WO2024004892A1 - 蓄電デバイス - Google Patents

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WO2024004892A1
WO2024004892A1 PCT/JP2023/023452 JP2023023452W WO2024004892A1 WO 2024004892 A1 WO2024004892 A1 WO 2024004892A1 JP 2023023452 W JP2023023452 W JP 2023023452W WO 2024004892 A1 WO2024004892 A1 WO 2024004892A1
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WO
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storage device
case
reinforcing member
electricity storage
sealing body
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/023452
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English (en)
French (fr)
Inventor
利崇 小林
俊哉 五十嵐
宏樹 林
Original Assignee
パナソニックIpマネジメント株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/78Cases; Housings; Encapsulations; Mountings
    • H01G11/80Gaskets; Sealings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004Details
    • H01G9/08Housing; Encapsulation
    • H01G9/10Sealing, e.g. of lead-in wires
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004Details
    • H01G9/08Housing; Encapsulation
    • H01G9/12Vents or other means allowing expansion
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present disclosure relates to an electricity storage device.
  • a power storage device that includes a power storage element, a case having an opening at one end, and a sealing body that seals the opening (for example, Patent Document 1).
  • the case of the power storage device of Patent Document 1 includes a first pressing part that presses the side surface of the sealing body and projects inside the case near the opening, and a first pressing part that is provided on one end side of the most protruding apex of the first pressing part. It has a degassing part.
  • the electricity storage device of Patent Document 1 is configured such that when the internal pressure increases due to gas generation, the generated gas is discharged to the outside from the gas venting section.
  • the sealing body deforms relatively largely in the axial direction of the electricity storage device during the process from when the internal pressure rises until the gas is released to the outside.
  • a power storage device is used as a module, it is necessary to design the dimensions of the module so that such deformation of the sealing body can be tolerated or absorbed.
  • one of the purposes of the present disclosure is to suppress deformation of the sealing body when internal pressure increases.
  • the electricity storage device includes an electricity storage element, a bottomed cylindrical case that houses the electricity storage element and has an opening at one end, and a sealing unit that seals the opening.
  • a sealing body including a first upper surface facing the outside of the case and a first lower surface facing the inside, and a second upper surface facing the outside of the case and a second lower surface facing the inside, the second lower surface of the sealing body a reinforcing member disposed to face the first upper surface and having a higher elastic modulus than the sealing body; a first pressing part that presses a first side surface connected to a lower surface of the reinforcing member and protrudes inward of the case; and a second pressing part that presses the second upper surface of the reinforcing member, and the sealing unit has a first passage that communicates with the outside of the electricity storage device at a radially inner side of the case than the second pressing part and that opens to a side surface of the sealing unit.
  • FIG. 1 is a front sectional view schematically showing the electricity storage device of Embodiment 1, taken in a cross section passing through a first passage (slit).
  • FIG. 3 is a three-sided view schematically showing the reinforcing member of Embodiment 1, and is a plan view, a front view, and a bottom view in order from the top.
  • FIG. 3 is a front sectional view schematically showing the electricity storage device of Embodiment 2, taken in a cross section passing through a first passage (slit).
  • FIG. 7 is a three-sided view schematically showing the reinforcing member of Embodiment 2, and is a plan view, a front view, and a bottom view in order from the top.
  • FIG. 7 is a front sectional view schematically showing the electricity storage device of Embodiment 3, taken in a cross section passing through the first passage.
  • FIG. 7 is a three-sided view schematically showing the reinforcing member of Embodiment 3, and is a plan view, a front view, and a bottom view in order from the top.
  • Embodiments of the electricity storage device according to the present disclosure will be described below by giving examples. However, the present disclosure is not limited to the examples described below. In the following description, specific numerical values and materials may be illustrated, but other numerical values and materials may be applied as long as the effects of the present disclosure can be obtained.
  • the power storage device includes a power storage element, a case, and a sealing unit.
  • the power storage element includes electrodes, electrolyte, etc.
  • the electricity storage element when the electricity storage device is an electrolytic capacitor, the electricity storage element includes a wound body. The wound body is formed by winding a pair of electrodes with a separator in between. Both of the pair of electrodes may be polarizable electrodes, or one may be an anode and the other a cathode.
  • the power storage element when the power storage device is a secondary battery or a lithium ion capacitor, the power storage element includes an electrode group. The electrode group is formed by winding a positive electrode and a negative electrode with a separator in between.
  • the electricity storage element may further include an electrolytic solution or a liquid component.
  • the case has a cylindrical shape with a bottom, has an opening at one end, and houses the electricity storage element.
  • the case may be made of metal including, for example, aluminum, iron, nickel, and the like.
  • the shape of the case is not particularly limited, but may be, for example, cylindrical with a bottom.
  • the sealing unit seals the opening of the case.
  • the sealing unit has a sealing body and a reinforcing member.
  • the sealing body includes a first upper surface facing the outside of the case and a first lower surface facing the inside of the case.
  • the reinforcing member includes a second upper surface facing the outside of the case and a second lower surface facing the inside of the case, and is arranged such that the second lower surface faces the first upper surface of the sealing body.
  • the first upper surface of the sealing body and the second lower surface of the reinforcing member may be in contact with each other, or a separate member may be interposed between them.
  • the sealing body is made of an elastic material (for example, a material containing elastic resin).
  • the shape of the sealing body may correspond to the shape of the case.
  • the sealing body may have a disc shape, and when the case has a square cylindrical shape with a bottom, the sealing body may have a square plate shape.
  • the reinforcing member is made of a material (eg, thermoplastic resin, thermosetting resin, or metal) that has a higher elastic modulus than the material that makes up the sealing body. Therefore, the elastic modulus of the reinforcing member is greater than the elastic modulus of the sealing body.
  • the elastic modulus may be, for example, Young's modulus.
  • the shape of the reinforcing member may correspond to the shape of the case.
