JPH0515034B2 - - Google Patents
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- JPH0515034B2 JPH0515034B2 JP60071138A JP7113885A JPH0515034B2 JP H0515034 B2 JPH0515034 B2 JP H0515034B2 JP 60071138 A JP60071138 A JP 60071138A JP 7113885 A JP7113885 A JP 7113885A JP H0515034 B2 JPH0515034 B2 JP H0515034B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Secondary Cells (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明はリチウム二次電池に用いる電解液に関
する。 〔従来の技術〕 従来、リチウムを負極活物質として用いる電池
は小型・高エネルギー密度を有する電池として研
究されている。しかし、充放電が可能なリチウム
二次電池実現のためには解決すべき多くの問題点
がある。この問題点の1つとして、非水溶媒中に
おけるリチウムの充放電効率が低い事が挙げられ
る。 リチウム一次電池に用いられる電解液溶媒の多
くはプロピレンカーボネートやγ−ブチロラクト
ンのごとき分極性二重結合を有する非プロトン性
溶媒である。これらの溶媒が多用される理由は、
高誘電率であるため、溶質のイオン解離度が高く
導電性が高い事による。しかし、これらの溶媒中
でのリチウムの充放電効率は二次電池に適用する
ためには不充分であり、充放電効率の改善が望ま
れている。 一方、リチウムの充放電効率の高い溶媒として
2−メチルテトラヒドロフランが提案されている
が〔ジヤーナル オブ ジ エレクトロケミカル
ソサイエテイ(J.Electrochem.Soc.)、第127
巻、第1461頁(1980年)〕、リチウムの充放電効率
の向上には、2−メチルテトラヒドロフランに少
量含まれる(0.2〜0.4容量%)2−メチルフラン
がリチウム上にLi+イオン伝導性の保護膜を形成
する事が有効に作用する可能性が示唆されている
〔ジヤーナル オブ ジ エレクトロケミカル
ソサイエテイ、第131巻、第2197頁(1984年)〕。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、2−メチルテトラヒドロフランを溶媒
に用いた電解液はプロピレンカーボネートやγ−
ブチロラクトンを溶媒に用いた電解液に比較して
導電率が1/3〜1/5と低く、リチウム電池に適用し
た場合、電池の取得可能な電流値が低いという欠
点を有する。 この様な状況の中で、更に特性が優れたリチウ
ム二次電池用電解液が求められている。 本発明は、このような現状にかんがみてなされ
たものであり、その目的は導電率が高く、かつリ
チウム極の充放電特性の優れたリチウム二次電池
用電解液を提供する事にある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明を概説すれば本発明はリチウム二次電池
用電解液に関する発明であつて、リチウム塩を有
機溶媒に溶解させたリチウム二次電池用電解液に
おいて、該有機溶媒が、S=O基、P=O基
及びC=O基よりなる群から選択した基を少な
くとも1個有する非プロトン性溶媒を含む単独あ
るいは混合溶媒に、下記一般式: (式中R1及びR2は、同一又は異なり、水素、メ
チル基、又はエチル基を示す)で表されるフラン
又はその誘導体を添加した溶媒である事を特徴と
する。 S=O基、P=O基及びC=O基よりよ
りなる群から選択した基を少なくとも1個有する
溶媒を用いた電解液はリチウムの充放電効率が低
く、そのままではリチウム二次電池に適用する事
ができない。この原因は、リチウムによる溶媒の
還元反応によりリチウムが電気化学的に不活性化
(放電が不可能)する事によると指摘されている
〔ジヤーナル オブ パワー ソーセス(J.
