リチウムイオン電池のバリューチェーン分析

この記事は、2017年に欧州連合合同調査センター（JRC）が発行した記事「Lithiumionbatteryvaluechain and relatedopportunitiesforEurope」からの抜粋です。リチウムイオン電池の原材料と加工材料、電池部品、電池製造、電気自動車製造を紹介しています。

1.原材料および加工材料

リチウム、ニッケル、コバルト、マンガン、アルミニウム、銅、シリコン、スズ、チタンなどのリチウムイオン電池、および天然黒鉛などのさまざまな形態の炭素は、地殻または地表水から採掘された原材料から回収されます。

欧州委員会は、3年ごとにレビューおよび更新されるCRM（重要な原材料）のリストを公開しています。新しいCRMリストは2017年にリリースされる予定です。

1.1コバルト

コバルトは、電池、超合金、硬質材料（炭化物、ダイヤモンド工具、顔料、触媒、磁石など）などの多くの産業用途で使用されます。これらの用途では、電池が最大のシェアを占め、約37％に相当します。リチウムイオン電池、コバルトは主要な触媒活物質成分です。

世界の陸域コバルト資源は約2500万トンであることが発見されており、大西洋、インド洋、太平洋のマンガン団塊や貝殻から1億2000万トン以上のコバルトが発見されています。 2016年の初めに、世界のコバルト埋蔵量は7,100万トンと推定されました。コンゴ民主共和国（DRC）は世界最大のコバルト供給国であり、コバルト市場全体の51％を占めており、中国とロシアがそれに続いています。

EUから輸入されるコバルトの大部分はロシアからのものです（96％）。コバルトの代替性は非常に低いです。

1.2天然黒鉛

天然黒鉛には、電極、耐火物、潤滑剤、鋳造所、電池（アノード活物質として）など、多くの産業用途があります。バッテリーアプリケーションのシェアは4％と比較的低いです。

世界の回収可能な黒鉛資源は8億トンを超え、天然黒鉛の埋蔵量は23万トンと推定されています。天然黒鉛の生産は中国に非常に集中しており、世界の生産量の66％を占め、インドが14％、ブラジルが7％を占めています。 EUに輸入される天然黒鉛のほとんどは中国（57％）からのものであり、ブラジル（15％）とノルウェー（9％）がそれに続きます。天然黒鉛は、一部の用途では比較的安価に交換できますが、電池内の他の材料に天然黒鉛を交換することは可能です。

2020年には天然黒鉛市場で大量の過剰生産が発生すると予測されています。

1.3シリコンメタル

シリコンメタルは、化学、顔料、冶金、電子産業で広く使用されています。シリコンおよびシリコン合金は、リチウムイオン電池セルのアノード活物質としても使用されますが、このアプリケーションの現在のシェアは、他のアプリケーションと比較してごくわずかです。

シリコン金属と合金の世界は、何十年にもわたって世界のニーズを満たすためのリソースが豊富です。シリコン源は、珪岩などのさまざまな天然のシリカです。 2015年の世界のシリコン金属生産量は8,100トンに達し、生産は非常に集中していた。中国の生産量は68％、ロシアは8％、米国は5％、ノルウェーは4％でした。 EUに輸入されるシリコン金属のほとんどはノルウェー（38％）からのものであり、ブラジル（24％）、中国（8％）、ロシア（7％）がそれに続きます。シリコンメタルは、すべてのアプリケーションで（非常に）代替性が低くなっています。

シリコンメタル市場は2020年もバランスが保たれると予測されています。

1.4リチウム

リチウムは重要な成分ではありませんが、リチウムイオン電池の重要な部分です。地殻中のリチウムの平均存在量は17ppmと比較的高く、リソスフェアで27番目に豊富な元素となっています。世界のリチウム埋蔵量は12.4億トンと推定されています。

リチウム資源は主に南アメリカ、特にアルゼンチン、チリ、ボリビア、ブラジルに分布しており、世界のリチウム資源の55％は南アメリカにあります。中国はアジアで最大のリチウム資源（約530万トン）を持ち、世界のリチウム資源の約12％に相当します。EUは世界のリチウム資源のシェアが40万トン弱に限られており、ホウケイ酸リチウムのユニークな鉱床がセルビアで発見されました。北米地域は、600万トン近くの大量の資源を特定しました。それらの半分以上は米国にあり、世界のリチウム資源のほぼ8％に相当します。

