CN104137293A - 二次电池、二次电池部件及制造二次电池的方法 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的二次电池包括:包括电极突片的电极组件;被附接到电极突片并包括至少一个引线孔的电极引线;以电极引线被引出到外部的方式容纳电极组件的袋状壳体;在与所述引线孔对应的区域中形成的通风图案部;以及,以介于袋状壳体的内表面和电极引线之间的方式设置的密封带。根据本发明,在由于异常、例如由保护电路的异常运行引起的流过该二次电池的过电流而在袋状壳体内产生气体的情况下,迅速地解除袋状壳体的密封状态,从而能够安全地使用该二次电池。
Description
技术领域
本发明涉及二次电池、二次电池部件及制造二次电池的方法,更具体地,涉及如下一种二次电池、二次电池部件及制造二次电池的方法:该二次电池能够很容易地排出在袋状壳体内产生的气体。
本申请要求2012年4月17日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2012-0039999的优先权,该韩国申请的内容通过引用的方式并入本文。
本申请要求2012年12月21日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2012-0150593的优先权,该韩国申请的内容通过引用的方式并入本文。
背景技术
随着诸如摄像机、手机、便携式电脑等便携式电子产品的有效使用,主要用作这种产品的电源的二次电池变得更加重要。
与通常不能充电的一次性电池不同,二次电池是可充电可放电的。由于诸如数码相机、手机、笔记本电脑、电动工具、电动自行车、电动汽车、混合动力汽车、大容量电力存储设备等的高科技产品的开发,正积极研究这种二次电池。
特别地,与诸如铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等的其它类型的二次电池相比,锂二次电池由于每单位重量的能量密度高且允许快速充电而被更积极地使用。
锂二次电池具有3.6V或更高的工作电压,并用作便携式电子设备的电源,或者,若干个锂二次电池可以并联或串联连接并用于大功率电动汽车、混合动力汽车、电动工具、电动自行车、电力存储装置、UPS等。
由于锂二次电池具有比镍镉电池和镍氢电池高3倍的工作电压,并且也具有良好的每单位重量能量密度,锂二次电池的使用正迅速增加。
根据电解质的种类,锂二次电池可分为使用液体电解质的锂离子电池和使用聚合物固体电解质的锂离子聚合物电池。此外,根据聚合物固体电解质的种类,锂离子聚合物电池可分为不含电解液的固相锂离子聚合物电池和使用了含有电解液的凝胶型聚合物电解质的锂离子聚合物电池。
在多数情况下,使用液体电解质的锂离子电池使用圆柱形或矩形金属罐作为容器,该容器通过焊接而被密封。由于使用这种金属罐的罐式二次电池具有固定形状,使用这种电源的电子产品的设计受到限制,且很难减小体积。因此,已经开发和使用了这样一种袋式二次电池:在该袋式二次电池中,电极组件和电解质被放入由膜制成的袋式包装中,然后被密封。
然而,由于锂二次电池在过热时可能会爆炸,因此,确保其安全性非常重要。锂二次电池可能由于各种因素而过热。例如,当超过极限的过电流流过该锂二次电池时,锂二次电池可能过热。如果过电流流过,锂二次电池会产生焦耳热,这迅速升高了电池的内部温度。此外,温度的迅速升高使电解质分解,这导致热失控(thermal runaway),结果,导致电池的爆炸。当锐利的金属物质刺穿锂二次电池时,当阴极和阳极之间的绝缘由于介于阴极和阳极之间的隔板的收缩而被破坏时,或者当由于连接到外部的充电电路或负载的异常而导致冲击电流被施加到电池上时,会出现过电流。
因此,为了保护该电池免于各种异常情况(例如过电流),将锂二次电池联接到保护电路。该保护电路通常包括熔丝元件,该熔丝元件用于在出现过电流时不可逆地断开充电电流或放电电流所流经的导线。
图1是用于示出保护电路的熔丝元件的布置结构和运行机制的电路图,该保护电路联接到包括锂二次电池的电池组。
