JP6808925B2 - 蓄電素子および蓄電素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、セパレータと極板とを有する電極体を備える蓄電素子に関する。

従来、電気自動車（ＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの動力源として、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子が用いられている。このような蓄電素子は、一般的に、電極体及び電極体に接続された集電体等を備えている。

蓄電素子が備える電極体は、例えば、正極板及び負極板の間にセパレータが挟み込まれるように層状に配置されたものが巻き回されて形成されている。このように、正極板と負極板とが対向して配置された構造を有する電極体内に、例えば金属片または金属粉などの導電性の異物（コンタミネーション）が進入した場合、微短絡等の不具合が生じる可能性がある。

例えば特許文献１に開示された蓄電素子では、端部が超音波溶着によって接合されたことで袋状になった２枚のセパレータに、正極部材の塗工部を含む部分が収納された状態で、正極部材が、負極部材に積層されている。そのため、負極部材の金属層を集電体に超音波溶接する場合などに生ずるコンタミネーションが、２枚のセパレータ間に進入して、正極部材に接触することを防ぐことができる。

特開２０１４−２０７２０５号公報

上記従来の技術のように、電極体を製造する工程において、２枚のセパレータの端部を超音波溶着等によって接合した場合、２枚のセパレータの一方の端部は、他方の端部に拘束される。このように、２枚のセパレータが互いに拘束し合う状態で、電極体を製造した場合、電極体の形状に歪みが生じる場合がある。その結果、例えば、電極体の端部の、正極板または負極板の活物質未塗工部が積層された部分にずれが生じることがある。このことは、例えば、当該端部と集電体との接合強度または接合精度の低下を招き得る。

本発明は、上記従来の課題を考慮し、信頼性の高い蓄電素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電素子は、電極体を備える蓄電素子であって、前記電極体は、第一セパレータ及び第二セパレータと、前記第一セパレータ及び前記第二セパレータの間に配置された極板と、前記第一セパレータの、前記第二セパレータと対向する面の端縁に沿って設けられ、前記第二セパレータの方向に突出する帯状部とを有する。

この構成によれば、第一セパレータの端縁と第二セパレータの端縁との隙間の少なくとも一部が、第一セパレータの端縁に設けられた帯状部によって埋められる。これにより、当該隙間からの、微小な金属片等の異物の進入が抑制される。そのため、例えば、異物が極板に接触することに起因する不具合（例えば、微短絡）の発生が抑制される。

また、帯状部は第一セパレータに設けられるため、例えば、第一セパレータ、極板、及び、第二セパレータが積層された電極体の製造工程において、これらの積層を行う際に、帯状部と第二セパレータとの接着または溶着等の作業の必要はない。言い換えると、当該積層等の作業が行われる際に、第二セパレータの端縁は、帯状部に実質的に拘束されない。そのため、第一セパレータの端縁と第二セパレータの端縁とが互いを拘束し合う状態で電極体が形成されることによる、電極体の形状の歪み等の発生が抑制される。つまり、電極体は精度よく形成される。これにより、高い信頼性を有する蓄電素子が実現される。

また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記帯状部は、前記第一セパレータの前記端縁に沿って貼付された片面テープによって形成されているとしてもよい。

この構成によれば、帯状部を、片面に接着力を有するテープ（片面テープ）で実現することができる。つまり、異物の進入を抑制する効果を奏する帯状部を、比較的に容易に第一セパレータに設けることができる。

また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記片面テープは、多孔質の材料で形成された基材と、前記基材の前記第一セパレータ側の面に配置された接着材とを有する。

この構成によれば、片面テープの基材が多孔質であるため、例えば、片面テープ（帯状部）に電解液が染み込みやすい。つまり、帯状部は、電極体の内部への異物の進入を抑制しつつ、電解液の進入を許容することができる。また、電解液が片面テープの基材に染み込むことにより、電極体の製造後において、帯状部の少なくとも一部が、第二セパレータと接着される。これにより、帯状部による、異物の進入抑制効果がより向上される。

また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記帯状部の、前記第一セパレータの前記面からの高さは、前記極板の厚みよりも小さいとしてもよい。

この構成によれば、例えば、帯状部の厚みが大きすぎることによる、電極体の形状の歪み等を生じさせずに、電極体の内部への異物の進入を抑制することができる。

また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記電極体は、前記第一セパレータ、前記極板、及び、前記第二セパレータが巻回されることで形成された巻回型の電極体であるとしてもよい。

この構成によれば、電極体の巻回軸方向の端部において存在する、巻回軸と交差する方向に並ぶ第一セパレータの端縁と第二セパレータの端縁との隙間から、電極体の内部への異物の進入が抑制される。また、第一セパレータ等の構成要素を巻回する際に、第二セパレータは帯状部に拘束されないため、例えば、周長差に起因する第一セパレータまたは第二セパレータの端縁の皺の発生が抑制される。

また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記帯状部の伸縮性は、前記第一セパレータ及び前記第二セパレータの伸縮性よりも高いとしてもよい。

この構成によれば、帯状部は、例えば巻回されることで生じる圧縮応力または引っ張り応力に応じて変形しやすい。そのため、例えば、周長差に起因する第一セパレータの端縁の皺の発生が抑制される。

また、本発明の一態様に係る蓄電素子は、電極体を備える蓄電素子であって、前記電極体は、第一セパレータ及び第二セパレータと、前記第一セパレータ及び前記第二セパレータの間に配置された極板と、前記第一セパレータ及び前記第二セパレータの、互いに対向する端部の間に配置された帯状部とを有し、前記帯状部の、前記第一セパレータ側の接着力は、前記第二セパレータ側の接着力よりも大きいとしてもよい。

この構成によれば、第一セパレータの端縁と第二セパレータの端縁との隙間の少なくとも一部が、第一セパレータの端縁に設けられた帯状部によって埋められる。これにより、当該隙間からの、微小な金属片等の異物の進入が抑制される。そのため、例えば、異物が極板に接触することに起因する不具合（例えば、微短絡）の発生が抑制される。