  • a rubber component is desirable as the elastic resin constituting the sealing body.
  • Rubber components include butyl rubber (IIR), nitrile rubber (NBR), ethylene propylene rubber, ethylene propylene diene rubber (EPDM), chloroprene rubber (CR), isoprene rubber (IR), hypalon rubber, silicone rubber, fluororubber, etc. Can be used alone or in blends. Among them, butyl rubber, ethylene propylene rubber, fluororubber, etc. are preferable.
  • the elastic material may optionally contain fillers, carbon black, processing aids, crosslinking aids, and the like.
  • the elastic modulus E1 of the elastic resin may be, for example, 15 MPa or less.
  • Thermoplastic resin is desirable as the material constituting the reinforcing member.
  • the thermoplastic resin polypropylene (PP), polyethylene (PE), ABS resin (ABS), polystyrene (PS), vinyl chloride resin (PVC), polyethylene terephthalate (PET), etc. can be used alone or in a blend. Among them, polypropylene is preferred.
  • the elastic modulus E2 of the reinforcing member may be, for example, 1.1 GPa or more.
  • the case has a first pressing portion and a second pressing portion near the opening.
  • the first pressing portion presses the first side surface of the sealing body (that is, the side surface of the sealing body connecting the first upper surface and the first lower surface) to protrude inside the case.
  • the inner diameter at the most protruding apex of the first pressing portion may be smaller than the outer diameter of the sealing body in a state where no load is applied.
  • the first pressing portion may be formed, for example, by grooving to reduce the diameter of a part of the opening.
  • the second pressing portion is disposed closer to one end of the case, that is, closer to the opening than the first pressing portion, and presses the second upper surface of the reinforcing member toward the inside of the case.
  • the second pressing portion may be formed, for example, by curling a part of the endmost side of the opening.
  • the sealing unit has a first passage that can function as an explosion-proof mechanism.
  • the first passage communicates with the outside of the electricity storage device at a radially inner side of the case than the second pressing portion.
  • the first passage opens to a side surface of the sealing unit (that is, a side surface of the sealing body and/or the reinforcing member).
  • the first passage may be open only on the second upper surface side (opening side) from the most protruding apex of the first pressing part on the side surface of the sealing unit.
  • the first passage does not open to the lower surface of the sealing unit (the surface facing inside the case).
  • the first passage may communicate between the inside and outside of the case when the force acting on the first pressing part from the sealing body falls below a predetermined value due to an increase in the internal pressure of the case.
  • the sealing body tends to expand toward the outside of the case in the axial direction of the case.
  • the expansion in the axial direction or the deformation of the sealing body
  • the reinforcing member that has a large elastic modulus (that is, is difficult to deform).
  • gas pressure acts on the area of the sealing body that is in contact with the first pressing part, and the area is in contact with the first pressing part. Displaced in the direction away from.
  • the force (elastic repulsive force against compression) acting from the sealing body on the first pressing portion is weakened.
  • the acting force weakens to below a predetermined value, the gas in the case passes between the sealing body and the first pressing portion. This gas escapes from the inside of the case to the outside of the case through the first passage, thereby reducing the internal pressure of the power storage device and ensuring safety.
  • the present disclosure by providing a reinforcing member with a high elastic modulus, deformation of the sealing body when the internal pressure of the case increases can be suppressed. Furthermore, according to the present disclosure, by operating the explosion-proof mechanism, it is possible to prevent an unexpected explosion of the electricity storage device that would cause the sealing unit or the like to scatter.
  • the first passage may be formed only in the reinforcing member of the sealing unit. In this configuration, since the first passage is not formed in the sealing body having a relatively small elastic modulus, the sealing body is less likely to deform when the internal pressure increases, compared to a case where the first passage is also formed in the sealing body. Note that the first passage may be formed, for example, across the reinforcing member and the sealing body in the sealing unit.
  • the first passage may have a slit that opens on the second upper surface of the reinforcing member.
  • the slit may extend further inward in the radial direction of the case than the second pressing portion.
  • the slit may be open on the side surface of the reinforcing member.
  • the slit may penetrate the reinforcing member in the thickness direction.
  • the slit may be formed only in the reinforcing member, or may be formed across the reinforcing member and the sealing body.
  • the slit does not need to penetrate the reinforcing member in the thickness direction.
  • the slit may be formed only in the reinforcing member.
  • the outer peripheral portion of the second lower surface of the reinforcing member may be in contact with the first upper surface of the sealing body over the entire circumference. According to this configuration, deformation of the sealing body when the internal pressure increases can be further suppressed. In addition, even if the outer circumferential edge of the second lower surface protrudes to the outside to some extent than the outer circumferential edge of the first upper surface of the sealing body, the outer circumference of the second lower surface of the reinforcing member extends over the entire circumference inside the protruding part. If the first upper surface of the sealing body is in contact with the first upper surface of the sealing body, the configuration of this paragraph is applicable.
  • the first passage has a first opening that opens on the second upper surface of the reinforcing member and communicates with the outside of the electricity storage device, and a second opening that opens on the side surface of the sealing unit, and passes through the inside of the sealing unit. You can leave it there.
  • the second opening may be opened on the side surface of the reinforcing member, may be opened on the side surface of the sealing body, or may be opened across both side surfaces.
  • the second pressing portion may press the second upper surface of the reinforcing member over the entire circumference. According to this configuration, deformation of the sealing body when the internal pressure increases can be further suppressed. Furthermore, when forming the second pressing part, the second pressing part contacts the second upper surface of the reinforcing member over the entire circumference, so it becomes easy to form the second pressing part with high precision.
  • a plurality of first passages may be provided.
  • the plurality of first passages may be arranged at equal intervals in the circumferential direction of the case. This prevents the sealing body from deforming asymmetrically and increases the operational reliability of the explosion-proof mechanism including the first passage.
  • the power storage device 10 of this embodiment is configured as an electrolytic capacitor, and includes a power storage element 11, a case 20, and a sealing unit 30.
