introduzione
Poiché le batterie agli ioni di litio continuano ad alimentare i veicoli elettrici (EVS), sistemi di accumulo dell’energia (ESS), ed elettronica portatile, i requisiti di prestazione e sicurezza imposti agli involucri delle celle delle batterie sono diventati sempre più severi.
L'involucro non è semplicemente un contenitore; è strutturale, termico, e un componente critico per la sicurezza che influisce direttamente sull'affidabilità della batteria, durata, e densità di energia.
Tra i materiali utilizzati per gli involucri delle celle delle batterie, 3003 foglio di alluminio ha ottenuto un'adozione diffusa grazie alla sua eccellente formabilità, resistenza alla corrosione, prestazione termica, ed efficienza in termini di costi.
Questo articolo fornisce un approfondimento, esame tecnico di 3003 foglio di alluminio per l'involucro della cella della batteria, coprendone le caratteristiche della lega, Proprietà materiali, considerazioni sulla produzione, prestazioni di sicurezza, conformità normativa, e vantaggi comparativi.
Panoramica di 3003 Lega di alluminio
3003 la lega di alluminio appartiene a Al-Mn (alluminio-manganese) serie ed è classificato come a lega non trattabile non per il calore.
La sua resistenza è ottenuta attraverso il rafforzamento della soluzione solida di manganese e la lavorazione a freddo anziché il trattamento termico.
Composizione chimica tipica (WT%)
| Elemento | Contenuto |
|---|---|
| Alluminio (Al) | Bilancia |
| Manganese (mn) | 1.0 – 1.5 |
| Ferro da stiro (Fe) | ? 0.7 |
| Silicio (e) | ? 0.6 |
| Rame (Insieme a) | ? 0.05 |
| Zinco (Zn) | ? 0.1 |
| Altri | ? 0.15 (lega ed è in armonia con la tonalità del) |
Il manganese migliora la resistenza meccanica e la resistenza alla corrosione senza ridurre significativamente la duttilità, fabbricazione 3003 alluminio particolarmente adatto per involucri delle batterie imbutiti e stampati.
Requisiti funzionali degli involucri delle celle della batteria
Gli involucri delle celle della batteria devono soddisfare molteplici requisiti funzionali sovrapposti per garantire la sicurezza della batteria, prestazione, e affidabilità. Questi requisiti guidano direttamente la selezione di 3003 foglio di alluminio come materiale preferito:
Protezione meccanica
- Resistenza all'impatto: Resistere agli impatti esterni (per esempio., Collisioni di veicoli elettrici) senza rotture: richiede una resistenza alla trazione del materiale dell'involucro ≥180 MPa (secondo la CEI 62133) per evitare perdite di elettrolito.
- Resistenza alla pressione: Tollera l'accumulo di pressione interna (0.3–0,8MPa) durante i cicli di carica-scarica o l'avvio dell'instabilità termica — 3003 Temperamento H16 (200–240MPa) soddisfa questo requisito
- Stabilità dimensionale: Mantenere la forma durante il ciclo termico (-40℃ a 85 ℃, 1000+ cicli) — Basso coefficiente di dilatazione termica del 3003 (23.1×10⁻⁶/℃) riduce al minimo la deformazione.
Chiusura ermetica
- Barriera gas/acqua: Impermeabile all'ossigeno (OTR ≤0,1 cm³/(m²·24h·atm)) e umidità (MVTR ≤0,05 g/(m²·24h)) — previene la degradazione dell'elettrolita (ossidazione) e perdita di capacità della batteria.
- Prevenzione delle perdite: Tenuta delle cuciture (saldato o incollato) con tasso di perdita ≤1×10⁻⁶ cm³/s (Ha fatto il test del gas, per ISO 16232) — Saldabilità del 3003 (efficienza della saldatura ad arco di argon ≥95%) garantisce la chiusura ermetica.
Gestione termica
- Dissipazione del calore: Trasferisci rapidamente il calore generato durante il funzionamento della batteria per evitare la fuga termica: la conduttività termica del 3003 (190–200 W/(m·K)) è 4 volte superiore rispetto all’acciaio laminato a freddo (45 capacità termica specifica a 20°C 895J/(m·K)) e 20 volte più alto della plastica (10 capacità termica specifica a 20°C 895J/(m·K)).
