锂电池最新研究进展_曹金亮
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锂离子电池日历寿命研究进展李新静;张佳瑢;魏引利;刘炎金;丁绍玉【摘要】综述了锂离子动力电池日历寿命的研究进展,通过对电池寿命影响因素的研究,总结了电池的日历寿命预测方法主要分为两类:数据推断的方法和建立模型的方法.电池的老化过程是一个极其复杂的过程,对于其寿命的预测不仅需要有关电池的经验数值、数据积累,还要根据电池的老化机理建立模型来预测才更为准确.电池的日历寿命预测对进一步指导电池维护,延长电池使用寿命,降低电池使用风险都具有重要的意义.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2015(039)008【总页数】3页(P1777-1779)【关键词】锂离子电池;日历寿命预测;数据推断;建立模型【作者】李新静;张佳瑢;魏引利;刘炎金;丁绍玉【作者单位】国轩高科动力能源股份公司,安徽合肥230011;国轩高科动力能源股份公司,安徽合肥230011;国轩高科动力能源股份公司,安徽合肥230011;国轩高科动力能源股份公司,安徽合肥230011;国轩高科动力能源股份公司,安徽合肥230011【正文语种】中文【中图分类】TM912锂离子电池是一种以富锂材料为正极,依靠锂离子在正负极之间来回移动来完成充放电过程的充电电池。
一般的锂电池采用石墨类碳材料为负极,LiPF6及有机溶剂为电解液,PP/PE膜为隔膜。
作为支撑电动工具工作的后备力量,锂离子电池在使用过程中会受到各种环境因素、外力因素的影响,例如温度、使用时间、搁置时间及储存方式等,其影响充放电能力的正负极材料的结构性质,电解液的粘度及导电性,固体电解质相界面膜的厚度,隔膜的质量都会出现不同程度的劣化,从而使得电池的电学性能和安全性能随着电池的使用逐渐下降,其中电压、容量、循环性能、功率特性等尤其值得关注[1]。
因此研究电池的寿命问题逐渐被提上日程。
所谓电池的日历寿命,是指电池从生产之日起到到期日期为止,期间包括工况、温度、循环、搁置、老化等因素对电池寿命的影响。
摘要本文从经典溶液模型、统计热力学模型、半经验模型和数理统计方法四个方面阐述了近年来国内外锂电池电解液溶液电导率模型的研究进展。
锂电池电解液溶液的离子传输机理研究已逐渐从经典的溶液理论转向统计热力学理论,从分子和离子的微观参数出发建立高水平的热力学理论模型,以更好地理解微观结构和微观粒子相互作用。
锂电池电解液溶液电导率的预测以及优化则从传统的半经验模型转向数理统计方法,从而以较小的试验规模、较短的试验周期和较低的试验成本,获得理想的试验结果以及得出科学的结论。
关键词锂电池电解液;电导率;传输机理;预测电解液被称为“锂电池的血液”,其作用是在正负极间传输锂离子,对电池的能量密度、循环寿命、安全性能、高低温性能具有直接影响。
电导率是电解液最常规的物性,表征着电解液的传输特性,广泛应用于研究电解液溶液微观结构和微观粒子相互作用,帮助我们更好地理解电解液中复杂的微观现象。
另外在电池的开发过程中离子电导率低或黏度高的电解液在高电流密度或低温环境下往往表现出较差的循环稳定性,通过合适的数学模型可以帮助科研人员更好地进行电解液设计。
电解液电导率受溶质种类、溶剂组成、溶质浓度以及温度等因素影响,变量多且复杂,因此通过数学模型来探索电解液电导率与各因素之间的内在关系并寻找其中规律具有重要的研究意义。
本文综述了锂电池电解液溶液电导率的理论和数学两大类模型,理论模型包含经典溶液模型和统计热力学模型,数学模型包含半经验模型和数理统计方法。
通过建立电导率理论模型,有助于研究锂离子在电解液中复杂的热力学和输运机制,加深对锂离子溶剂化效应的理解;在此基础上预测不同组分不同条件下的电解液电导率等关键物性参数,为高低温、倍率等功能型电解液设计提供参考;另外通过建立准确的锂电池电导率模型,也能辅助电池材料基因数据库的建设。
1.1 经典溶液模型近一个世纪以来,许多研究人员试图从理论上解释电解质溶液的离子传输现象。
在电解液中电导率数据容易获得且精度高,研究人员构造出性质尽可能接近真实电解液溶液系统的物理化学模型,通过合理的假设条件推导出可靠的理论模型。