また、帯状部の、第一セパレータ側の接着力は、第二セパレータ側の接着力より大きいため、例えば、帯状部が第一セパレータに固定された状態で、第一セパレータ、極板、及び、第二セパレータの積層等の作業を行うことができる。これにより、例えば、当該積層等の作業を効率よく行うことができる。

また、本発明の一態様に係る蓄電素子の製造方法は、第一セパレータ及び第二セパレータと、前記第一セパレータ及び前記第二セパレータの間に配置された極板とを有する電極体を備える蓄電素子の製造方法であって、前記第一セパレータの端縁に沿って片面テープを貼付する貼付工程と、前記片面テープが貼付された前記第一セパレータ、前記極板、及び、前記第二セパレータを積層する積層工程とを含む。

この製造方法によれば、異物の電極体の内部への進入を抑制する片面テープを備える蓄電素子を製造することができる。また、片面テープは第一セパレータに貼付される。そのため、第一セパレータ、極板、及び、第二セパレータの積層等の作業を行う際に、片面テープは第一セパレータに固定され、かつ、第二セパレータの端縁は、片面テープに実質的に拘束されない。そのため、第一セパレータの端縁と第二セパレータの端縁とが互いを拘束し合う状態で電極体が形成されることによる、電極体の形状の歪み等の発生が抑制される。つまり、電極体は精度よく形成される。このように、本態様に係る蓄電素子の製造方法によれば、信頼性の高い蓄電素子を製造することができる。

また、本発明の一態様に係る蓄電素子の製造方法はさらに、前記積層工程において積層された前記第一セパレータ、前記極板、及び、前記第二セパレータを巻回する巻回工程を含むとしてもよい。

この製造方法によれば、巻回型の電極体であって、内部への異物の進入を抑制する片面テープを有する電極体を備える蓄電素子を製造することができる。また、第一セパレータ等の構成要素を巻回する際に、第二セパレータは片面テープに拘束されないため、例えば、周長差に起因する第二セパレータの端縁の皺の発生が抑制される。つまり、巻回型の電極体が精度よく形成される。

本発明によれば、信頼性の高い蓄電素子を提供することができる。

実施の形態に係る蓄電素子の外観を模式的に示す斜視図である。 実施の形態に係る蓄電素子の容器の容器本体を分離して蓄電素子が備える各構成要素を示す斜視図である。 実施の形態に係る蓄電素子の分解斜視図である。 実施の形態に係る電極体の構成概要を示す斜視図である。 実施の形態に係る帯状部の配置位置を示す部分拡大図である。 図５におけるＶＩ−ＶＩ断面の概要を示す断面図である。 実施の形態に係る電極体の製造工程を示す図である。 多孔質の材料で形成された基材を有する片面テープの効果を説明するための断面図である。 実施の形態に係る帯状部の厚みと正極板の厚みとの関係を示す図である。 実施の形態の変形例１に係る帯状部の断面形状の一例を示す図である。 実施の形態の変形例２に係る電極体の製造工程を示す図である。 実施の形態の変形例２に係る電極体の一部を示す断面図である。 実施の形態の変形例３に係る電極体の一部を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る蓄電素子について説明する。なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。

また、以下で説明する実施の形態及びその変形例のそれぞれは、本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態及びその変形例で示される形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、製造工程の順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態及びその変形例における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、以下の説明及び図面中において、蓄電素子の上下方向をＺ軸方向と定義する。つまり、Ｚ軸方向は、集電体の脚部が延びる方向、または、容器の短側面の長手方向として定義できる。

また、２つの電極体の並び方向をＹ軸方向と定義する。つまり、Ｙ軸方向は、容器の長側面の対向方向、容器の短側面の短手方向、または、容器の厚さ方向として定義できる。また、Ｚ軸方向及びＹ軸方向と交差する方向をＸ軸方向と定義する。つまり、Ｘ軸方向は蓄電素子の電極体の巻回軸方向、集電体もしくは電極端子の並び方向、または、容器の短側面の対向方向として定義できる。

なお、Ｚ軸方向を上下方向としているが、この上下方向は、鉛直方向と平行であってもよく、平行でなくてもよい。つまり、蓄電素子の使用時における姿勢に特に限定はない。

（実施の形態）
まず、実施の形態に係る蓄電素子１０の構成について説明する。図１は、実施の形態に係る蓄電素子１０の外観を模式的に示す斜視図である。図２は、実施の形態に係る蓄電素子１０の容器１００の容器本体１１１を分離して蓄電素子１０が備える各構成要素を示す斜視図である。図３は、実施の形態に係る蓄電素子１０の分解斜視図である。

本実施の形態に係る蓄電素子１０は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる二次電池であり、例えば、非水電解質二次電池である。非水電解質二次電池としては、例えば、正極活物質がコバルト酸リチウムなどのリチウム遷移金属酸化物であり、負極活物質が炭素材料であるリチウムイオン二次電池を挙げることができる。なお、蓄電素子１０の種類は、非水電解質二次電池には限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよく、また、一次電池であってもよい。また、蓄電素子１０は、リチウムイオンキャパシタ等のキャパシタであってもよい。

図１〜図３に示すように、蓄電素子１０は、容器１００と、正極端子２００と、負極端子３００とを備えている。また、容器１００の外方に上部絶縁部材１２５、１３５が配置されている。さらに、容器１００内方には、下部絶縁部材１２０、１３０と、正極集電体１４０と、負極集電体１５０と、２つの電極体４００とが収容されている。

また、蓄電素子１０の容器１００の内部には電解液（非水電解液）などの液体が封入されているが、当該液体の図示は省略する。なお、容器１００に封入される電解液としては、蓄電素子１０の性能を損なうものでなければその種類に特に制限はなく様々なものを選択することができる。

容器１００は、矩形筒状で底を備える容器本体１１１と、容器本体１１１の開口を閉塞する板状部材である蓋体１１０とで構成されている。また、容器１００は、２つの電極体４００等を内部に収容後、蓋体１１０と容器本体１１１とが溶接等されることにより、内部空間を密閉する構造を有している。なお、蓋体１１０及び容器本体１１１の材質は、特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金など溶接可能な金属であるのが好ましい。