  • the power storage element 11 includes a wound body.
  • the wound body is formed by winding an anode foil and a cathode foil with a separator in between.
  • One ends of lead tabs 12A and 12B are connected to the anode foil and the cathode foil, respectively.
  • the wound body is constructed by winding lead tabs 12A and 12B.
  • Lead wires 13A and 13B are connected to the other ends of lead tabs 12A and 12B, respectively.
  • the case 20 has a cylindrical shape with a bottom, has an opening 21 at one end, and houses the power storage element 11.
  • the case 20 of this embodiment is made of aluminum, it is not limited to this.
  • the case 20 of this embodiment has a cylindrical shape with a bottom, it is not limited to this.
  • the axial length of the case 20 may be, for example, 60 to 80 mm before forming the first pressing portion 22 and the second pressing portion 23, which will be described later.
  • the outer diameter of the case 20 may be, for example, 16 to 20 mm.
  • the sealing unit 30 seals the opening 21 of the case 20.
  • the thickness of the sealing unit 30 (length in the axial direction of the case 20) may be, for example, 3 to 7 mm.
  • the sealing unit 30 includes a sealing body 31 and a reinforcing member 32.
  • the sealing body 31 includes a first upper surface 31 a facing toward the outside of the case 20 and a first lower surface 31 b facing toward the inside of the case 20 .
  • the reinforcing member 32 includes a second upper surface 32a facing the outside of the case 20 and a second lower surface 32b facing the inside of the case 20, and is arranged such that the second lower surface 32b faces the first upper surface 31a of the sealing body 31. be done.
  • the first upper surface 31a of the sealing body 31 and the second lower surface 32b of the reinforcing member 32 are in contact with each other.
  • the sealing body 31 is made of an elastic body whose main component is rubber. Although the sealing body 31 of this embodiment has a disk shape, it is not limited to this.
  • the thickness of the sealing body 31 may be, for example, 3.0 to 6.0 mm.
  • the reinforcing member 32 is made of thermoplastic resin (eg, polypropylene). In other words, the reinforcing member 32 is made of a material having a higher elastic modulus than the material of which the sealing body 31 is made.
  • the reinforcing member 32 of this embodiment has a disk shape having the same diameter as the sealing body 31, the reinforcing member 32 is not limited to this.
  • the thickness of the reinforcing member 32 may be, for example, 1.0 to 3.0 mm.
  • the case 20 has a first pressing portion 22 and a second pressing portion 23 near the opening 21.
  • the first pressing portion 22 presses the first side surface 31c of the sealing body 31 near the opening 21 and projects inside the case 20.
  • the inner diameter at the apex 22a of the first pressing portion 22 is smaller than the outer diameter of the sealing body 31 in a state where no load is applied.
  • the first pressing portion 22 of this embodiment is formed by grooving to reduce the diameter of a part of the opening 21, but is not limited to this.
  • the second pressing part 23 is arranged closer to one end of the case 20 (that is, on the opening side) than the first pressing part 22, and presses the second upper surface 32a of the reinforcing member 32 toward the inside of the case 20. In other words, the second pressing portion 23 presses the edge of the sealing unit 30 near the opening 21 .
  • the second pressing portion 23 of this embodiment is formed by curling a portion of the opening 21, but is not limited thereto.
  • the sealing unit 30 has a first passage 33 that can function as an explosion-proof mechanism.
  • the first passage 33 is formed only in the reinforcing member 32 of the sealing unit 30.
  • the first passage 33 communicates with the outside of the power storage device 10 at a radially inner side of the case 20 than the second pressing portion 23 .
  • the first passage 33 opens only on the second upper surface 32a side (opening side) of the most protruding apex 22a of the first pressing part 22 on the side surface of the sealing unit 30.
  • the apex 22a of the first pressing portion 22 is an important part for ensuring the airtightness of the case 20, and it is advantageous from the viewpoint of ensuring the airtightness that the first passage 33 is not opened there.
  • the first passage 33 is composed of a slit 33a that opens in the second upper surface 32a of the reinforcing member 32.
  • the slit 33a of this embodiment penetrates the reinforcing member 32 in the thickness direction.
  • the slit 33a may extend radially inward by 0.2 to 2.0 mm from the radially inner end of the second pressing portion 23, for example.
  • the width of the slit 33a (the length in the circumferential direction of the case 20) may be, for example, 0.2 to 0.5 mm.
  • the slit 33a extends along the radial direction of the case 20, the slit 33a is not limited thereto.
  • first passages 33 made up of slits 33a are provided, but the number of first passages 33 may be three or less or five or more.
  • the four first passages 33 are arranged at equal intervals (in this example, every 90 degrees) in the circumferential direction of the case 20.
  • the plurality of first passages 33 may not be arranged at equal intervals. Note that in FIG. 2, illustration of through holes for passing the lead tabs 12A and 12B is omitted.
  • the portion of the opening 21 closer to the opening than the apex 22a of the first pressing portion 22 may not be in partial contact with the sealing unit 30. That is, a gap may exist between the inner surface of the opening 21 and the side surface of the sealing unit 30 on the opening side of the apex 22 a of the first pressing portion 22 . If this gap exists, the first passage 33 may communicate with the gap.
  • the sealing body 31 tends to expand toward the outside of the case 20 in the axial direction of the case 20.
  • the expansion in the axial direction or the deformation of the sealing body 31
  • the reinforcing member 32 having a large elastic modulus (that is, not easily deformed). Then, in a state where the expansion of the sealing body 31 is suppressed, as the internal pressure of the case 20 increases, gas pressure acts on the area of the sealing body 31 that is in contact with the first pressing part 22, and the area is It is displaced in the direction away from the first pressing portion 22 .
  • the force (elastic repulsive force against compression) acting from the sealing body 31 on the first pressing portion 22 is weakened.