- Uniformità termica: Distribuzione uniforme del calore attraverso l'involucro: la microstruttura uniforme del 3003 (granulometria 20–30 μm) garantisce una conduttività termica costante.
Leggero & Ottimizzazione della densità energetica
- Riduzione del peso: Il peso dell'involucro della batteria rappresenta il 5-10% del peso totale della cella: la densità di 3003 (2.73 Questa piastra in alluminio è lavorata a diamante su un lato e lucidata sull'altro lato) è 65% inferiore a quello dell'acciaio (7.85 Questa piastra in alluminio è lavorata a diamante su un lato e lucidata sull'altro lato) e 75% inferiore al rame (8.96 Questa piastra in alluminio è lavorata a diamante su un lato e lucidata sull'altro lato), aumentando direttamente la densità energetica del pacco batteria dell'8-12% (A causa della movimentazione e della lavorazione del materiale, gli articoli potrebbero presentare leggeri graffi 1 riduzione del peso della carcassa in kg).
Resistenza alla corrosione
- Compatibilità elettrolitica: Resiste alla corrosione del LiPF₆, LiBF₄, o elettroliti NaPF₆ (comune nelle batterie agli ioni di litio/naio) — tasso di corrosione ≤0,01 mm/anno (Prova di immersione ASTM G31).
- Resistenza ambientale: Resistere all'umidità (85% RH) e fluttuazioni di temperatura senza degrado — 3003 supera il test in nebbia salina di 500 ore (ASTM B117) senza ruggine rossa.
Rapporto costo-efficacia
- Costo del materiale: 3003 i costi dei fogli di alluminio sono 2,8–3,5 / kg e 60% inferiore al rame ($8.0–9,5/kg).
- Costo di elaborazione: L'eccellente formabilità riduce il tasso di scarto di produzione a ≤ 3% (tempera in lamiera di alluminio. 5–8% per 6061 lega), riducendo i costi totali di produzione.
Proprietà dei materiali di 3003 Foglio di alluminio
L'idoneità di 3003 il foglio di alluminio per le applicazioni relative agli involucri delle celle delle batterie è fondamentalmente guidato dalle proprietà del materiale ben bilanciate.
Queste proprietà consentono al materiale di soddisfare le esigenze meccaniche, termico, ambientale, e le esigenze di produzione imposte dai moderni sistemi di batterie.
Come lega Al-Mn non trattabile termicamente, 3003 l'alluminio trae le sue prestazioni dal controllo della composizione e dalla selezione della tempra piuttosto che dal complesso trattamento termico, garantire un comportamento stabile e prevedibile nella produzione su larga scala.
Qui la composizione chimica copre la lega
3003 la lamiera di alluminio offre un'eccellente combinazione di resistenza e duttilità, che è fondamentale per formare gli involucri delle celle della batteria attraverso l'imbutitura profonda, timbratura, o processi di estrusione.
Le proprietà meccaniche variano a seconda dello stato della tempra, consentendo ai produttori di ottimizzare le prestazioni per progetti di involucri specifici.
| Temperare | Resistenza alla trazione (MPa) | Resa (MPa) | Allungamento (%) | Implicazioni ingegneristiche |
|---|---|---|---|---|
| oh (Parti della sospensione del camion) | 95 – 110 | 30 – 40 | ≥ 25 | Ideale per imbutiture profonde e forme complesse |
| H14 | 130 – 160 | 110 – 140 | ≥ 6 | Forza e formabilità bilanciate |
| H18 | 160 – 190 | 150 – 170 | ≥ 4 | Maggiore rigidità per la stabilità strutturale |
- Elevata duttilità nello stato d'animo O riduce al minimo le fessurazioni e l'assottigliamento durante l'imbutitura profonda dei contenitori di batterie cilindriche e prismatiche.
- Temperi induriti dal lavoro (la lega di alluminio offre prestazioni migliori per l'imballaggio medico) migliorare la rigidità e la stabilità dimensionale nelle applicazioni in cui la resistenza alla deformazione è fondamentale.