２つの電極体４００は、並列に配置される２つの発電要素であり、ともに、正極集電体１４０及び負極集電体１５０と電気的に接続される。本実施の形態では、２つの電極体４００は、図２及び図３に示すように絶縁フィルム１７０が周囲に巻きつけられて束ねられている。絶縁フィルム１７０は、長方形状のシート状の樹脂製の部材であり、２つの電極体４００に巻きつけられて、巻き終わり部分を絶縁テープなどにより留められることで、固定される。電極体４００の詳細については図４〜図９を用いて後述する。

正極集電体１４０は、２つの電極体４００の正極側に配置され、正極端子２００と２つの電極体４００の正極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。具体的には、正極集電体１４０は、２つの電極体４００の正極側端部に溶接等によって接合されることで、２つの電極体４００の正極と接続される。また、正極集電体１４０には、開口部１４０ａが形成されており、開口部１４０ａに、後述する正極端子２００の接続部２１０が挿入されてかしめられることで、正極集電体１４０と正極端子２００とが接続される。

負極集電体１５０は、２つの電極体４００の負極側に配置され、負極端子３００と２つの電極体４００の負極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。具体的には、負極集電体１５０は、２つの電極体４００の負極側端部に溶接等によって接合されることで、２つの電極体４００の負極と接続される。また、負極集電体１５０には、開口部１５０ａが形成されており、開口部１５０ａに、後述する負極端子３００の接続部３１０が挿入されてかしめられることで、負極集電体１５０と負極端子３００とが接続される。

下部絶縁部材１２０及び上部絶縁部材１２５は、容器１００の蓋体１１０に固定され、正極集電体１４０と容器１００とを絶縁する絶縁性の樹脂などで形成されたパッキンである。なお、下部絶縁部材１２０には、後述する正極端子２００の接続部２１０が挿入される開口部１２０ａが形成されており、上部絶縁部材１２５には、接続部２１０が挿入される開口部１２５ａが形成されている。

下部絶縁部材１３０及び上部絶縁部材１３５は、容器１００の蓋体１１０に固定され、負極集電体１５０と容器１００とを絶縁する絶縁性の樹脂などで形成されたパッキンである。なお、下部絶縁部材１３０には、後述する負極端子３００の接続部３１０が挿入される開口部１３０ａが形成されており、上部絶縁部材１３５には、接続部３１０が挿入される開口部１２５ａが形成されている。

正極端子２００は、２つの電極体４００の正極に電気的に接続された電極端子であり、負極端子３００は、２つの電極体４００の負極に電気的に接続された電極端子である。正極端子２００及び負極端子３００は、２つの電極体４００の上方に配置された蓋体１１０に取り付けられている。

正極端子２００には、図３に示すように、正極端子２００と正極集電体１４０とを電気的に接続する接続部２１０が設けられている。接続部２１０は、正極集電体１４０の開口部１４０ａに挿入されて、正極集電体１４０に接続される部材であり、例えばリベットである。つまり、接続部２１０は、上部絶縁部材１２５の開口部１２５ａと、蓋体１１０の貫通孔１１０ａと、下部絶縁部材１２０の開口部１２０ａと、正極集電体１４０の開口部１４０ａとに挿入されて、かしめられる。これにより、正極端子２００は、上部絶縁部材１２５、下部絶縁部材１２０、及び正極集電体１４０とともに蓋体１１０に固定される。

また同様に、負極端子３００には、負極端子３００と負極集電体１５０とを電気的に接続する接続部３１０が設けられている。接続部３１０は、負極集電体１５０の開口部１５０ａに挿入されて、負極集電体１５０に接続される部材であり、例えばリベットである。つまり、接続部３１０は、上部絶縁部材１３５の開口部１３５ａと、蓋体１１０の貫通孔１１０ｂと、下部絶縁部材１３０の開口部１３０ａと、負極集電体１５０の開口部１５０ａとに挿入されて、かしめられる。これにより、負極端子３００は、上部絶縁部材１３５、下部絶縁部材１３０、及び負極集電体１５０とともに蓋体１１０に固定される。

次に、以上のように構成された蓄電素子１０が備える電極体４００の構成等について、図４〜図９を用いて説明する。

図４は、実施の形態に係る電極体４００の構成概要を示す斜視図である。なお、図４では、積層されて巻回された極板等の要素を一部展開して図示している。また、図において符号Ｗが付された一点鎖線は、電極体４００の巻回軸を表している。巻回軸Ｗは、極板等を巻回する際の中心軸となる仮想的な軸であり、本実施の形態では、電極体４００の中心を通るＸ軸に平行な直線である。

電極体４００は、極板とセパレータとを有する電極体の一例である。本実施の形態では、図４に示すように、電極体４００は、２種類の極板である正極板４１０及び負極板４２０と、セパレータ４３０または４５０とが積層されかつ巻回されることで形成されている。

より詳細には、電極体４００は、セパレータ４５０と、負極板４２０と、セパレータ４３０と、正極板４１０とがこの順に積層され、かつ、巻回されることで形成されている。また、図４に示すように、電極体４００は、巻回軸Ｗの方向と直交する方向（本実施の形態ではＹ軸方向）に扁平な形状である。つまり、電極体４００は、巻回軸Ｗの方向から見た場合に、全体として長円形状であり、長円形状の直線部分が平坦な形状となり、長円形状の曲線部分が湾曲した形状となる。このため、電極体４００は、対向する一対の扁平部（巻回軸Ｗを挟んでＹ軸方向で対向する部分）と、対向する一対の湾曲部（巻回軸Ｗを挟んでＺ軸方向で対向する部分）とを有している。

正極板４１０は、アルミニウムからなる長尺帯状の金属箔（正極基材層４１１）の表面に、正極活物質を含む正極合剤層４１２が形成されたものである。負極板４２０は、銅からなる長尺帯状の金属箔（負極基材層４２１）の表面に、負極活物質を含む負極合剤層４２２が形成されたものである。

なお、正極合剤層４１２に用いられる正極活物質、または負極合剤層４２２に用いられる負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質または負極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。また、セパレータ４３０及び４５０としては、例えば樹脂からなる微多孔性のシートが採用される。