Power Sources)、第6巻、第357頁(1981年)〕。
したがつて、分極性二重結合を有する溶媒を用い
た電解液中におけるリチウムの充放電効率を改善
するためには、リチウム極と電解液界面の状態を
変化させ、溶媒/リチウム間の反応を抑制する事
が効果的であると推定される。フラン又はその誘
導体を添加すると、後述の実施例に示す様にリチ
ウムの充放電効率は向上する。この理由は必ずし
も明確ではないが、フラン又はその誘導体がリチ
ウム極上に吸着され溶媒とリチウムの反応を抑制
する、あるいは、フラン又はその誘導体がリチウ
ムと反応し、リチウム極上にLi+イオン伝導性の
保護膜を形成し溶媒とリチウムの反応を抑制する
事等が推定される。 本発明における分極性二重結合を有する非プロ
トン性溶媒は基本的に限定されるものではない
が、例えば、プロピレンカーボネート、エチレン
カーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロ
ラクトン、γ−オクタノイツクラクトン、スルホ
ラン、ジメチルスルホキシド、3−メチルスルホ
ラン、ヘキサメチルりん酸トリアミドから選択さ
れた1種以上の溶媒を用いる事ができる。これら
の溶媒に更に、テトラヒドロフラン、1,2−ジ
メトキシエタン、2−メチルテトラヒドロフラ
ン、1,2−ジエトキシエタン、1,3−ジオキ
ソラン、1,4−ジメチルオキソラン等のエーテ
ルの中から選択された1種以上の溶媒を混合した
系も用いる事ができる。 添加するフラン又はその誘導体としては、例え
ば、フラン、2−メチルフラン、3−メチルフラ
ン、2,5−ジメチルフラン等の中から選択され
た1種以上の化合物を用いる事ができる。 更に、溶質であるリチウム塩は、従来この種の
電解液に用いられるものであれば、いかなるもの
でもよい。例えばLiClO4、LiBF4、LiAsF6、
LiPF6、LiSbF6、LiAlCl4、CF3SO3Li、
CF3CO2Liから選択された1種以上のような、一
般に非水電解液の溶質として用いられるリチウム
塩を有効に使用する事ができる。 〔実施例〕 以下本発明を実施例により更に具体的に説明す
るが、本発明はこれら実施例に限定されない。 実施例 1 対極としてLi円板(大きさ1cm2、厚さ0.25mm)
を、作用極としてPt円板(大きさ1cm2、厚さ0.05
mm)を、参照極としてLiを用いた電池を作製し、
Liの充放電サイクル試験を行つた。電解液には
1MLiClO4−プロピレンカーボネート(以下、PC
と略記する)に、2−メチルフラン(以下、
MeFと略記する)を0.01容量%、0.1容量%、10
容量%、50容量%、10容量%添加したものを用い
た。 測定は、まず、上記電解液中で、0.5mA/cm2
で80分間Liを放電し、Pt極上にLiとして析出さ
せ(析出Li量は0.67mA時/cm2)た後、析出した
Liの一部(0.17mA時/cm2)を0.5mA/cm2でLi+
イオンとして放電し、再び更に0.17mA時/cm2の
容量でPt極上に充電するサイクル試験を繰返し
た。1サイクル当りの平均充放電効率(Ea)は
Li−Pt極の電位変化より求め、見掛け上、100%
の効率を示すサイクル数をn回繰返すと、式(1)に
より、Eaは求められる。 Ea=〔0.6−2.4−0.6/n/0.6〕×100(%) 式(1) 第1図に、上記電解液中でのリチウムの充放電
効率、Ea(%、縦軸)とMeF添加量(横軸)の関
係をグラフで示す。第1図の横軸には、同時に最
初に電析させたリチウム(0.67mA時)に対する
MeF添加量も示してある。 第1図に破線で示したEa値は、MeF無添加の
1MLiClO4−PC中でのEaである。MeF添加によ
り無添加の場合に比してEaは向上し、MeF添加
量が10-1〜10容量%〔リチウム初期量(mA時)
に対するMeF添加量(モル)は2.2×10-5〜2.2×
10-3〕の範囲で特に良好な特性を示し、この範囲
が特に好ましい添加量と推定される。第1図か
ら、MeF添加はPC中でのリチウムの充放電効率
の向上に効果的である事が判る。 実施例 2 電解液を電池に適用する場合、リチウムの充放
電効率が高いのみならず、リチウムの析出形態の