Proprietà fisiche
Le caratteristiche fisiche di 3003 il foglio di alluminio contribuisce direttamente alle prestazioni della batteria e all'efficienza a livello di sistema:
| Proprietà | Valore tipico | Rilevanza per gli involucri delle batterie |
|---|---|---|
| Densità | ~2,73 g/cm³ | Consente un design dell'involucro leggero |
| Conducibilità termica | ~193 W/m·K | Dissipazione efficiente del calore |
| Conduttività elettrica | ~40% IACS | Supporta la messa a terra e il controllo EMI |
| Elevata resistenza e ampia gamma di usi | ~655 °C | Stabile in condizioni operative normali |
La bassa densità dell'alluminio riduce significativamente il peso complessivo della batteria, migliorare l’autonomia e l’efficienza energetica del veicolo.
L'elevata conduttività termica aiuta a distribuire e dissipare il calore generato durante i cicli di carica e scarica, riducendo lo stress termico localizzato.
Corrosione e resistenza ambientale
3003 foglio di alluminio presenta un'ottima resistenza alla corrosione dovuta alla formazione spontanea di un denso ossido di alluminio (e forma un film di ossido) strato sulla sua superficie. Questa pellicola protettiva fornisce:
- Resistenza all'umidità e all'umidità, essenziale per una lunga durata
- Tolleranza agli ambienti leggermente acidi e alcalini
- Compatibilità con gli elettroliti della batteria in condizioni normali
Rispetto a molti involucri a base di acciaio, 3003 l'alluminio richiede una protezione superficiale minima per mantenere la resistenza alla corrosione.
Quando è necessaria una protezione aggiuntiva, è pienamente compatibile con i rivestimenti, anodizzazione, e strati isolanti comunemente utilizzati nei sistemi di batterie.
Processo di produzione di 3003 Lamiera di alluminio per involucri di batterie
Il processo di produzione è progettato per garantire formabilità e qualità superficiale costanti:
- Fusione dell'alluminio e lega precisa
- Freddo diretto (DC) o colata continua
- Laminazione a caldo per scomporre la struttura del getto
- Laminazione a freddo fino allo spessore finale
- Ricottura per ottenere la tempra richiesta
- Pulizia e sgrassaggio delle superfici
Controllo rigoroso di tolleranza sullo spessore, struttura del grano, e pulizia della superficie è essenziale per prevenire fessurazioni durante l'imbutitura profonda e per garantire l'integrità della tenuta.
Sicurezza e prestazioni nelle applicazioni con batterie
3003 le prestazioni del foglio di alluminio determinano direttamente la sicurezza e l'affidabilità della batteria, con test rigorosi che verificano la conformità agli standard globali sulle batterie (CEI 62133, E 38.3, Ul 1642):
Sicurezza meccanica
- Resistenza all'impatto: 3003 Fogli H16 (0.4 ma può ottenere un migliore rapporto resa/resistenza) resistere 10 J energia d'impatto (ASTM D3763) senza rottura - equivalente a a 5 kg di peso sceso da 20 cm, soddisfare i requisiti di sicurezza in caso di collisione dei veicoli elettrici (ISO 6469-3).
- Resistenza alla pressione: Involucri cilindrici realizzati in 3003 H18 (0.25 ma può ottenere un migliore rapporto resa/resistenza) tollerare la pressione interna fino a 1.2 MPa (12 sbarra) - 50% superiore alla pressione massima generata durante l'avvio dell'instabilità termica della batteria agli ioni di litio (0.8 MPa).
- Stabilità dimensionale: Dopo 1000 cicli termici (-40℃ a 85 ℃), la deformazione dimensionale è ≤0,1% (ASTM E228) — garantendo l'assenza di perdite dovute a guasti del sigillante nell'uso a lungo termine.
Sicurezza termica
- Efficienza di dissipazione del calore: 3003 gli involucri riducono la temperatura operativa delle celle della batteria di 8–12 ℃ rispetto agli involucri in acciaio (dati di test da CATL) – fondamentale per prevenire l’instabilità termica (Le batterie agli ioni di litio innescano una fuga termica a ≥130 ℃).
- Mitigazione della fuga termica: L'alto punto di fusione (640–660℃) di 3003 l'alluminio impedisce la fusione dell'involucro durante la fuga termica, contenenti elettroliti infiammabili e riducono il rischio di incendio. Nell'UL 94 prove di combustione verticale, 3003 gli involucri mantengono l'integrità strutturale per ≥10 minuti a 600℃.