  • the acting force weakens to below a predetermined value, the gas in the case 20 passes between the sealing body 31 and the first pressing part 22. This gas escapes from the inside of the case 20 to the outside of the case 20 via the first passage 33, thereby reducing the internal pressure of the power storage device 10 and ensuring safety.
  • Embodiment 2 of the present disclosure will be described.
  • the electricity storage device 10 of this embodiment differs from the above-described first embodiment in the configuration of the sealing unit 30.
  • differences from the first embodiment described above will be mainly explained.
  • the first passage 33 configured as a slit 33a does not penetrate the reinforcing member 32 in the thickness direction.
  • the outer peripheral portion of the second lower surface 32b of the reinforcing member 32 is in contact with the first upper surface 31a of the sealing body 31 over the entire circumference.
  • Two first passages 33 are provided at equal intervals along the circumferential direction of the case 20 (in this example, at intervals of 180°).
  • Embodiment 3 of the present disclosure will be described.
  • the electricity storage device 10 of this embodiment differs from the above-described first embodiment in the configuration of the sealing unit 30.
  • differences from the first embodiment described above will be mainly explained.
  • the first passage 33 of this embodiment passes through the interior of the sealing unit 30 and has a first opening 33b and a second opening 33c.
  • the first opening 33b opens in the second upper surface 32a of the reinforcing member 32 and communicates with the outside of the power storage device 10.
  • the second opening 33c opens at the side surface of the sealing unit 30 (in this example, the side surface of the reinforcing member 32).
  • the second pressing portion 23 presses the second upper surface 32a of the reinforcing member 32 over the entire circumference. In this embodiment, only one first passage 33 is provided.
  • the following technology is disclosed by the description of the above embodiments.
  • (Technology 1) a power storage element; a bottomed cylindrical case that houses the electricity storage element and has an opening at one end; a sealing unit that seals the opening;
  • An electricity storage device comprising:
  • the sealing unit is a sealing body including a first upper surface facing the outside of the case and a first lower surface facing the inside;
  • the case includes a second upper surface facing the outside and a second lower surface facing the inside, the second lower surface is arranged to face the first upper surface of the sealing body, and has a higher elastic modulus than the sealing body.
  • the case includes, in the vicinity of the opening, a first pressing portion that presses a first side surface connecting the first upper surface and the first lower surface of the sealing body to protrude inside the case; a second pressing portion pressing the second upper surface of the reinforcing member;