平滑性が良好な事が望ましい。 第2図に1MLiClO4−PCにMeFを1容量%添
加した場合におけるリチウムの析出形態を、その
粒子構造の走査型電子顕微鏡による写真で示す。
電流値は1mA/cm2、容量は1mA時/cm2であ
る。第3図には参考例として、MeF無添加の同
条件下の1MLiClO4−PC中でのリチウムの析出形
態を同様の写真で示す。 MeF無添加のPC中では、デンドライト(樹枝
状結晶)状のリチウムの析出が顕著である。これ
に対してMeF添加の電解液中でのリチウムの析
出形態は、平滑性がはるかに良好であり、MeF
添加がこの面でも、より有利である事が判る。 実施例 3 電解液としてγ−ブチロラクトン(BL)、γ−
バレロラクトン(VL)、スルホラン(SL)、ジメ
チルスルホキシド(DMSO)に、1MLiClO4及び
1.0容量%のMeFを添加したものを用いた以外は
実施例1と同様にリチウムの充放電試験を行つ
た。 参考例のMeF無添加の電解液中でのLiの充放
電効率と共に、実施例3の結果を表1(A)〜(H)に示
す。MeF添加により、Liの充放電効率は無添加
の場合に比較して向上する事が判る。 実施例 4 電解液として、1MLiClO4と1.0容量%のMeF
をPCと1,2−ジメトキシエタン(DME)の1
対1体積比混合溶媒に溶解させたものを用いた以
外は実施例1と同様にしてリチウムの充放電試験
を行つた。結果を表1(I)に示す。MeFを添加し
た場合は、無添加〔表1(J)〕に比較してリチウム
の充放電効率は向上している事が判る。 実施例 5 電解液として、1MLiClO4−PCに1.0容量%の
フラン又は1.0容量%の2,5−ジメチルフラン
を添加したものを用いた以外は実施例1と同様に
してリチウムの充放電試験を行つた。結果を表1
(K)及び(L)に示す。フランあるいは2,5−ジメチ
ルフランを添加した場合は無添加表1(M)に比較し
てリチウムの充放電効率は向上している事が判
る。 実施例 6 電解液として1MLiClO4−PCに10容量%のヘキ
サメチルりん酸トリアミド(HMPA)と1.0容量
%のMeFを添加したものを用いた以外は実施例
1と同様にしてリチウムの充放電試験を行つた。
結果を表1(N)に示す。MeFを添加した場合は、
無添加の場合〔表1(O)〕に比較してリチウムの充
放電効率は向上している事が判る。
する。 〔従来の技術〕 従来、リチウムを負極活物質として用いる電池
は小型・高エネルギー密度を有する電池として研
究されている。しかし、充放電が可能なリチウム
二次電池実現のためには解決すべき多くの問題点
がある。この問題点の1つとして、非水溶媒中に
おけるリチウムの充放電効率が低い事が挙げられ
る。 リチウム一次電池に用いられる電解液溶媒の多
くはプロピレンカーボネートやγ−ブチロラクト
ンのごとき分極性二重結合を有する非プロトン性
溶媒である。これらの溶媒が多用される理由は、
高誘電率であるため、溶質のイオン解離度が高く
導電性が高い事による。しかし、これらの溶媒中
でのリチウムの充放電効率は二次電池に適用する
ためには不充分であり、充放電効率の改善が望ま
れている。 一方、リチウムの充放電効率の高い溶媒として
2−メチルテトラヒドロフランが提案されている
が〔ジヤーナル オブ ジ エレクトロケミカル
ソサイエテイ(J.Electrochem.Soc.)、第127
巻、第1461頁(1980年)〕、リチウムの充放電効率
の向上には、2−メチルテトラヒドロフランに少
量含まれる(0.2〜0.4容量%)2−メチルフラン
がリチウム上にLi+イオン伝導性の保護膜を形成
する事が有効に作用する可能性が示唆されている
〔ジヤーナル オブ ジ エレクトロケミカル
ソサイエテイ、第131巻、第2197頁(1984年)〕。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、2−メチルテトラヒドロフランを溶媒
に用いた電解液はプロピレンカーボネートやγ−
ブチロラクトンを溶媒に用いた電解液に比較して
導電率が1/3〜1/5と低く、リチウム電池に適用し
た場合、電池の取得可能な電流値が低いという欠
点を有する。 この様な状況の中で、更に特性が優れたリチウ