リチウム製品の実際の世界的な供給市場は、約20万トンの炭酸リチウム当量（LCE）（1 kg LCE = 0.1895 kgリチウム）であり、約83％は、アルベマール（米国）、SQM（チリ）、FMCの4つの主要生産者からのものです。 （米国）と四川天斉（中国）、主な地域はチリ、オーストラリア、アルゼンチン、中国にあります。

2015年、リチウムイオン電池は世界のLCE生産量の約40％を消費し、そのうち14％は電気自動車のバッテリーパックに使用されていました。2025年の予測によると、電気自動車には現在の世界のLCE供給量に相当する20万トンのLCEが必要です。 。

2.バッテリーコンポーネント

2.1カソード材料

リチウムイオン電池の陰極の集電体としてアルミホイルを使用しています。電池用途の箔製造のマーケットリーダーは、住友軽工業（JP）と日本の箔製造（JP）です。

複合遷移金属の酸化物とリン酸塩は、現在、リチウムイオン電池の主要なカソード活物質です。これらには、リチウムコバルト酸化物（LCO）、リチウムマンガンマンガン酸化物（NMC）、リチウムニッケルコバルト酸化物（NCA）、マンガンマンガン酸化物（LMO）、およびリン酸鉄リチウム（LFP）が含まれます。 LCOに加えて、これらの材料はすべて、現在、自動車のリチウムイオン電池に使用されています。 2015年のリチウムイオン電池の正極材の総需要は約14万トンでした。世界のカソード活物質の約25％がHEV、PHEV、EVのリチウムイオン電池に使用されていると推定されています。

カソード活物質の生産はアジアが支配的です。 2015年には、中国が全カソード材料の39％を生産し、日本が19％を生産し、韓国が7％を生産しました。

BASF（DE）、Dow（US）、3M（US）、DuPont（US）、Mitsubishi（JP）、LG Chem（KR）などの企業が最近市場に関心を示しています。

カソード活物質の市場は、2015年の約14万トンから2025年には40万トンへと成長すると見込まれています。NMC（約5倍の成長）、NCA（約3倍の成長）、LMO（2.4倍の成長）が見込まれます。

2.2アノード材料

銅箔は、リチウムイオン電池のアノードの集電体として使用されます。銅箔製造のマーケットリーダーは、古河電工（JP）、日本の箔製造（JP）、日本の電解（JP）です。

アノード活物質には、天然および人工黒鉛、アモルファスカーボン、スズおよび酸化ケイ素合金、チタン酸リチウム（LTO）などのさまざまな炭素質材料が使用されています。

リチウムイオン電池のアノード材料の総市場は2015年に76,000トンを超えました。2005年から2015年の間に、リチウムイオン電池のアノード材料市場は10億ドルの収益と、14％の複合年間成長率（CAGR）を生み出しました。

世界の主要なアノード活物質需要（約30,400トン）の約40％が、HEV、PHEV、BEVのリチウムイオン電池に使用されています。

歴史的に、アノード活物質の生産は日本と中国によって支配されてきました。昭和電工マテリアルズ（JP）が34％、ジャパンカーボン（JP）が19％、BTRエナジー（CN）が12％を占めています。アノード活物質の他の生産者には、三菱化学（JP）、LSMtron Carbonics（KR）、Shanshan Technology（CN）、およびEast Sea Carbon（JP）が含まれます。

SGL（DE）、Imerys（CH）、Heraeus（DE）、3M（米国）、DuPont（米国）、Dow（米国）、Dow Corning（米国）、Envi（米国）など、欧州連合に所在する企業）、ShinEtsu（JP）は最近、リチウムイオン電池用のアノード活物質の市場に関心を示していますが、現在、世界的な供給において重要な役割を果たしていません。

アノード活物質の市場は、2025年に25万トン以上に達すると予想されています。

2.3電解質

世界のリチウムイオン電解質市場の合計は、2015年には62,000トンをわずかに上回りました。

HEV、PHEV、BEVバッテリーの電解質市場は、2010年から2015年にかけて急速に成長し、これらの用途の電解質需要は2010年の約200トンから2015年には20,500トンに増加しました。