  • the sealing unit is an electricity storage device, wherein the sealing unit communicates with the outside of the electricity storage device at a radially inner side of the case than the second pressing part, and has a first passage that opens on a side surface of the sealing unit. (Technology 2) The electricity storage device according to technique 1, wherein the first passage is formed only in the reinforcing member of the sealing unit.
  • the first passage has a first opening that opens on the second upper surface of the reinforcing member and communicates with the outside, and a second opening that opens on a side surface of the sealing unit.
  • the present disclosure can be used for power storage devices.
  • Electricity storage device 11 Electricity storage element 12A, 12B: Lead tab 13A, 13B: Lead wire 20: Case 21: Opening part 22: First pressing part 22a: Vertex 23: Second pressing part 30: Sealing unit 31: Sealing body 31a : First upper surface 31b: First lower surface 31c: First side surface 32: Reinforcing member 32a: Second upper surface 32b: Second lower surface 33: First passage 33a: Slit 33b: First opening 33c: Second opening

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

蓄電デバイス10は、蓄電要素11と、一端に開口部21を有する有底筒形状のケース20と、開口部21を封止する封口ユニット30と、を備える。封口ユニット30は、第1上面31aと第1下面31bを含む封口体31と、第2上面32aと第2下面32bを含み、第2下面32bが第1上面31aに対向するように配置され、かつ封口体31よりも弾性率が大きい補強部材32と、を有する。ケース20は、開口部21近傍において、封口体31の第1側面31cを押圧してケース20の内側に突出した第1押圧部22と、補強部材32の第2上面32aを押圧した第2押圧部23と、を有する。封口ユニット30は、第2押圧部23よりもケース20の径方向内側で蓄電デバイス10の外部と連通すると共に、封口ユニット30の側面に開口する第1通路33を有する。これにより、内圧上昇時の封口体の変形を抑制できる。

Description

蓄電デバイス
 本開示は、蓄電デバイスに関する。
 従来、蓄電要素と、一端に開口部を有するケースと、開口部を封止する封口体とを備える蓄電デバイスが知られている(例えば、特許文献1)。特許文献1の蓄電デバイスのケースは、開口部近傍において、封口体の側面を押圧してケースの内側に突出した第1押圧部と、第1押圧部の最も突出した頂点よりも一端側に設けられたガス抜き部とを有する。特許文献1の蓄電デバイスは、ガスの発生により内圧が上昇したとき、発生したガスがガス抜き部から外部へ放出されるように構成される。
国際公開第2022/091862号
 しかしながら、特許文献1の蓄電デバイスでは、内圧が上昇してからガスが外部に放出されるまでの過程で、蓄電デバイスの軸方向において封口体が比較的大きく変形する。特に蓄電デバイスをモジュール化して使用する場合、そのような封口体の変形を許容あるいは吸収できるように当該モジュールの寸法を設計する必要が生じる。このような状況において、本開示は、内圧上昇時の封口体の変形を抑制することを目的の1つとする。
 本開示に係る一局面は、蓄電デバイスに関する。当該蓄電デバイスは、蓄電要素と、前記蓄電要素を収容し、一端に開口部を有する有底筒形状のケースと、前記開口部を封止する封口ユニットと、を備え、前記封口ユニットは、前記ケースの外側を向く第1上面および内側を向く第1下面を含む封口体と、前記ケースの外側を向く第2上面および内側を向く第2下面を含み、前記第2下面が前記封口体の前記第1上面に対向するように配置され、かつ前記封口体よりも弾性率が大きい補強部材と、を有し、前記ケースは、前記開口部近傍において、前記封口体の前記第1上面と前記第1下面とを接続する第1側面を押圧して前記ケースの内側に突出した第1押圧部と、前記補強部材の前記第2上面を押圧した第2押圧部と、を有し、前記封口ユニットは、前記第2押圧部よりも前記ケースの径方向内側で前記蓄電デバイスの外部と連通すると共に、前記封口ユニットの側面に開口する第1通路を有する。
 本開示によれば、内圧上昇時の封口体の変形を抑制することができる。
 本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成および内容の両方に関し、本願の他の目的および特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。
実施形態1の蓄電デバイスを模式的に示す正面断面図であって、第1通路(スリット)を通る断面におけるものである。 実施形態1の補強部材を模式的に示す三面図であって、上から順に、平面図、正面図、および底面図である。 実施形態2の蓄電デバイスを模式的に示す正面断面図であって、第1通路(スリット)を通る断面におけるものである。 実施形態2の補強部材を模式的に示す三面図であって、上から順に、平面図、正面図、および底面図である。 実施形態3の蓄電デバイスを模式的に示す正面断面図であって、第1通路を通る断面におけるものである。 実施形態3の補強部材を模式的に示す三面図であって、上から順に、平面図、正面図、および底面図である。
 本開示に係る蓄電デバイスの実施形態について例を挙げて以下に説明する。しかしながら、本開示は以下に説明する例に限定されない。以下の説明では、具体的な数値や材料を例示する場合があるが、本開示の効果が得られる限り、他の数値や材料を適用してもよい。
 本開示に係る蓄電デバイスは、蓄電要素と、ケースと、封口ユニットとを備える。
 蓄電要素は、電極、電解液などを含む。例えば、蓄電デバイスが電解コンデンサである場合、蓄電要素は捲回体を含む。捲回体は、一対の電極を、セパレータを介して捲回することで形成される。一対の電極は、いずれも分極性電極であってもよく、または一方が陽極で他方が陰極であってもよい。例えば、蓄電デバイスが二次電池やリチウムイオンキャパシタである場合、蓄電要素は電極群を含む。電極群は、正極と負極とをセパレータを介して捲回することで形成される。蓄電要素は、さらに電解液または液状成分を含み得る。