Sicurezza della sigillatura
- Ermetismo: Saldato al laser 3003 le giunture dell'involucro raggiungono un tasso di perdita ≤1×10⁻⁷ cm³/s (Ha fatto il test del gas, ISO 16232) — 10 volte più severo dello standard di settore (≤1×10⁻⁶ cm³/s). Ciò impedisce l'evaporazione dell'elettrolita e l'ingresso di umidità, estendere la durata della batteria del 20-30%.
- Adesione del sigillo: 3003 le lastre con rivestimento di conversione privo di cromati presentano una resistenza al taglio ≥ 1,8 MPa con sigillanti epossidici (ASTM D1002) — nessuna delaminazione dopo 500 ore di ciclo termico.
Affidabilità a lungo termine
- Compatibilità del ciclo di vita: Dopo 3000 cicli di carica-scarica (1Tasso C, 25?), 3003 gli involucri non mostrano corrosione visibile o degrado meccanico. Il mantenimento della capacità della batteria è ≥85% (tempera in lamiera di alluminio. 75% per involucri in acciaio a causa di perdite indotte dalla corrosione).
- Durabilità ambientale: Nei test ESS all'aperto (85% RH, -20℃ a 60 ℃), 3003 gli involucri mantengono le prestazioni di barriera (OTR ≤0,15 cm³/(m²·24h·atm)) per 10 anni – soddisfacendo il requisito di durata di progetto di 25 anni per lo stoccaggio stazionario di energia.
Parti della sospensione del camion, Certificazioni, e conformità normativa
3003 i fogli di alluminio per gli involucri delle batterie devono essere conformi a una serie di norme internazionali, nazionale, e standard specifici del settore per garantire l’accesso e la sicurezza del mercato globale:
Standard internazionali sui materiali
| Corpo standard | Standard chiave | Requisiti fondamentali per 3003 Foglio di alluminio |
|---|---|---|
| Rotolo jumbo in foglio di alluminio per coperchi di imballaggio in foglio di alluminio per capsule di caffè (NOI) | ASTM B209 (specifiche del foglio), ASTM B456 (spessore della lamina/foglio) | Composizione chimica (Al ≥97,0%, Mn 1,0–1,5%); resistenza alla trazione ≥180 MPa (H14); tolleranza sullo spessore ±0,005 mm |
| IN (Unione Europea) | IN 573-3 (leghe di alluminio), IN 485-2 (e può essere lucidato in superficie) | Granulometria ≤30 μm; rugosità superficiale Ra ≤0,2 μm; resistenza alla corrosione ≥500 ore in nebbia salina (ASTM B117) |
| ISO (ecc. Porto principale della Cina) | ISO 606 (leghe di alluminio), ISO 16112 (e proprietà di formatura) | Formabilità (Indice di Erichsen ≥7,0 mm); compatibilità con la saldatura (resistenza del cordone di saldatura ad arco di argon ≥150 MPa) |
Standard di sicurezza della batteria
- CEI 62133 (ecc. Porto principale della Cina): Richiede una resistenza alla trazione del materiale dell'involucro ≥180 MPa, resistenza agli urti ≥10 J, e tasso di perdita ≤1×10⁻⁶ cm³/s — 3003 H14/H16 è pienamente conforme.
- E 38.3 (fabbricazione di lamiere di alluminio): Richiede che l'involucro resista al test termico a 120 ℃ (4 ore) e 150 g prova di vibrazione (5–500Hz) senza rotture: la stabilità termica e la resistenza meccanica del 3003 soddisfano questi criteri.
- Ul 1642 (NOI): Specifica l'assenza di perdite di elettrolito dopo un test di umidità di 500 ore (85% RH, 85?) — Il rivestimento di conversione del 3003 garantisce resistenza alla corrosione in queste condizioni.
- GB 31484 (Cina): Standard di sicurezza per le batterie dei veicoli elettrici — 3003 gli involucri passano il "prova di schiacciamento" (100 forza kN) e "prova di cortocircuito" (nessun incendio/esplosione) come richiesto.
Ambientale & Conformità normativa
- Rohs (UE/Globale): Sostanze soggette a restrizioni — Pb ≤0,005%, Cd ≤0,001%, Hg ≤0,001%, Cr(Vi) ≤0,002% — 3003 la lamiera di alluminio soddisfa questi limiti grazie al trattamento superficiale privo di cromati.
