と前記第２容器がいずれも底壁部と周壁部を有し、前記第１容器の周壁部と前記第２容器の周壁部が重ね合わされて融着され、前記外装体が構成されたことを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の電気化学セル。
5. 前記金属層がＡｌまたはＡｌ合金からなることを特徴とする請求項２または請求項４に記載の電気化学セル。

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