 ケースは、有底筒形状で一端に開口部を有し、かつ蓄電要素を収容する。ケースは、例えば、アルミニウム、鉄、ニッケルなどを含む金属で構成されてもよい。ケースの形状は特に限定されないが、例えば、有底円筒状であってもよい。
 封口ユニットは、ケースの開口部を封止する。封口ユニットは、封口体および補強部材を有する。封口体は、ケースの外側を向く第1上面と、ケースの内側を向く第1下面とを含む。補強部材は、ケースの外側を向く第2上面と、ケースの内側を向く第2下面とを含み、第2下面が封口体の第1上面に対向するように配置される。封口体の第1上面と補強部材の第2下面とは、互いに接触してもよいし、両者の間に別部材が介在してもよい。
 封口体は、弾性材(例えば、弾性樹脂を含む材料)で構成される。封口体の形状は、ケースの形状に対応するものであってもよい。例えば、ケースが有底円筒状である場合、封口体は円板状であってもよいし、ケースが有底角筒状である場合、封口体は角板状であってもよい。補強部材は、封口体を構成する材料よりも弾性率が大きい材料(例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、または金属)で構成される。よって、補強部材の弾性率は、封口体の弾性率よりも大きい。弾性率は、例えばヤング率であってもよい。補強部材の形状は、ケースの形状に対応するものであってもよい。
 封口体を構成する弾性樹脂としては、ゴム成分が望ましい。ゴム成分としては、ブチルゴム(IIR)、ニトリルゴム(NBR)、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、クロロプレンゴム(CR)、イソプレンゴム(IR)、ハイパロンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどを単独あるいはブレンドで用いることができる。中でも、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、フッ素ゴムなどが望ましい。弾性材は、弾性樹脂に加え、任意成分として、充填剤、カーボンブラック、加工助剤、架橋助剤などを含んでもよい。弾性樹脂の弾性率E1は、例えば、15MPa以下であってもよい。
 補強部材を構成する材料としては、熱可塑性樹脂が望ましい。熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ABS樹脂(ABS)、ポリスチレン(PS)、塩化ビニル樹脂(PVC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)などを単独あるいはブレンドで用いることができる。中でも、ポリプロピレンが望ましい。補強部材の弾性率E2は、例えば、1.1GPa以上であってもよい。
 上記ケースは、開口部近傍において、第1押圧部および第2押圧部を有する。
 第1押圧部は、封口体の第1側面(すなわち、第1上面と第1下面とを接続する封口体の側面)を押圧してケースの内側に突出する。第1押圧部の最も突出した頂点における内径は、負荷が印加されていない状態の封口体の外径よりも小さくてもよい。第1押圧部は、例えば、開口部の一部を縮径する溝入れ加工により形成されてもよい。
 第2押圧部は、第1押圧部よりもケースの一端側、すなわち開口側に配置され、補強部材の第2上面をケースの内方に向かって押さえる。第2押圧部は、例えば、開口部の最端部側の一部をカール加工することで形成されてもよい。
 上記封口ユニットは、防爆機構として機能し得る第1通路を有する。第1通路は、第2押圧部よりもケースの径方向内側で蓄電デバイスの外部と連通する。第1通路は、封口ユニットの側面(すなわち、封口体および/または補強部材の側面)に開口している。ここで、第1通路は、封口ユニットの側面において、第1押圧部の最も突出した頂点よりも第2上面側(開口部側)でのみ開口していてもよい。第1通路は、封口ユニットの下面(ケースの内側を向く面)には開口していない。第1通路は、ケースの内圧が上昇することで封口体から第1押圧部に作用する力が所定値を下回った場合に、ケースの内外を連通させてもよい。
 ここで、ガスの発生によりケースの内圧が上昇すると、封口体はケースの軸方向においてケース外へ向かって膨張しようとする。しかし、本開示に係る蓄電デバイスでは、大きな弾性率を有する(すなわち、変形しにくい)補強部材によって当該軸方向の膨張(あるいは、封口体の変形)が抑制される。そして、封口体の膨張が抑制された状態で、ケースの内圧上昇に伴って、封口体のうち第1押圧部に接触している領域にガスの圧力が作用し、当該領域が第1押圧部から離れる方向に変位する。この変位により、封口体から第1押圧部に作用する力(圧縮に対する弾性的な反発力)が弱まる。当該作用力が所定値を下回るまで弱まると、封口体と第1押圧部との間をケース内のガスが通過する。このガスが第1通路を介してケース内からケース外へ逃げることで、蓄電デバイスの内圧が減少し、安全性が確保される。
 以上のように、本開示によれば、弾性率の大きい補強部材を設けることで、ケースの内圧が上昇した際の封口体の変形を抑制することができる。さらに、本開示によれば、防爆機構が動作することで、封口ユニットなどが飛散するような蓄電デバイスの想定外の破裂を阻止することができる。
 第1通路は、封口ユニットのうち補強部材のみに形成されていてもよい。この構成では、弾性率が相対的に小さい封口体に第1通路が形成されないので、封口体にも第1通路が形成される場合に比べ、内圧上昇時に封口体が変形しにくい。なお、第1通路は、封口ユニットにおいて、例えば、補強部材および封口体にまたがって形成されていてもよい。
 第1通路は、補強部材の第2上面に開口するスリットを有してもよい。スリットは、第2押圧部よりもケースの径方向内側に延びていてもよい。スリットは、補強部材の側面に開口していてもよい。
 スリットは、補強部材を厚さ方向に貫通していてもよい。この場合において、スリットは、補強部材のみに形成されていてもよいし、補強部材および封口体にまたがって形成されていてもよい。
 スリットは、補強部材を厚さ方向に貫通していなくてもよい。この場合、スリットは、補強部材のみに形成され得る。
 補強部材の第2下面の外周部は、全周にわたって封口体の第1上面と接触していてもよい。この構成によると、内圧上昇時の封口体の変形がより一層抑制され得る。なお、第2下面の外周縁が、封口体の第1上面の外周縁よりも外側に多少はみ出していても、当該はみ出した部分よりも内側で全周にわたって補強部材の第2下面の外周部と封口体の第1上面とが接触していれば、本段落の構成に該当するものとする。
 第1通路は、補強部材の第2上面に開口しかつ蓄電デバイスの外部と連通する第1開口と、封口ユニットの側面に開口する第2開口と、を有し、かつ封口ユニットの内部を通っていてもよい。第2開口は、補強部材の側面に開口していてもよいし、封口体の側面に開口していてもよいし、両側面にまたがって開口していてもよい。
 第2押圧部は、全周にわたって補強部材の第2上面を押圧していてもよい。この構成によると、内圧上昇時の封口体の変形がより一層抑制され得る。さらに、第2押圧部を形成する際、第2押圧部が全周にわたって補強部材の第2上面に当接するので、第2押圧部を高精度に形成することが容易になる。
 第1通路は、複数設けられていてもよい。第1通路が複数設けられる場合、複数の第1通路は、ケースの周方向において、等間隔に配置されていてもよい。これにより、封口体が非対称に変形することが抑止され、第1通路からなる防爆機構の動作信頼性が高まる。