このように構成された電極体４００において、より具体的には、正極板４１０と負極板４２０とは、セパレータ４３０または４５０を介し、巻回軸Ｗの方向に互いにずらして巻回されている。そして、正極板４１０及び負極板４２０は、それぞれのずらされた方向の端部に、活物質が塗工されていない部分である未塗工部を有する。

具体的には、正極板４１０は、巻回軸Ｗの方向の一端（図４ではＸ軸方向プラス側の端部）に、正極活物質が塗工されていない未塗工部４１１ａを有している。また、負極板４２０は、巻回軸Ｗの方向の他端（図４ではＸ軸方向マイナス側の端部）に、負極活物質が塗工されていない未塗工部４２１ａを有している。

つまり、正極板４１０の露出した金属箔（未塗工部４１１ａ）の層によって正極側端部が形成され、負極板４２０の露出した金属箔（未塗工部４２１ａ）の層によって負極側端部が形成されている。正極側端部は正極集電体１４０と接合され、負極側端部は負極集電体１５０と接合される。これら接合の手法としては、例えば超音波溶接が採用される。

なお、蓄電素子１０が備える電極体４００の数は２には限定されず、１でもよく、また３以上でもよい。

以上のように構成された電極体４００はさらに、セパレータ４３０の端縁に沿って設けられた帯状部４３５を有する。具体的には、図４において、セパレータ４３０の上面は、セパレータ４５０、負極板４２０、セパレータ４３０、及び正極板４１０からなる積層体が巻回された場合に、セパレータ４５０と対向する面である。この面（図４におけるセパレータ４３０の上面）の端縁に沿って、セパレータ４３０の長手方向に帯状部４３５が設けられている。なお、この場合、セパレータ４３０は第一セパレータの一例であり、セパレータ４５０は第二セパレータの一例である。また、帯状部４３５の横幅（図４におけるＸ軸方向の幅）は、例えば、０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度である。

帯状部４３５は、微小な金属片等の異物が、セパレータ４３０及びセパレータ４５０の端部の隙間から電極体４００の内部に進入することを抑制する部材として機能する。

図５は、実施の形態に係る帯状部４３５の配置位置を示す部分拡大図であり、図６は、図５におけるＶＩ−ＶＩ断面の概要を示す断面図である。なお、図５及び図６では、一組の、セパレータ４５０、負極板４２０、セパレータ４３０、及び正極板４１０からなる積層体の構造を図示している。また、図５では、帯状部４３５の配置位置を分かり易く示すように、セパレータ４５０を、正極板４１０から離隔させて図示している。

図５及び図６に示すように、電極体４００は、帯状部４３５を有する。帯状部４３５は、セパレータ４３０の、セパレータ４５０と対向する面の端縁に沿って設けられ、セパレータ４５０の方向に突出する。帯状部４３５は、例えば、伸縮性、可撓性及び電気絶縁性を有する材料で形成された帯状の部材である。

つまり、セパレータ４３０の端縁とセパレータ４５０の端縁との隙間の少なくとも一部が帯状部４３５によって埋められるため、当該隙間からの、異物の進入が抑制される。具体的には、本実施の形態では、図６に示すように、セパレータ４３０の端縁とセパレータ４５０の端縁との隙間であって、負極板４２０の未塗工部４２１ａ側の隙間に、帯状部４３５が配置される。そのため、例えば、電極体４００と負極集電体１５０（図３参照）との接合の際に、未塗工部４２１ａの一部が剥がれることで、金属片（異物）が生じた場合、その異物が、当該隙間を介して正極板４１０に到達することが防がれる。

ここで、電極体４００の正極板４１０に、異物である微小な金属片が接触した場合、当該金属が正極電位でイオン化することがある。この場合、イオン化した金属が、近くの負極板４２０に到達した際に、金属が析出してデンドライトを形成し、このデンドライトが、セパレータ４３０を貫いて正極板４１０と負極板４２０との間の微短絡を発生させる可能性がある。しかしながら、本実施の形態では、上述のように、例えば電極体４００と負極集電体１５０との接合工程において発生した異物の移動は、帯状部４３５によって抑制される。そのため、上記微短絡等の不具合の発生の可能性は低減される。

また、帯状部４３５は、セパレータ４３０に設けられるため、例えば、電極体の製造工程において、セパレータ４５０、負極板４２０、セパレータ４３０、及び、正極板４１０をこの順に繰り返して積層する際に、帯状部４３５とセパレータ４５０との接着または溶着等の作業の必要はない。言い換えると、当該積層等の作業が行われる際に、帯状部４３５は、セパレータ４３０に固定され、かつ、セパレータ４５０の端縁は、帯状部４３５に実質的に拘束されない。そのため、セパレータ４３０の端縁とセパレータ４５０の端縁とが互いを拘束し合う状態で電極体４００が形成されることによる、電極体４００の形状の歪み等の発生が抑制される。つまり、電極体４００は精度よく形成される。これにより、高い信頼性を有する蓄電素子１０が実現される。

また、本実施の形態では、帯状部４３５は、セパレータ４３０の端縁に沿って貼付された片面テープによって形成されている。この構成によれば、異物の進入を抑制する効果を奏する帯状部４３５を、比較的に容易にセパレータ４３０に設けることができる。

具体的には、帯状部４３５は、図６に示すように、帯状部４３５の本体である基材４３５ａと、基材４３５ａのセパレータ４３０側の面に配置された接着材４３５ｂとによって構成されている。つまり、本実施の形態では、基材４３５ａの厚み方向（図６におけるＹ軸方向）の両面のうちの一方の面のみに接着材４３５ｂが配置された片面テープによって、帯状部４３５が形成されている。

そのため、電極体４００の製造工程において、片面テープである帯状部４３５は、自身が有する接着力によって、セパレータ４３０に固定され、かつ、セパレータ４５０の端縁は、帯状部４３５の外面（接着材４３５ｂが配置されていない側の面）と滑り合うことができる。そのため、電極体４００の形状の歪み等の発生が抑制され、これにより、電極体４００は精度よく形成される。

例えば図７に模式的に示される工程により、帯状部４３５を有する電極体４００が製造される。図７は、実施の形態に係る電極体４００の製造工程を示す図である。なお、図７では、巻回される各要素を識別しやすいように、正極板４１０及び負極板４２０を実線で表し、セパレータ４３０及び４５０を破線で表し、片面テープである帯状部４３５を点線で表している。また、巻回装置７３０については、矩形の破線によって配置位置が示されている。これらの事項については、後述する図１１についても同じである。