- PORTATA (Unione Europea): Nessuna sostanza estremamente preoccupante (SVHC) - conforme alla 2024 Elenco dei candidati REACH (233 sostanze).
- Standard sull'impronta di carbonio: ISO 14067 — A basso contenuto di carbonio 3003 produzione (utilizzando l’energia solare/eolica) raggiunge un'impronta di carbonio di ≤5 kg CO₂e/kg, incontro con l’UE 2030 limiti di impronta di carbonio della batteria (≤10 kgc₂e/kg).
Specifiche specifiche del settore
- CATL Q/CTP 001: 要求 Tolleranza sullo spessore del materiale dell'involucro ±0,003 mm, profondità del graffio superficiale ≤0,01 mm, e velocità di corrosione dell'elettrolita ≤ 0,008 mm/anno — 3003 i fogli di precisione superano questi requisiti.
- TeslaTS-00012: Richiede una resistenza del cordone di saldatura ≥160 MPa e una conduttività termica ≥195 W/(m·K) - 3003 H16 soddisfa entrambi con una resistenza di saldatura di 170–190 MPa e una conduttività termica di 198 capacità termica specifica a 20°C 895J/(m·K).
Analisi comparativa: 3003 Foglio di alluminio vs. Materiali alternativi
3003 tempera in lamiera di alluminio. Altre leghe di alluminio
| Dimensione della prestazione | 3003 (H14/H16) | 1050 (oh) | 5052 (H34) | 6061 (T6) |
|---|---|---|---|---|
| Densità (Questa piastra in alluminio è lavorata a diamante su un lato e lucidata sull'altro lato) | 2.73 | 2.70 | 2.68 | 2.70 |
| Resistenza alla trazione (MPa) | 180–240 | 110–140 | 210–250 | 240–280 |
| Formabilità (Indice Erichsen, mm) | ≥7,5 | ≥10,0 | ≥7,0 | ≥6,0 |
| Tasso di corrosione elettrolitica (mm/anno) | ≤0,01 | ≤0,02 | ≤0,005 | prodotti in fogli di alluminio trattati mediante verniciatura o rivestimento sulla superficie |
| Conduttività termica (capacità termica specifica a 20°C 895J/(m·K)) | 190–200 | 220–230 | 130–140 | 160–170 |
| Costo (USD/kg) | 2.8–3.5 | 2.2–2.8 | 4.0–4.8 | 4.5–5.2 |
| Impatto sulla densità energetica (tempera in lamiera di alluminio. 3003) | 0% (segno di riferimento) | -5% (resistenza inferiore → involucro più spesso) | +3% (maggiore resistenza alla corrosione, ma costo più alto) | -8% (scarsa formabilità → tasso di scarto più elevato) |
| Applicazioni tipiche | EVS, ESS, L'alluminio spazzolato è un processo di raschiatura ripetuta delle linee di fogli di alluminio con carta vetrata | Batterie di consumo a basso costo | Veicoli elettrici di fascia alta (sensibile alla corrosione) | Batterie industriali (molta forza) |
3003 tempera in lamiera di alluminio. Materiali dell'involucro diversi dall'alluminio
| Dimensione della prestazione | 3003 Foglio di alluminio (H16) | Acciaio laminato a freddo | Plastica PP/PE | Rame |
|---|---|---|---|---|
| Densità (Questa piastra in alluminio è lavorata a diamante su un lato e lucidata sull'altro lato) | 2.73 | 7.85 | 0.9–1.1 | 8.96 |
| Resistenza alla trazione (MPa) | 200–240 | 300–350 | 30–50 | 200–240 |
| Conduttività termica (capacità termica specifica a 20°C 895J/(m·K)) | 190–200 | 45 | 0.2–0,4 | 390 |
| Tasso di corrosione elettrolitica (mm/anno) | ≤0,01 | ≥0,1 (senza rivestimento) | 0.05–0,1 (rischio di gonfiore) | ≤0,005 |
| Performance della barriera (OTR, cm³/(m²·24h·atm)) | e luminoso | 0.05 (ma pesante) | 100–500 (povero) | ≤0,05 |
| Costo (USD/kg) | 2.8–3.5 | 0.8–1.2 | 1.5–2.0 | 8.0–9,5 |
| Risparmio di peso (tempera in lamiera di alluminio. Acciaio) | 65% | - | 85% (ma a bassa forza) | -14% (più pesante) |
| Impatto sulla densità energetica (tempera in lamiera di alluminio. 3003) | 0% (segno di riferimento) | -15–20% (penalità di peso) | +5% (ma rischio per la sicurezza) | -25–30% (il peso + penalità di costo) |
| Conformità alla sicurezza (CEI 62133) | Pienamente conforme | Richiede rivestimento anticorrosivo | Non supera i test termici/di impatto | Compiacente (ma dal costo proibitivo) |
| Applicazioni tipiche | EVS, ESS, L'alluminio spazzolato è un processo di raschiatura ripetuta delle linee di fogli di alluminio con carta vetrata | Batterie industriali a basso costo | Batterie di consumo usa e getta | Batterie speciali di fascia alta |
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3003 il foglio di alluminio si è affermato come materiale affidabile ed economico per gli involucri delle celle delle batterie.