锂电池隔膜的研究与进展摘要:隔膜位于正极与负极之间,当电池工作时其应具有以下作用(1)隔离正负极,防止电极活性物质接触引起短路;(2)具有较好的持液能力,电化学反应时,形成离子通道。
本文以化学和材料结构为类别,综述了不同种类锂电池隔膜的制备方法和研究现状,并对隔膜未来的发展趋势做了展望。
关键词: 锂电池、隔膜、微孔膜、无纺布、无机复合膜。
在锂离子电池正极与负极之间有一层膜材料,通常称为隔膜,它是锂离子电池的重要组成部分。
隔膜应具有两种基本功能:隔离正负电极,防止电池内短路。
能被电解液润湿形成离子迁移的通道。
在实际应用还应具备以下特征[1-4]:(1)电子的绝缘性;(2)高的电导率;(3)好的机械性能,可以进行机械制造处理;(4)厚度均匀;(5)受热时尺寸稳定变形量要小。
电池隔膜根据结构和组成可以分为不同的类型,目前比较常见的主要三种[1-4](1)多孔聚合物膜。
是指通过机械方法、热致相分离法、浸没沉淀法等方法制备的孔均匀分布的膜。
(2)无纺布隔膜。
由定向的或随机的纤维而构成,通常会将其与有机物或陶瓷凝胶复合,以期得到具有优良化学与物理性质的隔膜。
(3)无机复合膜。
多采用无机纳米颗粒与高聚物复合得到。
本文针对锂电池性能和安全性对隔膜孔隙率、浸润性、热安全温度等方面的要求,对隔膜的制备改性方法进行了比较详细的评述与比较,以期为相关领域的研究者提供可借鉴的资料。
1 多孔聚合物膜1.1 PE/PP微孔膜PE与PP微孔膜的制备常采用的方法有两种,干法(熔融挤出法)和湿法( 热致相分离法)。
干法制备的原理是采用熔融挤出制备出低结晶度高取向的聚烯烃隔膜,经过高温退火处理提高结晶度、低温拉伸形成缺陷、高温拉伸将缺陷放大,最终形成具有多孔性的隔膜[5]。
湿法是将液态烃或小分子物质与聚烯烃树脂的共混物,经过加热熔融共混、降温发生相分离、双向拉伸制成薄膜、用易挥发物质萃取溶剂,从而制备出具备相互贯通的微孔膜[6]。
商用隔膜多为PE、PP单层膜,PE/PP双层膜,PP/PE/PP 三层隔膜(见图1)。
锂离子电池负极材料的研究进展摘要:当前全球范围内的石油和其他传统能源越来越稀缺,迫切需要有效开发和利用可再生能源,例如太阳能、风能和潮汐能。
但是,这些新能源供应不稳定且持续不断,因此需要先转换成电能再输出,这促进了可充电电池的研究。
传统的铅酸电池,镍镉电池和镍氢电池存在使用寿命短、能量密度低和环境污染等问题,极大地限制了它们的大规模应用。
当前,电池行业的首要任务是找到可替代传统铅酸电池和镍镉电池的可充电电池,迫切需要开发无毒、无污染的电极材料和电池隔膜以及无污染的电池。
与传统的二次化学电池相比,锂离子电池由于其吸引人的特性已经在电子产品中占主导地位,显示出广阔的发展前景。
关键词:锂离子电池;负极材料;研究进展引言国际能源结构正从传统化石能源的主导地位逐渐转变为低碳、清洁和安全的能源,以二次电池为代表的电化学储能技术已成为最有前途的储能技术之一。
锂离子电池因其比能量高、工作电压高、循环寿命长和体积小等特点得到了广泛关注。
锂离子电池主体由正极、隔膜、负极、封装壳体四部分组成,就提高电池的比能量而言,提高负极的性能相对于改进正极、隔膜、封装壳体更为容易。
负极又包括了电流集流体(通常是铜箔)、导电剂(通常是乙炔黑)、粘结剂(通常是聚偏氟乙烯)和具有与锂离子可逆反应的活性材料。
电极的性能几乎取决于活性材料的性能。
1嵌入型负极材料嵌入型负极材料嵌入机制可以描述为,材料结构中可以容纳一定的外来的锂离子,相变形成新的含锂的化合物,并且能在随后的充放电过程中脱出外来的锂离子,恢复到先前的原始结构。
嵌入型负极材料,包括已经商业化锂离子电池负极材料石墨、非石墨化的碳材料(如石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维)、TiO2以及钛酸锂等。
其中碳质材料的优点包括良好的工作电压平台,安全性好以及成本低等。
但是也存在一些问题,如高电压滞后、高不可逆容量的缺点。
钛酸盐负极材料具有优异的安全性、成本低、长循环寿命的优点,但能量密度低。
石墨作为层状碳材料,是首先被商业化和人们所熟知的LIB负极材料,也是最成功的嵌入型负极材料,锂离子嵌入后可生成层状LiC6,其放电平台在0.2V(vs.Li+/Li)以下,有优异的嵌/脱锂动力学性能,是比较完美的LIB负极材料。