ム二次電池用電解液が求められている。 本発明は、このような現状にかんがみてなされ
たものであり、その目的は導電率が高く、かつリ
チウム極の充放電特性の優れたリチウム二次電池
用電解液を提供する事にある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明を概説すれば本発明はリチウム二次電池
用電解液に関する発明であつて、リチウム塩を有
機溶媒に溶解させたリチウム二次電池用電解液に
おいて、該有機溶媒が、S=O基、P=O基
及びC=O基よりなる群から選択した基を少な
くとも1個有する非プロトン性溶媒を含む単独あ
るいは混合溶媒に、下記一般式: (式中R1及びR2は、同一又は異なり、水素、メ
チル基、又はエチル基を示す)で表されるフラン
又はその誘導体を添加した溶媒である事を特徴と
する。 S=O基、P=O基及びC=O基よりよ
りなる群から選択した基を少なくとも1個有する
溶媒を用いた電解液はリチウムの充放電効率が低
く、そのままではリチウム二次電池に適用する事
ができない。この原因は、リチウムによる溶媒の
還元反応によりリチウムが電気化学的に不活性化
(放電が不可能)する事によると指摘されている
〔ジヤーナル オブ パワー ソーセス(J.
Power Sources)、第6巻、第357頁(1981年)〕。
したがつて、分極性二重結合を有する溶媒を用い
た電解液中におけるリチウムの充放電効率を改善
するためには、リチウム極と電解液界面の状態を
変化させ、溶媒/リチウム間の反応を抑制する事
が効果的であると推定される。フラン又はその誘
導体を添加すると、後述の実施例に示す様にリチ
ウムの充放電効率は向上する。この理由は必ずし
も明確ではないが、フラン又はその誘導体がリチ
ウム極上に吸着され溶媒とリチウムの反応を抑制
する、あるいは、フラン又はその誘導体がリチウ
ムと反応し、リチウム極上にLi+イオン伝導性の
保護膜を形成し溶媒とリチウムの反応を抑制する
事等が推定される。 本発明における分極性二重結合を有する非プロ
トン性溶媒は基本的に限定されるものではない
が、例えば、プロピレンカーボネート、エチレン
カーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロ
ラクトン、γ−オクタノイツクラクトン、スルホ
ラン、ジメチルスルホキシド、3−メチルスルホ
ラン、ヘキサメチルりん酸トリアミドから選択さ
れた1種以上の溶媒を用いる事ができる。これら
の溶媒に更に、テトラヒドロフラン、1,2−ジ
メトキシエタン、2−メチルテトラヒドロフラ
ン、1,2−ジエトキシエタン、1,3−ジオキ
ソラン、1,4−ジメチルオキソラン等のエーテ
ルの中から選択された1種以上の溶媒を混合した
系も用いる事ができる。 添加するフラン又はその誘導体としては、例え
ば、フラン、2−メチルフラン、3−メチルフラ
ン、2,5−ジメチルフラン等の中から選択され
た1種以上の化合物を用いる事ができる。 更に、溶質であるリチウム塩は、従来この種の
電解液に用いられるものであれば、いかなるもの
でもよい。例えばLiClO4、LiBF4、LiAsF6、
LiPF6、LiSbF6、LiAlCl4、CF3SO3Li、
CF3CO2Liから選択された1種以上のような、一
般に非水電解液の溶質として用いられるリチウム
塩を有効に使用する事ができる。 〔実施例〕 以下本発明を実施例により更に具体的に説明す
るが、本発明はこれら実施例に限定されない。 実施例 1 対極としてLi円板(大きさ1cm2、厚さ0.25mm)
を、作用極としてPt円板(大きさ1cm2、厚さ0.05
mm)を、参照極としてLiを用いた電池を作製し、
Liの充放電サイクル試験を行つた。電解液には
1MLiClO4−プロピレンカーボネート(以下、PC
と略記する)に、2−メチルフラン(以下、
MeFと略記する)を0.01容量%、0.1容量%、10
容量%、50容量%、10容量%添加したものを用い
た。 測定は、まず、上記電解液中で、0.5mA/cm2
で80分間Liを放電し、Pt極上にLiとして析出さ
せ(析出Li量は0.67mA時/cm2)た後、析出した
Liの一部(0.17mA時/cm2)を0.5mA/cm2でLi+