カソードおよびアノード活物質と同様に、リチウムイオン電池電解質の生産はアジアのサプライヤーによって支配されています。中国の現在の生産量は（重量で）60％近く、日本で18％、韓国で14％です。 EUの電解質生産者であるBASF（DE）は、2014年に200トンの電解質を生産し、年間の市場全体の約0.4％を占めましたが、2015年には供給が大幅に減少しました。

市場競争は非常に激しく、中国企業は急速に拡大しており、他の企業は減速し、さらには衰退しています。中国最大の電解質生産者の1つであるCapChemは、2015年に8,600トンの電解質を生産し、世界の市場リーダーとなり、電解質市場全体の14％を占めています。 Zhangjiagang Guotai Huarong（GTHR）（CN）は、2015年に8,000トンの電解質を生産し、世界第2位の電解質サプライヤーとなり、電解質市場シェア全体の13％を占めました。対照的に、韓国（Panax-Etecなど）、日本（Mitsui Chemicals、Ubeなど）の電解質生産者は、現在の市場シェアが低下しています。

世界のリチウムイオン電池電解質市場への新規参入者は、LG化学（KR）、デュポン（米国）、ダイキン（JP）などの企業です。

世界規模で、リチウムイオン電池の電解質生産は現在過剰生産能力にあります。現在、日本と韓国では利用可能な生産能力の半分未満しか使用されていませんが、米国とヨーロッパではそれぞれ5％と1％しか使用されていません。

電解質市場は、現在の62,000トンから2025年には235,000トン以上に成長すると予想されています。

2.4セパレーター

2015年のリチウムイオン電池セパレーターの市場価値は約900Mm2でした。

カソードおよびアノードの活物質および電解質と同様に、リチウムイオン電池セパレーター市場はアジアが支配的であり、現在、日本が市場供給全体の48％を占め、中国が17％、韓国が10％を占めています。マーケットリーダーは旭化成（JP）、東レ（JP）、SK（KR）です。米国のセパレーター市場も好調です。 2015年、Celgardの市場シェアは9％、Entekは3％でした。

EUのエボニック（DE）は、セパレーター市場への新規参入企業の1つです。 Litarion（DE）は、リチウムイオン電池電極とセラミックセパレーターを製造する生産能力を持っていますが、2015年の実際の生産量は不明です。

リチウムイオン電池セパレーターの市場は着実に成長し続け、CAGRは約12％になると予想されます。 2025年に市場規模は2,700Mm2に達した。

2.5将来の細胞化学

現代のリチウムイオン電池を超越する可能性があると考えられている化学物質には、a）リチウム金属（Li金属）電池、b）固体電池（SSB）、c）リチウム硫黄（Li-S）電池、d）リチウムが含まれます。空気（リチウム）-空気）バッテリー。

リチウム金属：現在のリチウムイオン電池、特にLi金属陽極をベースにした電池で使用されているLiC6陽極の10倍以上の容量があります。

固体電池：液体固体電池（SSB）の代わりに固体電解質（SE）（無機またはポリマー）を使用します。 SEは、リチウムイオンのみの転送を可能にし、機能的なセパレーターとして機能します。多くの無機SEの主な欠点は、熱力学的安定性が低いことです。ほとんどの固体電解質は、低電位（リチウム金属など）で劣化しやすいです。

Li-S：豊富な硫黄、大容量の硫黄含有カソード、およびリチウムアノードをベースにしたリチウム電池は、低コストで高エネルギー密度のシステムの最も有望な候補の1つと見なされています。

リチウム空気：空気中の酸素を使用するリチウム空気電池は、すべての電池技術の中で最も高い理論エネルギー密度を持ち、1キログラムあたり3,500ワット時に達します。

3.バッテリー製造

2015年のリチウムイオン電池の総売上高は約56億ドル（約60GWhに相当）でした。 2005年から2015年にかけて、売上高と価値の複合年間成長率（CAGR）は、それぞれ22％と15％に達しました。

1990年代初頭、ソニーはリチウムイオン電池の商品化を主導しました。携帯型電子機器の需要の急増により、対応する高性能リチウムイオン電池の需要が高まっています。この市場ではアジアの電池メーカーが支配的です。アジアの企業、特にサムスンSDI（KR）、LG化学（KR）、松下三洋（JP）、ソニー（JP）、BYD（CN）は、リチウムイオン電池の製造を支配していました。