池BIMONTHLY Vol.49,No.6 Dec.,2019第49卷第6期2019年12月电BATTERYDOI:10.19535/j.1001-1579.2019.06.019金属电池负极枝晶的研究进展王曾,沈康,侯广亚,唐谊平(浙江工业大学材料科学与工程学院,浙江杭州310014)摘要:针对金属负极的枝晶展开论述。
介绍金属负极的枝晶形成机理,并综述近年来在电解液体系改良、金属负极界面改性和负极结构设计等方向针对抑制金属负极枝晶生长进行的研究,对金属负极的研究方向进行展望。
关键词:金属电池;负极枝晶;形成机理;抑制枝晶中图分类号:TM912.9文献标志码:A文章编号:1001-1579(2019)06-0524-04Research progress in anode dendrite for metal batteryWANG Zeng,SHEN Kang,HOU Guang-ya,TANG Yi-ping(School of Materials Science and Engineering,Zhejiang University of Technology,Hangzhou,Zhejiang310014, China) Abstract:Metal anode dendrite was discussed.Formation mechanism of metal anode dendrite was introduced,the recent research on the inhibition of metal anode dendrite in electrolyte system improvement,metal anode in t erface modification and an o de structure design was reviewed, the research direction of metal anode was prospected.Key words:metal battery;anode dendrite;formation mechanism;inhibit dendrite金属电池是以金属作为负极的电池体系,主要有锂氧电池、锂硫电池、钠氧电池和锌空电池等⑴,具有能量密度高和原料丰富等特点,近年来,成为能源领域的研究热点。
锂离子电池电解液SEI成膜添加剂的研究进展
胡华坤;薛文东;霍思达;李勇;蒋朋
【期刊名称】《化工学报》
【年(卷),期】2022(73)4
【摘要】稳定的固体电解质界面(SEI)是提高锂离子电池电化学性能的关键,用电解液添加剂是改善锂离子电池性能最经济有效的方法之一。
本文综述了近五年间包括不饱和酯化合物、含硫化合物、锂盐、无机化合物等作为电解液成膜添加剂在锂离子电池中的研究进展和作用机理,对它们的优缺点进行了评价,最后进行了总结和展望。
未来成膜类添加剂的研究思路应该为:(1)应以有机物种为主,能够形成弹性模量小的SEI膜,便于适应阳极材料产生的膨胀行为。
(2)添加剂要尽量保证形成的SEI
膜与石墨等阳极材料产生良好的黏结,因此添加剂形成的聚合物的聚合度不能太小。
(3)在没有性能极其优秀的成膜添加剂出现之前,添加剂的分子结构可以在现有的添
加剂的基础上进行结构的优化或者官能团的设计。
(4)重点攻关当前添加剂的应用
的问题,提高添加剂的合成技术,降低合成成本。
【总页数】19页(P1436-1454)
【关键词】锂离子电池;膜;成膜添加剂;固体电解质界面
【作者】胡华坤;薛文东;霍思达;李勇;蒋朋
【作者单位】北京科技大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM912
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5.锂离子电池SEI成膜添加剂的研究
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锂离子电池研究与开发的新进展--第11届国际锂电池会议述
评
刘业翔;胡国荣;禹筱元
【期刊名称】《电池》
【年(卷),期】2002(032)005
【摘要】对第11届国际锂电池会议特别是锂离子电池研究与开发,例如负极材料、正极材料、电解质电池材料与表征,电池的开发与应用以及未来的研究趋势进行了
述评.