本実施の形態に係る蓄電素子１０の製造方法は、例えば図７に示される電極体４００の製造工程を含んでいる。すなわち、本実施の形態に係る蓄電素子１０は、セパレータ４３０の端縁に沿って帯状部４３５（片面テープ）を貼付する貼付工程と、片面テープが貼付されたセパレータ４３０、正極板４１０、負極板４２０、及び、セパレータ４５０を積層する積層工程とを含む。例えば、図７において、第一ローラユニット７１０によって貼付工程が実行されており、第二ローラユニット７２０によって積層工程が実行されている、と説明することができる。

この製造方法によれば、異物の電極体４００の内部への進入を抑制する帯状部４３５であって、片面テープによって形成された帯状部４３５を備える蓄電素子１０を製造することができる。

また、本実施の形態に係る蓄電素子１０はさらに、積層工程において積層された正極板４１０、セパレータ４３０、負極板４２０、及び、セパレータ４５０を巻回する巻回工程を含む。これにより、巻回型の電極体４００であって、内部への異物の進入を抑制する帯状部４３５を有する電極体を備える蓄電素子を製造することができる。

具体的には、本実施の形態では、下から順に、セパレータ４５０、負極板４２０、セパレータ４３０及び正極板４１０が重ねられた状態で、巻回装置７３０によって巻回されることで、電極体４００が製造される。つまり、巻回装置７３０によって巻回工程が実行されている。

より詳細には、セパレータ４３０等を含む積層体が、巻回装置７３０によって巻回されるよりも前に、第一ローラユニット７１０によって、セパレータ４３０の端縁に、片面テープである帯状部４３５が貼付される。また、第二ローラユニット７２０によって、セパレータ４５０、負極板４２０、帯状部４３５が貼付されたセパレータ４３０、及び、正極板４１０が、厚み方向（図７におけるＹ軸方向）でまとめられ、巻回装置７３０によって巻回される。

すなわち、本実施の形態では、帯状部４３５が貼付されたセパレータ４３０が、巻回装置７３０によって巻回される。その結果、セパレータ４３０と、正極板４１０と、巻回装置７３０において巻回されている部分の最外周に位置するセパレータ４５０と、負極板４２０とが、この順に積層される。つまり、図５及び図６に示される順で積層された、負極板４２０、セパレータ４３０、正極板４１０、及び、セパレータ４５０からなる積層体が形成される。

そのため、巻回装置７３０を用いてセパレータ４３０等を巻回する巻回工程が、負極板４２０、片面テープ（帯状部４３５）が貼付されたセパレータ４３０、正極板４１０、及び、セパレータ４５０をこの順で積層する積層工程を兼ねている、ということもできる。すなわちこの場合、当該積層工程が、巻回装置７３０によって実行されている、と説明することができる。

なお、正極板４１０と負極板４２０との間に、セパレータ４３０または４５０が挟まれた状態で電極体４００が形成されるのであれば、巻回される前における、正極板４１０、負極板４２０、セパレータ４３０及びセパレータ４３０の重なり順に限定はない。

例えば、図７に示す第二ローラユニット７２０を通過する時点において、片面テープ（帯状部４３５）が貼付されたセパレータ４３０、正極板４１０、セパレータ４５０、及び負極板４２０がこの順に積層されてもよい。

また、電極体４００の製造工程において、第二ローラユニット７２０は必須ではなく、セパレータ４３０等が巻回される前の時点において、セパレータ４３０への片面テープ（帯状部４３５）の貼付が行われていればよい。例えば、図７において、第二ローラユニット７２０が配置されていなくてもよい。

このように、本実施の形態では、巻回型の電極体４００の製造工程において、セパレータ４３０及び正極板４１０等を巻回しながら、セパレータ４３０への片面テープの貼付、つまり、帯状部４３５の形成を行っている。つまり、電極体４００の製造効率を低下させない態様で、帯状部４３５の形成が行われている。

また、本実施の形態に係る蓄電素子１０の製造方法によれば、セパレータ４３０の端縁とセパレータ４５０の端縁とを溶着する場合、及び、これら端縁を両面テープ等によって接着する場合と比較すると、電極体４００を精度よく形成することができる。

具体的には、仮に、セパレータ４３０の端縁とセパレータ４５０の端縁とを溶着した場合を想定すると、以下のような問題が生じる。すなわちこの場合、これら端縁の隙間を、これら端縁の延在方向のほぼ全域に渡って埋めることができる。しかしその一方で、セパレータ４３０及びセパレータ４５０が巻回された場合に、セパレータ４３０及びセパレータ４５０の周長差により、これら端縁の一方が他方に引っ張られる状態となる。その結果、セパレータ４５０、負極板４２０、セパレータ４３０、及び、正極板４１０からなる積層体を巻回していくうちに、これらセパレータ４５０等の、巻回軸Ｗの方向へのずれが生じる。これにより、例えば、本来的には端縁が揃った位置に並ぶべき未塗工部（未塗工部４１１ａ及び未塗工部４２１ａのそれぞれ（図４参照））が、ずれた状態となる。このことは、例えば、電極体４００と正極集電体１４０または負極集電体１５０との接合強度または接合精度の低下の要因となる。

また、仮に、セパレータ４３０の端縁及びセパレータ４５０の端縁を、両面テープで接着した場合を想定すると、以下のような問題が生じる。すなわちこの場合、セパレータ４３０及びセパレータ４５０が巻回されることで、セパレータ４３０及びセパレータ４５０の周長差により、これら端縁の一方が他方に引っ張られる状態となる。その結果、例えば、極率半径が小さい部分である湾曲部において、両面テープと、セパレータ４３０またはセパレータ４５０との剥離が生じ、かつ、セパレータ４３０またはセパレータ４５０に皺が発生することで、比較的に大きな隙間が生じる場合がある。つまり、セパレータ４３０の端縁及びセパレータ４５０の端縁の延在方向の一部において、異物が進入しやすい部分が形成される場合がある。