自動車用バッテリーメーカーには、パナソニック（JP）、サムスンSDI（KR）、LG化学（KR）、AESC（JP）、GSYuasa（JP）、リチウムエナジージャパン（JP）、BYD（CN）、万向（CN）などがあります。 、Tianjin Lishen（CN）およびToshiba（JP）

米国クリーンエネルギー製造分析センター（CEMAC）によると、2014年のリチウムイオン電池の全用途の世界的な製造能力は約76.3GWhであり、その製造能力の88％は日本、中国、韓国にありました。 2014年の自動車用リチウムイオン電池の生産能力は27.5GWhで、そのうち79％がアジアにあります。

AvicenneEnergyによると、2015年に使用されたすべてのリチウムイオン電池の世界的な生産能力は約100 GWhであり、そのうち40GWhは携帯型リチウムイオン電池でした。

EUにはリチウムイオン電池の重要な製造能力がなく、公表されている生産能力と実際の生産データはソースごとに異なります。

a）米国クリーンエネルギー製造分析センター（CEMAC）によると、そのレポートはブルームバーグニューエナジーファイナンスコーポレーション（BNEF）のデータに基づいています。 2014年、ヨーロッパのリチウムイオン電池の総生産能力は約1.8GWh（世界の生産能力の2％に相当）でした。そのうち、自動車用リチウムイオン電池の年間生産能力は1.3GWh（世界の自動車用リチウムイオン電池生産能力の5％に相当）です。

b）ドイツ国営電気プラットフォーム「ドイツ国営電気自動車生産プラットフォーム」は、2002年の自動車およびエネルギー貯蔵分野におけるEUの大型リチウムイオン電池の生産能力は1.5GWh /年であると指摘した。

b）AvicenneEnergyの分析によると、2015年のヨーロッパでのリチウムイオン電池の生産能力は1.5GWhに近く、一部の小規模生産者に分配されています。

アジアの対応するものと比較して、ヨーロッパのリチウムイオン電池メーカーの数と相対的なサイズは大幅に小さいです。これらのメーカーの状況は以下のとおりです。

最近Totalに買収されたSAFTは、現在、ヨーロッパで最大のアクティブなリチウムイオン電池の生産者です。フランスのネルサックにある同社の製造施設は、60MWh /年の生産能力を持っています。ただし、2015年のSAFTの実際の生産量は84MWhでした。SAFTバッテリーは、宇宙、軍事、航空機などのさまざまな用途で使用されています。

最近、EnerSysは、英国のカルハムにあるABSL電源ソリューションメーカーを買収しました。これは、宇宙用途向けのリチウムイオン電池のヨーロッパメーカーです。

英国のサーソーにあるAGMBatteriesLtd。は、充電式リチウムイオン電池と非充電式リチウム電池を開発および製造しています。 50 MWhの生産能力を持ち、防衛、石油、ガス市場を含むさまざまな市場にリチウムイオン電池を供給しています。

スイスのルクランシェは、Willst？tt（DE）で生産工場を運営しており、エネルギー貯蔵用途向けのリチウムイオン電池を生産しています。この工場の生産能力は現在100MWhです。

ドイツのノルトハウゼンに本拠を置くEASGermany GmbHは円筒形電池を製造しており、現在、ヨーロッパ、アジア、北米の宇宙、潜水艦、船舶、自動車の用途に展開されています。装置の生産能力は100MWh /年であるが、2015年の実際の生産量は40MWhである。

カーメンツ（DE）のElectrovayaの子会社であるLitarion GmbHは、移動式および固定式のエネルギー貯蔵およびその他の用途向けのリチウムイオン電池のサプライヤーです。さらに、リタリオンには、電極や高性能リチウムイオン電池の重要なコンポーネントを製造する製造能力があります。同社の生産能力は500MWh /年で、2015年の実際の生産量は約25MWhです。 ？

Itzehoe（DE）にあるItzehoeGmbHは、さまざまなアプリケーションとフォーマット向けのリチウムイオン電池を製造しています。同社の生産能力は20MWh /年で、2015年の実際の生産量は1MWhである。