【总页数】5页(P269-273)
【作者】刘业翔;胡国荣;禹筱元
【作者单位】中南大学冶金科学与工程学院,湖南,长沙,410083;中南大学冶金科学
与工程学院,湖南,长沙,410083;中南大学冶金科学与工程学院,湖南,长沙,410083【正文语种】中文
【中图分类】TM912.9
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第49卷第9期2021年5月广州化工Guangzhou Chemical IndustryVol.49No.9May.2021锂电池有机-无机复合固态电解质研究进展保克畔(上海理工大学材料科学与工程学院,上海200093)摘要:有机-无机复合固态电解质是锂离子电池材料的研究热点,由于其兼有聚合物与无机电解质的优点而有望成为下一代全固态锂离子电池的重要组成部分。
在这篇综述中,以不同种类的无机填料为依据,总结了常见的复合电解质研究形式,对其最新进展进行了综述。
从工作的新颖性、性能提升和实用性等方面考察,对最新研究的不同种类无机填料对复合电解质性能的影响做了分析。
关键词:聚合物;无机填料;复合电解质;固态电池;离子电导率中图分类号:TM912文献标志码:A文章编号:1001-9677(2021)09-0028-03 Research Progress on Organic-inorganic Composite SolidElectrolyte for Lithium BatteriesBAO Ke-pan(School of Materials Science and Engineering,University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai200093,China)Abstract:Organic-inorganic composite solid electrolytes are expected to become an important part of all solid-state lithium-ion batteries due to their advantages of both polymer and inorganic electrolytes.The common research forms of composite electrolytes were summarized based on different types of inorganic fillers,and their latest developments were reviewed.The effects of different types of inorganic fillers in the composite system were evaluated from the aspects of novelty,performance improvement and practicability of the work.Key words:polymer;inorganic filler;composite electrolyte;solid-state battery;ionic conductivity目前成熟的商用锂离子电池使用的是有机电解液,虽然可以得到高电导率和良好的界面接触,但电解液易泄露和燃烧、分解等安全问题无法保证避免。
锂离子电池氧化物固态电解质研究进展
姚忠冉;孙强;顾骁勇;邹晔;李吉;何祺
【期刊名称】《新能源进展》