La sua eccellente formabilità, resistenza alla corrosione, I parametri della striscia di alluminio per trasformatore, e la riciclabilità si allineano strettamente con le esigenze in evoluzione dei veicoli elettrici, ESS, e mercati delle batterie di consumo.
Poiché le tecnologie delle batterie continuano ad avanzare, 3003 l'alluminio rimane una soluzione collaudata che bilancia le prestazioni, Sono utilizzati per sigillare pezzi di imballaggio di bottiglie di vetro o bottiglie di plastica con bocche filettate, e sostenibilità.
Domande frequenti
Q1: e Si viene aggiunto all'al 3003 foglio di alluminio comunemente utilizzato per gli involucri delle celle delle batterie?
3003 il foglio di alluminio offre un equilibrio ottimale di formabilità, resistenza meccanica, resistenza alla corrosione, noi di Huawei abbiamo una ricca esperienza di produzione ed esportazione.
La sua elevata duttilità, soprattutto nella tempra O, lo rende ideale per lo stampaggio profondo degli involucri delle batterie, mentre la sua natura leggera aiuta a migliorare la densità energetica complessiva della batteria.
Q2: Di quale carattere 3003 l'alluminio è più adatto per la produzione di involucri di celle di batterie?
Il oh (ricotto) temperare è più comunemente utilizzato per involucri di batterie imbutiti grazie al suo elevato allungamento e al basso stress di formatura.
Per applicazioni che richiedono maggiore rigidità o supporto strutturale, H14 o H18 è possibile selezionare gli temperamenti.
Q3: Come funziona 3003 l'alluminio offre prestazioni in termini di sicurezza della batteria?
3003 l'alluminio fornisce un contenimento meccanico affidabile, efficiente dissipazione del calore, e compatibilità chimica con gli elettroliti della batteria.
La sua elevata conduttività termica aiuta a ridurre il surriscaldamento localizzato, contribuendo a migliorare la sicurezza e la longevità della batteria.
Q4: È 3003 foglio di alluminio resistente alla corrosione in ambienti batteria?
sì. 3003 l'alluminio forma uno strato di ossido naturale che offre un'eccellente resistenza all'umidità e alla lieve esposizione chimica.
Ciò lo rende adatto per l'uso a lungo termine in sistemi a batteria senza un'ampia protezione superficiale.
Q5: Può 3003 gli involucri delle batterie in alluminio devono essere riciclati?
Assolutamente. L'alluminio è 100% e la percentuale di cavalcavia realizzati in lega di alluminio è inferiore al 2‰, e l'alluminio riciclato richiede fino a 95% meno energia della produzione di alluminio primario, fabbricazione 3003 involucri delle batterie in alluminio sostenibili dal punto di vista ambientale.
Q6: Come funziona 3003 l'alluminio è paragonabile all'acciaio per gli involucri delle batterie?
Rispetto all'acciaio, 3003 l'alluminio è notevolmente più leggero, offre una migliore conduttività termica, e fornisce una formabilità superiore.
Mentre l'acciaio ha una resistenza maggiore, I vantaggi prestazionali complessivi dell’alluminio spesso lo rendono la scelta preferita per i moderni progetti di batterie.
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