Kelheim（DE）のSSLEnergieGmbHは、電気通信および産業機器、ならびに電気自動車アプリケーション（陸上および水）のエネルギー貯蔵ソリューション用のリチウムイオン電池を製造しています。施設の生産能力は0.1MWh /年ですが、2015年の実際の生産量はごくわずかです。

LiaconGmbHはイツェホー（DE）にあり、大規模なチタン酸リチウムポリマー電池の製造工場があります。

エルヴァンゲン（DE）にあるVARTAMicrobatteryGmbHは、マイクロバッテリーメーカーであり、補聴器バッテリー、ニッケル水素電池、リチウムイオンバッテリーのマーケットリーダーの1つです。 ？

バルカウス（FI）は、ハイブリッドおよび電気ドライブトレインに電力を供給する大型の充電式リチウムイオン電池を開発および製造しています。同社の生産能力は30MWh /年で、2015年の実際の生産量は1MWhである。

Advanced Lithium System Europe SA（ALSES.A。）は、魚雷などの防衛用途で使用するリチウムイオン電池を製造する製造施設をXanthi（GR）に持っています。設備の生産能力は100MWh /年であり、2015年の実際の生産量は0.1MWhである。

Bolloré（FR）は、特殊なタイプのリチウムイオン電池、つまりLi金属アノードを備えた全固体電池を製造しています。 Bolloré（FR）のバッテリー容量は年間500 MWhで、2015年の実際の生産量は120MWhです。

生産コストが高いため、ダイムラーの子会社であるLettek（DE）は、2015年末までにリチウムイオン電池の生産を停止し、ドイツで唯一のEV電池メーカーを閉鎖しました。 BNEFのデータによると、プラントの生産能力は480MWhです。

Renault CEA（フランス原子力代替エネルギー委員会）と日産は、フランスのフリンズに工場を設立し、年間生産能力10万個の自動車用リチウムイオン電池を生産する計画です。現在、1つのバッテリー組立ラインのみが稼働しています。ルノー日産は、2012年にカクシア（ポルトガル、アベイロ）に先進の電気自動車用リチウムイオン電池工場を設立し、年間5万個の電池を生産すると発表した。しかし、この計画は実行されていません。

同時に、成熟したアジアの電池メーカーは、EUにリチウムイオン電池の生産ラインを設立することを計画しています。たとえば、LG化学（KR）は、ポーランド（おそらくヴロツワフ）に、年間50,000個のリチウムイオンカーバッテリーの生産能力を持つ生産工場を設立することを計画しています。サムスンSDI（KR）は、ハンガリーのジャスフェニザルでリチウムイオン電池（電池、モジュール）の製造を開始しました。

リチウムイオン電池市場は、今後数年間で急速に成長すると予想されています。 2020年までに、市場価値は285億米ドルに達するでしょう。 AvicenneEnergyによると、市場価値は2025年までに355億ドルに達しました。

バッテリーパックはEVパワートレインの重要なコンポーネントであり、自動車の総価値の約30％を占めています。 2015年のすべてのアプリケーションのリチウムイオンバッテリーパックの市場価値は20億ドルを超えました。自動車用バッテリーパックの市場価値は、2020年には約213億ドル、2025年には273億ドルに成長すると予想されています。

5.電気自動車の製造

2015年には、世界中で6,850万台以上の乗用車が生産されました。これらのうち、24％、つまり1,650万台以上の乗用車がEUで生産されています。

近年、ハイブリッド電気自動車（HEV）の技術はかなり成熟しています。 2014年には全世界で合計190万台のHEVが販売され、2015年には180万台のHEVが販売されました。ほとんどのHEVは、日本（世界売上高の約60％）と米国（世界売上高の約22％）で販売されています。欧州では、2015年に約234,000台のHEVが販売され、自動車販売全体の1.5％を占めています。歴史的および現在、HEVの主な生産者および供給業者はトヨタ（JP）であり、HEVの世界販売における市場シェアは2014年と2015年にほぼ70％に達しました。トヨタとレクサスのHEVモデルのほとんどは現在NiMHトラクションバッテリーを使用していますが、一般的な市場動向では、NiMHトラクションバッテリーは徐々にリチウムイオンバッテリーに置き換えられます。 AvicenneEnergyは、2020年までにHEVの50％にリチウムイオン電池が搭載され、2025年までにHEVの90％にリチウムイオン電池が搭載されると予測しています。