しかしながら、本実施の形態に係る蓄電素子１０の製造方法によれば、電極体４００の製造工程において、帯状部４３５である片面テープは、セパレータ４３０に固定され、かつ、セパレータ４５０とは滑り合うことができる。そのため、例えば、セパレータ４３０の端縁とセパレータ４５０の端縁とを溶着する場合、及び、これら端縁を両面テープ等によって接着する場合と比較すると、周長差に起因するセパレータ４３０またはセパレータ４５０の端縁の皺の発生が抑制される。すなわち、本実施の形態に係る蓄電素子１０の製造方法によれば、電極体４００の形状の変形が抑制される。つまり、巻回型の電極体４００は精度よく形成される。

また、本実施の形態では、帯状部４３５である片面テープの基材は、多孔質の材料で形成されている。図８は、多孔質の材料で形成された基材４３５ａを有する片面テープ（帯状部４３５）の効果を説明するための断面図である。

本実施の形態に係る帯状部４３５が有する基材４３５ａは、例えば、不織布、クラフト紙、または発泡成形された樹脂等の、多孔質の材料によって形成されている。そのため、例えば、帯状部４３５に電解液が染み込みやすい。つまり、帯状部４３５は、電極体４００の内部への異物の進入を抑制しつつ、電解液の進入を許容することができる。

また、電解液が帯状部４３５の基材４３５ａに染み込むことにより、帯状部４３５の少なくとも一部がセパレータ４５０と接着されるようになる。この帯状部４３５とセパレータ４５０との接着のメカニズムについては、未だ十分に明らかにはなっていないが、本発明者は以下のように推察している。

例えば、図８に模式的に示されるように、接着材４３５ｂの一部が、電解液で溶かされることで、基材４３５ａを透過してセパレータ４５０側の面に現れ、接着層４３５ｃが形成される部分が生じる。これにより、帯状部４３５の少なくとも一部がセパレータ４５０と接着される。つまり、帯状部４３５による、異物の進入を抑制する効果がより向上される。なお、この接着は、電極体４００の製造後に生じるため、セパレータ４５０の端縁が、セパレータ４３０に設けられた帯状部４３５に拘束された状態で電極体４００の製造が行われることによる、電極体４００の形状の歪み等の問題は生じない。

また、図８に示すように、帯状部４３５の厚み方向の両面に接着力がある場合、電極体４００は、以下のように説明することもできる。すなわち、電極体４００は、セパレータ４３０及びセパレータ４５０と、セパレータ４３０及びセパレータ４５０の間に配置された正極板４１０と、セパレータ４３０及びセパレータ４５０の、互いに対向する端部の間に配置された帯状部４３５とを有する。この電極体４００において、帯状部４３５の、セパレータ４３０側の接着力は、セパレータ４５０側の接着力よりも大きい。

また、基材４３５ａが多孔質の材料で形成されていることにより、例えば、帯状部４３５の伸縮性が向上される。その結果、帯状部４３５は、巻回されることで生じる圧縮応力または引っ張り応力に応じて変形しやすくなる。そのため、帯状部４３５は、例えばセパレータ４３０とともに巻回される場合におけるセパレータ４３０への追従性が向上され、このことは、電極体４００の形状の歪みの抑制に寄与する。また、例えば、帯状部４３５が、セパレータ４３０の端縁とセパレータ４５０の端縁との隙間の形状に沿って変形し易くなるため、当該隙間全体における、帯状部４３５によって埋められる割合を増加させる効果も発揮される。つまり、帯状部４３５による異物の進入抑制効果が向上される。なお、この効果は、帯状部４３５の伸縮性が、セパレータ４３０及びセパレータ４５０の伸縮性よりも高い場合に顕著となる。

また、本実施の形態では、帯状部４３５の厚みは正極板４１０の厚みよりも小さい。図９は、実施の形態に係る帯状部４３５の厚みと正極板４１０の厚みとの関係を示す図である。すなわち、セパレータ４３０の、セパレータ４５０と対向する面の端縁に沿って設けられに帯状部４３５の、当該面からの高さ（帯状部４３５の厚みＨａ）は、正極板４１０の厚みＨｂよりも小さい。具体的には、帯状部４３５の厚みＨａは、例えば５０〜２００μｍ程度であり、正極板４１０の厚みＨｂは、例えば、１００〜２５０μｍ程度であり、かつＨａ＜Ｈｂである。

これにより、例えば、帯状部４３５の厚みが大きすぎることによる、電極体４００の形状の歪み等を生じさせずに、電極体４００の内部への異物の進入を抑制することができる。つまり、帯状部４３５による異物の進入抑制効果を実質的に損なわない程度に帯状部４３５を薄くすることで、帯状部４３５を含む積層体が巻回される場合における、帯状部４３５によって生じるストレスを軽減させることができる。

ここで、本願発明者らは、以上のように構成された蓄電素子１０における帯状部４３５の実効性を確認するための実験を行った。具体的には、容器本体１１１の内部に、厚みが１０μｍ程度であって、縦幅及び横幅が３００μｍ程度の、銅（Ｃｕ）の微小金属片を、約２０個投入し、容器本体１１１の開口を蓋体１１０で封止した。つまり、負極基材層４２１の一部が剥離することで生じる程度のサイズの異物を複数用意し、これら異物を蓄電素子１０の製造工程において容器１００内に封入した。このようにして、予め異物を封入させた蓄電素子１０を２つ（蓄電素子Ａ及びＢとする）用意し、それぞれ揺することで異物を流動させ、その後、負極が上向きとなる姿勢で２週間放置した。つまり、蓄電素子Ａ及びＢは、電極体４００の巻回軸Ｗが鉛直方向と平行（略平行も含む）になり、かつ、帯状部４３５が配置された端部が上向きとなる姿勢で放置された。