 以下では、本開示に係る蓄電デバイスの一例について、図面を参照して具体的に説明する。以下で説明する一例の蓄電デバイスの構成要素には、上述した構成要素を適用できる。以下で説明する一例の蓄電デバイスの構成要素は、上述した記載に基づいて変更できる。また、以下で説明する事項を、上記の実施形態に適用してもよい。以下で説明する一例の蓄電デバイスの構成要素のうち、本開示に係る蓄電デバイスに必須ではない構成要素は省略してもよい。なお、以下で示す図は模式的なものであり、実際の部材の形状や数を正確に反映するものではない。
 《実施形態1》
 本開示の実施形態1について説明する。図1および図2に示すように、本実施形態の蓄電デバイス10は、電解コンデンサとして構成されていて、蓄電要素11と、ケース20と、封口ユニット30とを備える。
 蓄電要素11は、捲回体を備える。捲回体は、陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して捲回することで形成されている。陽極箔と陰極箔には、それぞれリードタブ12Aおよび12Bの一方の端部が接続されている。捲回体は、リードタブ12Aおよび12Bを巻き込みながら構成される。リードタブ12Aおよび12Bの他方の端部には、リード線13Aおよび13Bがそれぞれ接続されている。
 ケース20は、有底筒形状で一端に開口部21を有し、かつ蓄電要素11を収容する。本実施形態のケース20は、アルミニウムで構成されるが、これに限定されるものではない。本実施形態のケース20は、有底円筒状になっているが、これに限定されるものではない。ケース20の軸方向長さは、後述の第1押圧部22および第2押圧部23を形成する前の状態において、例えば、60~80mmであってもよい。ケース20の外径は、例えば、16~20mmであってもよい。
 封口ユニット30は、ケース20の開口部21を封止する。封口ユニット30の厚み(ケース20の軸方向における長さ)は、例えば、3~7mmであってもよい。封口ユニット30は、封口体31および補強部材32を有する。封口体31は、ケース20の外側を向く第1上面31aと、ケース20の内側を向く第1下面31bとを含む。補強部材32は、ケース20の外側を向く第2上面32aと、ケース20の内側を向く第2下面32bとを含み、第2下面32bが封口体31の第1上面31aに対向するように配置される。本実施形態では、封口体31の第1上面31aと補強部材32の第2下面32bとが互いに接触している。
 封口体31は、ゴムを主成分とする弾性体で構成される。本実施形態の封口体31は、円板状になっているが、これに限定されるものではない。封口体31の厚みは、例えば、3.0~6.0mmであってもよい。補強部材32は、熱可塑性樹脂(例えば、ポリプロピレン)で構成される。つまり、補強部材32は、封口体31の構成材料よりも弾性率が大きい材料で構成される。本実施形態の補強部材32は、封口体31と直径が等しい円板状になっているが、これに限定されるものではない。補強部材32の厚みは、例えば、1.0~3.0mmであってもよい。
 上記ケース20は、開口部21近傍において、第1押圧部22および第2押圧部23を有する。
 第1押圧部22は、開口部21近傍において、封口体31の第1側面31cを押圧すると共に、ケース20の内側に突出する。第1押圧部22の頂点22aにおける内径は、負荷が印加されていない状態の封口体31の外径よりも小さい。本実施形態の第1押圧部22は、開口部21の一部を縮径する溝入れ加工により形成されるが、これに限定されるものではない。
 第2押圧部23は、第1押圧部22よりもケース20の一端側(すなわち、開口側)に配置され、補強部材32の第2上面32aをケース20の内方に向かって押さえる。換言すると、第2押圧部23は、開口部21近傍において、封口ユニット30の縁部を押圧する。本実施形態の第2押圧部23は、開口部21の一部をカール加工することで形成されるが、これに限定されるものではない。
 上記封口ユニット30は、防爆機構として機能し得る第1通路33を有する。第1通路33は、封口ユニット30のうち補強部材32のみに形成されている。第1通路33は、第2押圧部23よりもケース20の径方向内側で蓄電デバイス10の外部と連通する。第1通路33は、封口ユニット30の側面において、第1押圧部22の最も突出した頂点22aよりも第2上面32a側(開口側)でのみ開口している。第1押圧部22の頂点22aはケース20の気密性を確保する上で重要な部位であり、そこに第1通路33が開口していないことは、当該気密性確保の観点から有利である。
 第1通路33は、補強部材32の第2上面32aに開口するスリット33aで構成される。本実施形態のスリット33aは、補強部材32を厚さ方向に貫通している。スリット33aは、例えば、第2押圧部23の径方向内側端よりも0.2~2.0mmだけ径方向内側に延びていてもよい。スリット33aの幅(ケース20の周方向における長さ)は、例えば、0.2~0.5mmであってもよい。スリット33aは、ケース20の径方向に沿って延びているが、これに限定されるものではない。
 図2に示すように、本実施形態では、スリット33aで構成される第1通路33が4つ設けられているが、第1通路33の数は、3つ以下でも5つ以上でもよい。4つの第1通路33は、ケース20の周方向において、等間隔に(この例では、90°おきに)配置されている。ただし、複数の第1通路33は、等間隔に配置されていなくてもよい。なお、図2では、リードタブ12Aおよび12Bを通すための貫通孔の図示を省略してある。
 開口部21における第1押圧部22の頂点22aよりも開口側の部分は、部分的に封口ユニット30と接触していなくてもよい。すなわち、第1押圧部22の頂点22aよりも開口側において、開口部21の内面と封口ユニット30の側面との間には空隙が存在してもよい。この空隙が存在する場合、上記第1通路33が当該空隙に連通していてもよい。
 ここで、ガスの発生によりケース20の内圧が上昇すると、封口体31はケース20の軸方向においてケース20外へ向かって膨張しようとする。しかし、本実施形態の蓄電デバイス10では、大きな弾性率を有する(すなわち、変形しにくい)補強部材32によって当該軸方向の膨張(あるいは、封口体31の変形)が抑制される。そして、封口体31の膨張が抑制された状態で、ケース20の内圧上昇に伴って、封口体31のうち第1押圧部22に接触している領域にガスの圧力が作用し、当該領域が第1押圧部22から離れる方向に変位する。この変位により、封口体31から第1押圧部22に作用する力(圧縮に対する弾性的な反発力)が弱まる。当該作用力が所定値を下回るまで弱まると、封口体31と第1押圧部22との間をケース20内のガスが通過する。このガスが第1通路33を介してケース20内からケース20外へ逃げることで、蓄電デバイス10の内圧が減少し、安全性が確保される。
 《実施形態2》
 本開示の実施形態2について説明する。本実施形態の蓄電デバイス10は、封口ユニット30の構成が上記実施形態1と異なる。以下、上記実施形態1と異なる点について主に説明する。
 図3および図4に示すように、スリット33aとして構成される第1通路33は、補強部材32を厚さ方向に貫通していない。そして、補強部材32の第2下面32bの外周部は、全周にわたって封口体31の第1上面31aと接触している。第1通路33は、ケース20の周方向に沿って等間隔に(この例では、180°間隔で)2つ設けられている。