イオンとして放電し、再び更に0.17mA時/cm2の
容量でPt極上に充電するサイクル試験を繰返し
た。1サイクル当りの平均充放電効率(Ea)は
Li−Pt極の電位変化より求め、見掛け上、100%
の効率を示すサイクル数をn回繰返すと、式(1)に
より、Eaは求められる。 Ea=〔0.6−2.4−0.6/n/0.6〕×100(%) 式(1) 第1図に、上記電解液中でのリチウムの充放電
効率、Ea(%、縦軸)とMeF添加量(横軸)の関
係をグラフで示す。第1図の横軸には、同時に最
初に電析させたリチウム(0.67mA時)に対する
MeF添加量も示してある。 第1図に破線で示したEa値は、MeF無添加の
1MLiClO4−PC中でのEaである。MeF添加によ
り無添加の場合に比してEaは向上し、MeF添加
量が10-1〜10容量%〔リチウム初期量(mA時)
に対するMeF添加量(モル)は2.2×10-5〜2.2×
10-3〕の範囲で特に良好な特性を示し、この範囲
が特に好ましい添加量と推定される。第1図か
ら、MeF添加はPC中でのリチウムの充放電効率
の向上に効果的である事が判る。 実施例 2 電解液を電池に適用する場合、リチウムの充放
電効率が高いのみならず、リチウムの析出形態の
平滑性が良好な事が望ましい。 第2図に1MLiClO4−PCにMeFを1容量%添
加した場合におけるリチウムの析出形態を、その
粒子構造の走査型電子顕微鏡による写真で示す。
電流値は1mA/cm2、容量は1mA時/cm2であ
る。第3図には参考例として、MeF無添加の同
条件下の1MLiClO4−PC中でのリチウムの析出形
態を同様の写真で示す。 MeF無添加のPC中では、デンドライト(樹枝
状結晶)状のリチウムの析出が顕著である。これ
に対してMeF添加の電解液中でのリチウムの析
出形態は、平滑性がはるかに良好であり、MeF
添加がこの面でも、より有利である事が判る。 実施例 3 電解液としてγ−ブチロラクトン(BL)、γ−
バレロラクトン(VL)、スルホラン(SL)、ジメ
チルスルホキシド(DMSO)に、1MLiClO4及び
1.0容量%のMeFを添加したものを用いた以外は
実施例1と同様にリチウムの充放電試験を行つ
た。 参考例のMeF無添加の電解液中でのLiの充放
電効率と共に、実施例3の結果を表1(A)〜(H)に示
す。MeF添加により、Liの充放電効率は無添加
の場合に比較して向上する事が判る。 実施例 4 電解液として、1MLiClO4と1.0容量%のMeF
をPCと1,2−ジメトキシエタン(DME)の1
対1体積比混合溶媒に溶解させたものを用いた以
外は実施例1と同様にしてリチウムの充放電試験
を行つた。結果を表1(I)に示す。MeFを添加し
た場合は、無添加〔表1(J)〕に比較してリチウム
の充放電効率は向上している事が判る。 実施例 5 電解液として、1MLiClO4−PCに1.0容量%の
フラン又は1.0容量%の2,5−ジメチルフラン
を添加したものを用いた以外は実施例1と同様に
してリチウムの充放電試験を行つた。結果を表1
(K)及び(L)に示す。フランあるいは2,5−ジメチ
ルフランを添加した場合は無添加表1(M)に比較し
てリチウムの充放電効率は向上している事が判
る。 実施例 6 電解液として1MLiClO4−PCに10容量%のヘキ
サメチルりん酸トリアミド(HMPA)と1.0容量
%のMeFを添加したものを用いた以外は実施例
1と同様にしてリチウムの充放電試験を行つた。
結果を表1(N)に示す。MeFを添加した場合は、
無添加の場合〔表1(O)〕に比較してリチウムの充
放電効率は向上している事が判る。
【表】
以上の説明から明らかな様に、本発明によれ
ば、リチウムの充放電特性が優れたリチウム二次
電池用電解液を実現する事ができる。
ば、リチウムの充放電特性が優れたリチウム二次
電池用電解液を実現する事ができる。
第1図は、本発明の電解液におけるリチウムの
充放電効率と2−メチルフラン添加量との関係を
示すグラフ、第2図は本発明の電解液中における
リチウムの析出形態を示すその粒子構造の走査型
電子顕微鏡写真、第3図は従来の電解液中におけ
る同じくリチウムの粒子構造の同様な写真であ
る。
充放電効率と2−メチルフラン添加量との関係を