放置後、蓄電素子Ａ及びＢの端子電圧を測定したところ、何れも微小短絡が発生しているとみなせるような電圧低下はなかった。

さらに、このように所定の期間放置された蓄電素子Ａ及びＢを分解して、蓄電素子Ａ及びＢのそれぞれが備える２つの電極体４００（合計４つの電極体４００）において、異物が帯状部４３５を越えて当該電極体４００の内部に進入したか否かを調べた。以上の実験により、表１に示す結果が得られた。なお、表中の、「エレメントａ」及び「エレメントｂ」は、１つの蓄電素子１０に備えられた２つの電極体４００を表している。また、「テープ」は、帯状部４３５を形成する片面テープを意味しており、表中の数値は、異物の数を示している。また、本実験では、片面テープとして、基材が特殊クラフト紙（基材厚さ：０．１ｍｍ）、接着材がゴム系接着剤である、２．５ｍｍ幅の電気絶縁用テープ（厚さ：０．１５ｍｍ）を用いた。この片面テープは、接着材４３５ｂ側のセパレータ４３０だけでなく、反対側のセパレータ４５０にも接着していた。また、接着した２枚のセパレータ４３０とセパレータ４５０とを引き剥がすと、片面テープは、セパレータ４５０から引き離されて、セパレータ４３０側に残った。

この表１に示されるように、各電極体４００において、帯状部４３５の近傍に到った異物は１以上存在するものの、いずれの異物も、帯状部４３５またはその手前で停止していた。より具体的には、上記実験の結果、いずれの異物も、帯状部４３５の端面に引っ掛かった状態、または、帯状部４３５に乗り上げた状態で停止するか、２つのセパレータ（４３０、４５０）の端縁の間において帯状部４３５に到達する前で停止していた。すなわち、４つの電極体４００の全てにおいて、帯状部４３５を越えて当該電極体４００の内部に進入した異物は存在しなかった。

以上の実験結果からも、電極体４００が、セパレータ４３０の端縁に沿って設けられた帯状部４３５を有することで、帯状部４３５が設けられた側（本実施の形態では負極側）から電極体４００の内部への異物の進入が抑制されることが分かる。

なお、蓄電素子１０は、図４〜図９に示す帯状部４３５とは異なる態様の帯状部を有してもよい。そこで、以下に、実施の形態に係る帯状部４３５に関する各種の変形例を、上記実施の形態との差分を中心に説明する。

（変形例１）
図１０は、実施の形態の変形例１に係る帯状部４３６の断面形状の一例を示す図である。なお、図１０は、図５におけるＶＩ−ＶＩ断面に相当する位置における帯状部４３６の断面が図示されている。

図１０に帯状部４３６は、セパレータ４３０の、セパレータ４５０と対向する面の端縁に沿って設けられ、セパレータ４５０の方向に突出した形状を有している。また、帯状部４３６は、片面テープによって形成されており、片面テープは、基材４３６ａと接着材４３６ｂとによって構成されている。つまり、これらの点において、上記実施の形態に係る帯状部４３５と共通する。しかし、帯状部４３５は、断面形状が矩形（略矩形も含む）であるのに対し、帯状部４３６の断面形状は、セパレータ４５０に近づくほど横幅が狭くなる形状を有している。

本変形例に係る帯状部４３６は、上記形状を有することで、例えば、帯状部４３６の柔軟性を向上させることができる。また、帯状部４３６の上端部（図１０におけるＹ軸方向プラス側の端部）の、セパレータ４５０との接触面積を低減させることができる。これにより、例えば、帯状部４３６の上端部がセパレータ４５０に当接している状態において、帯状部４３６がセパレータ４５０に与えるストレスを低減させることができる。すなわち、帯状部４３６による異物の進入抑制効果を向上させ、かつ、帯状部４３６が存在することに起因する電極体４００の変形を抑制することができる。

（変形例２）
図１１は、実施の形態の変形例２に係る電極体４００の製造工程を示す図である。図１２は、実施の形態の変形例２に係る電極体４００の一部を示す断面図である。なお、図１２では、図５におけるＶＩ−ＶＩ断面に相当する位置における電極体４００の一部の断面が図示されている。

図１１に示す変形例２に係る電極体４００の製造工程では、図７に示す実施の形態に係る電極体４００の製造工程と同じく、セパレータ４３０及び正極板４１０等を巻回しながら、セパレータ４５０への片面テープの貼付を行っている。これにより、セパレータ４３０の端縁とセパレータ４５０の端縁との間に帯状部４３５が形成され、その結果、帯状部４３５による異物の進入抑制効果を得ることができる。

すなわち、本変形例に係る電極体４００は、当該隙間に配置された片面テープによって帯状部４３５が実現されている点で、上記実施の形態に係る電極体４００と共通している。しかし、帯状部４３５が、セパレータ４３０ではなく、セパレータ４５０に貼付されている点で上記実施の形態に係る電極体４００とは異なる。

具体的には、本変形例に係る電極体４００は、セパレータ４５０の、セパレータ４３０と対向する面（図１２におけるセパレータ４５０の下面）の端縁に沿って設けられ、セパレータ４３０の方向に突出する帯状部４３５を有する。なお、本変形例において、セパレータ４５０は、第一セパレータの一例であり、セパレータ４３０は、第二セパレータの一例である。

つまり、本変形例では、図１１及び図１２に示されるように、正極板４１０を挟む２枚のセパレータのうち、巻回軸Ｗに近い側（内側）のセパレータである、セパレータ４５０に、片面テープが貼付される。すなわち、上記実施の形態では、セパレータ４３０の巻回軸Ｗ側の面（内側面）に貼付されているのに対し、本変形例では、セパレータ４５０の巻回軸Ｗとは反対側の面（外側面）に貼付されている。

この場合、セパレータ４５０が巻回されることで、片面テープである帯状部４３５の基材４３５ａは、長手方向に伸長される力を受ける。しかし、帯状部４３５は伸縮性を有しているため、セパレータ４５０に追従して巻回されることに実質的な問題は生じない。また、帯状部４３５は、セパレータ４３０には固定されず、セパレータ４３０と滑り合うことができる。そのため、本変形例に係る電極体４００の製造工程において、セパレータ４３０が帯状部４３５に引っ張られることに起因する、セパレータ４３０における皺等の発生は抑制される。

従って、本変形例に係る電極体４００は、セパレータ４５０に設けられた帯状部４３５によって異物の進入を抑制することができ、かつ、帯状部４３５が存在することに起因する変形が抑制された電極体４００である。