 《実施形態3》
 本開示の実施形態3について説明する。本実施形態の蓄電デバイス10は、封口ユニット30の構成が上記実施形態1と異なる。以下、上記実施形態1と異なる点について主に説明する。
 図5および図6に示すように、本実施形態の第1通路33は、封口ユニット30の内部を通っていて、第1開口33bおよび第2開口33cを有する。第1開口33bは、補強部材32の第2上面32aに開口しかつ蓄電デバイス10の外部と連通する。第2開口33cは、封口ユニット30の側面(この例では、補強部材32の側面)に開口する。そして、第2押圧部23は、全周にわたって補強部材32の第2上面32aを押圧している。本実施形態では、第1通路33が1つのみ設けられている。
 本開示の好ましい実施形態について記述したが、この記述によって本開示の範囲が限定されるべきではない。例えば、技術的な矛盾が生じない限り、添付の請求の範囲に記載の複数の請求項から任意に選択される2つ以上の請求項に記載の事項を組み合わせることができる。
 《付記》
 以上の実施形態の記載により、下記の技術が開示される。
 (技術1)
 蓄電要素と、
 前記蓄電要素を収容し、一端に開口部を有する有底筒形状のケースと、
 前記開口部を封止する封口ユニットと、
を備える、蓄電デバイスであって、
 前記封口ユニットは、
  前記ケースの外側を向く第1上面および内側を向く第1下面を含む封口体と、
  前記ケースの外側を向く第2上面および内側を向く第2下面を含み、前記第2下面が前記封口体の前記第1上面に対向するように配置され、かつ前記封口体よりも弾性率が大きい補強部材と、を有し、
 前記ケースは、前記開口部近傍において、
  前記封口体の前記第1上面と前記第1下面とを接続する第1側面を押圧して前記ケースの内側に突出した第1押圧部と、
  前記補強部材の前記第2上面を押圧した第2押圧部と、を有し、
 前記封口ユニットは、前記第2押圧部よりも前記ケースの径方向内側で前記蓄電デバイスの外部と連通すると共に、前記封口ユニットの側面に開口する第1通路を有する、蓄電デバイス。
 (技術2)
 前記第1通路は、前記封口ユニットのうち前記補強部材のみに形成されている、技術1に記載の蓄電デバイス。
 (技術3)
 前記第1通路は、前記補強部材の前記第2上面に開口するスリットを有する、技術1または2に記載の蓄電デバイス。
 (技術4)
 前記スリットは、前記補強部材を厚さ方向に貫通している、技術3に記載の蓄電デバイス。
 (技術5)
 前記スリットは、前記補強部材を厚さ方向に貫通していない、技術3に記載の蓄電デバイス。
 (技術6)
 前記補強部材の前記第2下面の外周部は、全周にわたって前記封口体の前記第1上面と接触している、技術5に記載の蓄電デバイス。
 (技術7)
 前記第1通路は、前記補強部材の前記第2上面に開口しかつ前記外部と連通する第1開口と、前記封口ユニットの側面に開口する第2開口と、を有し、かつ前記封口ユニットの内部を通っている、技術1または2に記載の蓄電デバイス。
 (技術8)
 前記第2押圧部は、全周にわたって前記補強部材の前記第2上面を押圧している、技術7に記載の蓄電デバイス。
 (技術9)
 前記第1通路は、前記封口ユニットの側面において、前記第1押圧部の最も突出した頂点よりも前記第2上面側でのみ開口している、技術1~8のいずれか1つに記載の蓄電デバイス。
 (技術10)
 前記第1通路は、複数設けられている、技術1~9のいずれか1つに記載の蓄電デバイス。
 (技術11)
 複数の前記第1通路は、前記ケースの周方向において、等間隔に配置されている、技術10に記載の蓄電デバイス。
 本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形および改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、すべての変形および改変を包含する、と解釈されるべきものである。
 本開示は、蓄電デバイスに利用できる。
10:蓄電デバイス
 11:蓄電要素
 12A,12B:リードタブ
 13A,13B:リード線
 20:ケース
  21:開口部
   22:第1押圧部
    22a:頂点
   23:第2押圧部
 30:封口ユニット
  31:封口体
   31a:第1上面
   31b:第1下面
   31c:第1側面
  32:補強部材
   32a:第2上面
   32b:第2下面
  33:第1通路
   33a:スリット
   33b:第1開口
   33c:第2開口
 

Claims (11)

  1.  蓄電要素と、
     前記蓄電要素を収容し、一端に開口部を有する有底筒形状のケースと、
     前記開口部を封止する封口ユニットと、
    を備える、蓄電デバイスであって、
     前記封口ユニットは、
      前記ケースの外側を向く第1上面および内側を向く第1下面を含む封口体と、
      前記ケースの外側を向く第2上面および内側を向く第2下面を含み、前記第2下面が前記封口体の前記第1上面に対向するように配置され、かつ前記封口体よりも弾性率が大きい補強部材と、を有し、
     前記ケースは、前記開口部近傍において、
      前記封口体の前記第1上面と前記第1下面とを接続する第1側面を押圧して前記ケースの内側に突出した第1押圧部と、
      前記補強部材の前記第2上面を押圧した第2押圧部と、を有し、
     前記封口ユニットは、前記第2押圧部よりも前記ケースの径方向内側で前記蓄電デバイスの外部と連通すると共に、前記封口ユニットの側面に開口する第1通路を有する、蓄電デバイス。
  2.  前記第1通路は、前記封口ユニットのうち前記補強部材のみに形成されている、請求項1に記載の蓄電デバイス。
  3.  前記第1通路は、前記補強部材の前記第2上面に開口するスリットを有する、請求項1または2に記載の蓄電デバイス。
  4.  前記スリットは、前記補強部材を厚さ方向に貫通している、請求項3に記載の蓄電デバイス。
  5.  前記スリットは、前記補強部材を厚さ方向に貫通していない、請求項3に記載の蓄電デバイス。
  6.  前記補強部材の前記第2下面の外周部は、全周にわたって前記封口体の前記第1上面と接触している、請求項5に記載の蓄電デバイス。
  7.  前記第1通路は、前記補強部材の前記第2上面に開口しかつ前記外部と連通する第1開口と、前記封口ユニットの側面に開口する第2開口と、を有し、かつ前記封口ユニットの内部を通っている、請求項1または2に記載の蓄電デバイス。
  8.  前記第2押圧部は、全周にわたって前記補強部材の前記第2上面を押圧している、請求項7に記載の蓄電デバイス。
  9.  前記第1通路は、前記封口ユニットの側面において、前記第1押圧部の最も突出した頂点よりも前記第2上面側でのみ開口している、請求項1または2に記載の蓄電デバイス。
  10.  前記第1通路は、複数設けられている、請求項1または2に記載の蓄電デバイス。
  11.  複数の前記第1通路は、前記ケースの周方向において、等間隔に配置されている、請求項10に記載の蓄電デバイス。
     
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