【年(卷),期】2023(11)1
【摘要】可充电锂离子电池(LIB)是移动和固定存储系统中最具潜力的电池体系。
然而,传统锂离子电池中不稳定的电沉积和不可控的界面反应会在液体电解质中发生,导致电池存在安全隐患。
采用固态电解质(SSE)的全固态锂离子电池因具有高安全性、高可靠性和高能量密度可满足许多方面对储能的要求。
但要实现商业化,SSE 依然面临诸多挑战,如室温离子电导率较低(1×10^(-5)~1×10^(-3)S/cm)以及电极和电解质之间的界面稳定性差等。
为加快SSE的研究与开发,分别对无机钙钛矿(LLTO)型、石榴石(LLZO)型和钠快离子导体(NASICON)型固态电解质的结构和电导率改性进行了综述,特别强调了电解质与电极界面的重要性及其对电池性能的影响。
【总页数】9页(P76-84)
【作者】姚忠冉;孙强;顾骁勇;邹晔;李吉;何祺
【作者单位】无锡职业技术学院;华晨新日新能源汽车有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TK02
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锂离子电池的研究进展综述锂离子电池的研究进展刘文 2015200807近十年以来,通过对新电极材料和新存储机理的开发研究,基于锂的可重复充电电池技术得到了飞跃发展,电池性能不断提高。
得益于纳米技术的不断探索发现,传统电池材料存在的许多重难点基础问题极有希望得到解决。
一、纳米技术致力于解决传统电池领域的哪些重大问题?1. 体积变化导致活性颗粒和电极的开裂与破碎传统嵌入式电极材料在充放电过程中的体积变化较小。
而对于新型的高容量电极材料而言,由于充放电过程中,大量Li物种嵌入和脱嵌,发生巨大的体积变化。
经过多次循环之后,活性颗粒和电极材料会开裂和破碎,影响电学传导,并造成容量降低,最终导致电池失效,大大缩短了电池的使用寿命。
据报道,合金型负极材料的体积膨胀率中,Si为420%,Ge和Sn为260%,P为300%。
而传统的石墨负极只有10%。
图1. 活性颗粒和电极材料在充放电过程中开裂和破碎的过程硅极负极的解决方案纳米材料一个天然优势就在于,其尺寸较小,可以在颗粒和电极层面上有效抵抗力学上的破坏。
高容量电极材料有一个基本参数,叫做临界破碎尺寸。
这个参数值取决于材料的反应类型(譬如合金反应,转化反应)、力学性能、结晶度、密度、形貌以及体积膨胀率等一系列参数。
而且,电化学反应速率对于颗粒的开裂和破碎影响重大,充放电速率越快,产生的应力就越大。
当颗粒尺寸小于这个临界尺寸时,锂化反应引起的应力就能得到有效控制,从而缓解颗粒的的开裂和破碎行为。
研究表明,Si纳米柱的临界尺寸是240-360 nm,Si纳米线的临界尺寸是300-400 nm,这一区间范围主要是受到电化学发宁速率的影响。
晶化Si纳米颗粒的临界尺寸大约是150 nm。
图2. Si纳米线负极材料可以适应应力的影响因此,颗粒的破碎问题可以通过使用低于临界尺寸的各种纳米结构材料来实现,譬如纳米柱、纳米线、纳米颗粒、纳米管、纳米棒、以及纳米复合材料等。
至于电极的破碎问题主要是采用一系列胶粘方法将Si纳米颗粒粘结在集流器上实现。
锂离子电池和锂聚合物电池概念解读
沙永康
【期刊名称】《电动自行车》
【年(卷),期】2009(000)009
【摘要】@@ 锂电池是手机、笔记本电脑微型化商业化的条件之一.它能为汽车电动化作贡献需要人们再努力一把.锂电池由正负极、电解质、隔膜、单体电池外包装壳体等几部分组成.其基本要素构成没有变.