示すグラフ、第2図は本発明の電解液中における
リチウムの析出形態を示すその粒子構造の走査型
電子顕微鏡写真、第3図は従来の電解液中におけ
る同じくリチウムの粒子構造の同様な写真であ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 リチウム塩を有機溶媒に溶解させたリチウム
二次電池用電解液において、該有機溶媒が、S
=O基、P=O基及びC=O基よりなる群か
ら選択した基を少なくとも1個有する非プロトン
性溶媒を含む単独あるいは混合溶媒に、下記一般
式: (式中R1及びR2は、同一又は異なり、水素、メ
チル基、又はエチル基を示す)で表されるフラン
又はその誘導体を添加した溶媒である事を特徴と
するリチウム二次電池用電解液。 2 該フラン又はその誘導体の添加量が、リチウ
ム1mA時に対して10-6〜10-2モル、又は有機溶
媒に対して10-2〜10容量%である特許請求の範囲
第1項記載のリチウム二次電池用電解液。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60071138A JPS61230276A (ja) | 1985-04-05 | 1985-04-05 | リチウム二次電池用電解液 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60071138A JPS61230276A (ja) | 1985-04-05 | 1985-04-05 | リチウム二次電池用電解液 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61230276A JPS61230276A (ja) | 1986-10-14 |
JPH0515034B2 true JPH0515034B2 (ja) | 1993-02-26 |
Family
ID=13451923
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60071138A Granted JPS61230276A (ja) | 1985-04-05 | 1985-04-05 | リチウム二次電池用電解液 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61230276A (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2735842B2 (ja) * | 1988-09-20 | 1998-04-02 | 三洋電機株式会社 | 非水電解液二次電池 |
CA2156800C (en) * | 1995-08-23 | 2003-04-29 | Huanyu Mao | Polymerizable aromatic additives for overcharge protection in non-aqueous rechargeable lithium batteries |
KR100527827B1 (ko) | 2003-03-13 | 2005-11-09 | 삼성에스디아이 주식회사 | 비수성 전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 |
KR100471973B1 (ko) | 2003-04-03 | 2005-03-10 | 삼성에스디아이 주식회사 | 비수성 전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 |
JP4428653B2 (ja) | 2003-10-31 | 2010-03-10 | 三星エスディアイ株式会社 | リチウム二次電池用電解液及びこれを含むリチウム二次電池 |
-
1985
- 1985-04-05 JP JP60071138A patent/JPS61230276A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS61230276A (ja) | 1986-10-14 |
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