過去数年間で、PHEVとBEVの生産と販売は急速に成長しました。引用された売上高は出典によって異なります。たとえば、2014年には、世界のPHEVとBEVはそれぞれ89000と318,000〜390,000を販売しました。 2014年にEUで販売されたPHEVとBEVは71,000から100,000の範囲でした。この数は2015年に2倍の150,000〜193,500台になり、世界のPHEVおよびBEVの売上の27％〜35％に相当します。ただし、PHEVとBEVの普及率は、世界中の地域、さらにはEU加盟国でも大きく異なることをここで指摘する必要があります。ノルウェー、オランダ、デンマーク、スウェーデン、その他の国、および米国では、道路上の電気自動車の割合が高くなっています（それぞれ12を超える）12％、8％、1.7％、1.9％）。

2015年、米国のテスラSは、PHEVおよびBEVで世界で最も売れているモデルであり、市場シェアは約11％です。テスラに続くのは、日産リーフ（世界市場シェア9％）と三菱アウトランダーPHEV（市場シェア9％）の2つの日本の生産者です。

ヨーロッパのPHEVモデルとBEVモデルの中で、BMWi3、ルノーゾエ、フォルクスワーゲンゴルフGTEは、それぞれ世界で5位、7位、10位にランクされ、2015年には世界の売上高トップ20に入りました。

ヨーロッパでは、三菱アウトランダーがベストセラーモデル（PHEVとBEVの売上高の約16％）であり、ルノーゾエ（10％）、フォルクスワーゲンゴルフGTE（9％）、テスラS（9％）、日産リーフがそれに続く。 （8％）。

欧州のOEMの中で、BMWは新しい戦略を発表しており、電気自動車事業はさらに成長すると予想されています。 BMWi3の新しいバージョンは2017年に発売され、距離は約200 kmで、価格は5万ドル未満になると予想されています。ルノーは、2017年に最大300キロメートルの範囲でルノーZOEの新しいバージョンの発売を発表しました。価格は約35,000ドルです。

今後2年間だけでも、ダイムラーは70億ユーロをグリーンテクノロジーに投資してきました。この戦略の一環として、メルセデスベンツは2018年にPHEVの生産を拡大し、すべてのモデルの価格が50,000ドルを超えます。ダイムラーはまた、2017年に100キロメートルの範囲で新しいSmartForTwo電気自動車を発売し、その価格は3万ドルをはるかに下回ると予想されています。

フォルクスワーゲンは2020年までに20以上の電気モデルを発売することを決定しましたが、特定のモデルを発表していません。アウディは、2018年までにPHEVアウディe-tronコンセプトに基づく最初の大型電気自動車シリーズの発売を発表しました。ただし、モデルはまだリリースされていません。

ヨーロッパ以外では、他の自動車OEMが、今後2〜3年で発売されるいくつかの電気モデルを提案しています。

テスラは2018年にテスラ3を40,000ドル未満の価格で発売し、300キロメートル以上移動する予定です。

ゼネラルモーターズは2017年にシボレーボルトを40,000ドル未満で発売し、300キロメートル以上移動します。フォードは他の2つの米国OEMと競争しようとはしませんが、約150 kmの軽自動車を、30,000ドル未満のより手頃な価格で提供します。

日本のOEMの中で、日産は2018-2019年に日産リーフのアップデートを開始します。走行距離は300 km、推定価格は40,000ドル未満です。これに先立ち、日産リーフバージョンは2017年に150キロメートルの走行距離を持つと予想されており、価格は3万ドルを超えています。

三菱は2018- 2019年に300キロメートル以上の範囲と40,000ドル未満の価格で新しいeXSUVモデルの発売を発表しました。

韓国の自動車メーカーであるヒュンダイとその姉妹会社である起亜自動車は、2020年までに世界第2位のグリーンカーメーカーになるという野心的な計画を共同で策定しました（最初はトヨタジャパン）。ヒュンダイは、150キロメートルの範囲で新しい全電気SUVを生産しています。ヒュンダイはまた、2017年に150キロメートル以上の航続距離と35,000ドル未満の価格でIoniqの発売を発表しました。起亜は2018年に起亜ソウルエレクトリックBEVの新バージョンを発売する準備をしています。航続距離は約150km、推定価格は約35,000ドルです。

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