（変形例３）
図１３は、実施の形態の変形例３に係る電極体４００の一部を示す断面図である。なお、図１３では、図５におけるＶＩ−ＶＩ断面に相当する位置における電極体４００の一部の断面が図示されている。

図１３に帯状部４３７は、セパレータ４３０の、セパレータ４５０と対向する面の端縁に沿って設けられ、セパレータ４５０の方向に突出した形状を有している。この点において、上記実施の形態に係る帯状部４３５と共通する。しかし、帯状部４３７は、セパレータ４３０と一体に設けられており、この点において、セパレータ４３０とは別部材の片面テープによって形成された上記実施の形態に係る帯状部４３５とは異なる。

例えば、樹脂または不織布等を素材とするセパレータ４３０を形成する際に、短手方向の少なくとも一方の端縁に、他の部分よりも厚い部分を形成することで、図１３に示す、帯状部４３７を備えるセパレータ４３０を作製することができる。

また、帯状部４３７の上端部（図１３におけるＹ軸方向プラス側の部分）は、セパレータ４５０は固定されず、セパレータ４５０と滑り合うことができる。そのため、本変形例に係る電極体４００の製造工程において、セパレータ４５０が帯状部４３５に引っ張られることに起因する、セパレータ４５０における皺等の発生は抑制される。

（他の実施の形態）
以上、本発明に係る蓄電素子について、実施の形態及びその変形例に基づいて説明した。しかしながら、本発明は、上記実施の形態及びその変形例に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を上記実施の形態またはその変形例に施したものも、あるいは、上記説明された複数の構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

例えば、セパレータ４３０とセパレータ４５０とは、互いに別体の２枚のセパレータである必要はない。例えば、１枚のセパレータを長手方向の中央部分で折り返すことで、セパレータ４３０及びセパレータ４５０が実現されてもよい。

また、本実施の形態において、帯状部４３５は、電極体４００の負極側に配置されているが、帯状部４３５は、電極体４００の正極側に配置されていてもよい。つまり、２枚のセパレータの間に極板が配置された構造を有する電極体は、２枚のセパレータの一方のセパレータの端縁に沿って設けられ、他方のセパレータの方向に突出する帯状部を備えればよい。

これにより、帯状部が、電極体の内部への異物の進入を抑制する部分として機能する。すなわち、２枚のセパレータの間に極板が配置された構造を有する電極体であれば帯状部による異物の進入抑制効果を得ることができる。そのため、例えば、平板状極板を積層した積層型の電極体、または、長尺帯状の極板を山折りと谷折りとの繰り返しによって蛇腹状に積層した構造を有する電極体が、片面テープ等によって実現される帯状部を備えてもよい。

本発明は、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子等に適用できる。

１０ 蓄電素子
１００ 容器
１１０ 蓋体
１１０ａ、１１０ｂ 貫通孔
１１１ 容器本体
１２０、１３０ 下部絶縁部材
１２０ａ、１２５ａ、１３０ａ、１３５ａ、１４０ａ、１５０ａ 開口部
１２５、１３５ 上部絶縁部材
１４０ 正極集電体
１５０ 負極集電体
１７０ 絶縁フィルム
２００ 正極端子
２１０、３１０ 接続部
３００ 負極端子
４００ 電極体
４１０ 正極板
４１１ 正極基材層
４１１ａ、４２１ａ 未塗工部
４１２ 正極合剤層
４２０ 負極板
４２１ 負極基材層
４２２ 負極合剤層
４３０、４５０ セパレータ
４３５、４３６、４３７ 帯状部
４３５ａ、４３６ａ 基材
４３５ｂ、４３６ｂ 接着材
４３５ｃ 接着層
７１０ 第一ローラユニット
７２０ 第二ローラユニット
７３０ 巻回装置

Claims (9)

1. 電極体を備える蓄電素子であって、
   前記電極体は、
   第一セパレータ及び第二セパレータと、
   前記第一セパレータ及び前記第二セパレータの間に配置された極板と、
   前記第一セパレータの、前記第二セパレータと対向する面の端縁に沿って設けられ、前記第二セパレータの方向に突出する帯状部とを有し、
   前記帯状部は、基材と、前記基材の、前記第一セパレータ側及び前記第二セパレータ側のうちの前記第一セパレータ側の面に配置された接着材とを有する
   蓄電素子。
2. 前記帯状部が有する前記基材は、多孔質の材料で形成されている
   請求項１記載の蓄電素子。
3. 電極体を備える蓄電素子であって、
   前記電極体は、
   第一セパレータ及び第二セパレータと、
   前記第一セパレータ及び前記第二セパレータの間に配置された極板と、
   前記第一セパレータの、前記第二セパレータと対向する面の端縁に沿って設けられ、前記第二セパレータの方向に突出する帯状部とを有し、
   前記帯状部は、前記第一セパレータに一体に設けられている
   蓄電素子。
4. 前記帯状部の、前記第一セパレータの前記面からの高さは、前記極板の厚みよりも小さい
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
5. 前記電極体は、前記第一セパレータ、前記極板、及び、前記第二セパレータが巻回されることで形成された巻回型の電極体である
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電素子。
6. 前記帯状部の伸縮性は、前記第一セパレータ及び前記第二セパレータの伸縮性よりも高い
   請求項１、２、及び、請求項１または２を引用する請求項４のいずれか一項を引用する請求項５記載の蓄電素子。
7. 前記帯状部の、前記第一セパレータ側の接着力は、前記第二セパレータ側の接着力よりも大きい
   請求項１または２記載の蓄電素子。
8. 第一セパレータ及び第二セパレータと、前記第一セパレータ及び前記第二セパレータの間に配置された極板とを有する電極体を備える蓄電素子の製造方法であって、
   前記第一セパレータの端縁に沿って片面テープを貼付する貼付工程と、
   前記片面テープが貼付された前記第一セパレータ、前記極板、及び、前記第二セパレータを積層する積層工程と
   を含む蓄電素子の製造方法。
9. さらに、前記積層工程において積層された前記第一セパレータ、前記極板、及び、前記第二セパレータを巻回する巻回工程を含む
   請求項８記載の蓄電素子の製造方法。

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