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【作者】沙永康
【作者单位】江苏常熟合众环保能源技术研究所
【正文语种】中文
【中图分类】U4
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锂离子电池负极材料磷酸钛锂研究进展叶嘉明;李昌明【摘要】NASICON结构的磷酸钛锂[LiTi2(PO4)3]作为新型的锂离子电池负极材料,具有环境友好、循环性能好、优异的热稳定性等优点,被认为是最具有应用前景的负极材料.LiTi2(PO4)3具有138 mA·h/g的理论容量和2.5 V的平稳放电平台,但是LiTi2(PO4)3电子电导率低、锂离子扩散系数小等缺点限制了其实际应用.因此,针对以上缺点,众多研究者通过对LiTi2(PO4)3进行改性,极大地提高其电子电导率和锂离子扩散系数.简单介绍了LiTi2(PO4)3的结构与性能,主要从制备方法和改性方法两方面综述了近年来的研究进展,并指出了LiTi2(PO4)3材料目前研究存在的问题,展望了未来的应用前景.【期刊名称】《无机盐工业》【年(卷),期】2019(051)005【总页数】6页(P17-22)【关键词】锂离子电池;磷酸钛锂;负极材料【作者】叶嘉明;李昌明【作者单位】五邑大学智能制造学部,广东江门529020;五邑大学智能制造学部,广东江门529020【正文语种】中文【中图分类】TQ131.11鉴于全球能源危机和环境污染的日益严重,人们正积极寻找可代替的再生清洁能源。
而太阳能、风能等能源间歇性的特征并不能稳定应用,锂离子电池作为绿色环保的能源,具有高能量密度、长的循环寿命和环境友好等优点,得到人们的关注和大量研究。
商业化应用广泛的石墨负极,随着快速充电技术的发展,已经不能满足发展需求。
因此,具有NASICON结构的 LiTi2(PO4)3被认为是极具应用前景的负极材料之一[1-4]。
1 磷酸钛锂的结构与性能NASICON 结构的 LiTi2(PO4)3属于正交晶系,空间群R3c,具有三维空间晶体结构和沿着c轴开放的离子传输通道、稳定平坦的放电平台,相对于锂电极的电极电势约为 2.5 V。
LiTi2(PO4)3由于 P—O 强共价键的存在,而非范德华力的作用,使得其在Li+脱嵌状态中有良好的稳定性。
锂电池电解液研究进展作者:来源:《科学中国人·上半月》2020年第11期锂电池电解液研究进展清华大学化工系张强团队提出锂电池中“锂键”的概念,以理解锂离子与电解液组分及电极材料之间微观相互作用。
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金属锂负极的利用给整个电池体系的设计带来了全新的挑战,其中最重要的是电解液及其界面的设计。
研究团队基于锂键化学理论,研究电解液溶剂化结构及其构效关系,开发设计更加稳定、高效的电解液体系,是抑制电解液-负极界面反应、稳定金属锂负极,实现锂金属电池实用化的必然要求。
炔-金属二维MOFs合成研究进展华东理工大学化学与分子工程学院刘培念教授课题组设计了C3对称的苯基炔氯前驱体分子,利用炔氯官能团中键较高的稳定性,实现了多个pπ-dπ作用来稳定金属有机中间体。
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二维MOFs是由金属中心与有机配体相互连接而构成的二维材料,在结构和性质上具有出色的可调性。
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碳一分子的催化转化中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室研究员邓德会、中国科学院院士包信和团队与国际同行一道,总结了近十年来在碳一分子转化方面的最新进展和重要成果,特别关注新的催化反应过程,包括温和条件下的热催化、电催化、光催化转化过程,以及多能耦合催化转化过程等,并讨论碳一催化化学的关键挑战及未来发展方向。
全固态锂电池热安全性研究进展
冯振华;邱祥云;张涛;戴作强;郭向欣
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【摘要】随着液态锂电池的广泛应用,热失控现象时有发生,其热安全性成为亟待解决的问题。
全固态锂电池以其优异的安全性显示出巨大的应用潜力。
该文简要介绍了全固态锂电池的基本概念及组成结构,重点阐述了氧化物、硫化物以及聚合物固体电解质的最新研究进展,并对这3类全固态锂电池的热安全性差异进行了总结,包括固体电解质材料级别、固体电解质与活性材料或锂金属负极混合时界面级别以及全电池级别的热安全性。
此外,锂枝晶现象对全固态锂电池安全性的影响仍不可忽视。
目前,针对材料和界面级别的热安全性研究众多,但全电池级别的研究较少,且多集中在小容量电池,针对全电池级别的热安全性仍需进一步探究。
最后,指出了未来高安全性全固态锂电池的商业化应用应着力于解决全固态锂电池中的关键界面问题以及锂枝晶问题。
【总页数】11页(P960-970)
【作者】冯振华;邱祥云;张涛;戴作强;郭向欣
【作者单位】青岛大学机电工程学院;电动汽车智能化动力集成技术国家地方联合工程研究中心(青岛);山东威能环保电源科技股份有限公司;青岛大学物理科学学院【正文语种】中文
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