如图1所示,该保护电路包括用于在过电流发生时保护电池组的熔丝元件1、用于感测过电流的感测电阻2、用于监测过电流的发生并在过电流发生时操作熔丝元件1的微控制器3、以及用于切换工作电流以流到熔丝元件1的开关4。
熔丝元件1安装在与电池组的最外侧端子连接的主线路上。该主线路是充电电流或放电电流所流经的导线。图1示出了该熔丝元件1安装在高压线路(电池组+)上。
熔丝元件1是一个三端子元件,其中两个端子连接到充电电流或放电电流所流经的主线路,另一个端子连接到开关4。此外,熔丝元件1包括熔丝1a和电阻1b,熔丝1a串联到主线路并在特定温度下熔化而断开,电阻1b将热量施加到熔丝1a。
微控制器3通过定期地检测该感测电阻2两端的电压来监测是否发生了过电流,并且,当确定发生了过电流时,微控制器3接通开关4。然后,流经主线路的电流被转向该熔丝元件1并施加给电阻1b。因此,由电阻1b产生的焦耳热被传导到熔丝1a而升高熔丝1a的温度,并且,当熔丝1a的温度达到熔化温度时,熔丝1a熔化而断开,从而不可逆地断开主线路。如果主线路已断开,则过电流不再流动,这可以解决由过电流引起的问题。
然而,这种技术有很多问题。换句话说,如果微控制器3发生故障,即使发生了过电流,开关4也不能接通。在这种情况下,电流不会流向熔丝元件1的电阻1b,因此,熔丝1将不工作。此外,在该保护电路中另外需要用于布置熔丝元件1的空间,且必须在微控制器3内加载用于控制熔丝元件1的操作的程序算法。因此,该保护电路的空间效率降低了,且微控制器3的负载增大了。因此,急需一种改进的技术来解决这些突出的问题。
发明内容
技术问题
为解决现有技术的问题,已设计出了本发明,因此,本发明的目的是提供一种二次电池,通过在二次电池的温度由于二次电池使用中的异常情况而升高且在袋状壳体内部产生气体时、允许在袋状壳体内产生的气体很容易地排出,可确保该二次电池在使用上的安全性。
问题解决方案
在本发明的一个方面,提供了一种二次电池,其包括:电极组件,该电极组件具有电极突片;电极引线,该电极引线被附接到电极突片并具有至少一个引线孔;袋状壳体,该袋状壳体用于在电极引线被向外引出的状态下容纳电极组件;以及密封带,该密封带介于袋状壳体的内表面和电极引线之间并具有通风图案部,该通风图案部形成在与所述引线孔相对应的区域处。
优选地,所述引线孔可形成为沿电极引线的宽度方向彼此间隔开,并且,所述通风图案部可形成为沿密封带的纵向方向彼此间隔开。
优选地,相邻的通风图案部之间的距离可等于或小于每个通风图案部的宽度。
在本发明的一个实施例中,所述通风图案部可以是槽口。
优选地,该槽口可形成为面向所述电极组件。
可选地,该槽口可具有从由以下形状组成的组中选出的至少一种形状:楔形形状,圆形形状和矩形形状。
优选地,该槽口可具有楔形形状。
优选地,该槽口的深度与宽度的比值可等于或大于0.5。
在本发明的一个实施例中,所述通风图案部可以是通孔。
在本发明的另一实施例中,所述通风图案部中的一些通风图案部可以是通孔,其他的通风图案部可以是槽口。
优选地,所述通孔和槽口可沿密封带的宽度方向彼此间隔开。
可选地,所述电极引线可以是阴极引线和阳极引线中的至少一个。
在本发明中,袋状壳体可具有在其边缘处形成的密封区域,并且所述通风图案部可位于该密封区域内。
在本发明的另一方面,还提供了一种二次电池部件,其包括:电极引线,该电极引线具有至少一个引线孔;以及密封带,该密封带覆盖电极引线的一部分并具有通风图案部,该通风图案部形成在与所述引线孔相对应的区域处。
优选地,所述引线孔可形成为沿电极引线的宽度方向彼此间隔开,并且所述通风图案部可形成为沿密封带的纵向方向彼此间隔开。
优选地,相邻的通风图案部之间的距离可等于或小于每个通风图案部的宽度。
在本发明的一个实施例中,所述通风图案部可以是槽口。
优选地,该槽口的内表面可形成为面向电极组件。
优选地,该槽口可具有楔形形状。
优选地,该槽口的深度与宽度的比值可等于或大于0.5。
在本发明的一个实施例中,所述通风图案部可以是通孔。
在本发明的另一实施例中,所述通风图案部中的一些通风图案部可以是通孔,其他的通风图案部可以是槽口。
优选地,所述通孔和槽口可沿密封带的宽度方向彼此间隔开。
在本发明的另一方面,还提供了一种用于制造二次电池的方法,其包括(a)通过对与密封带附接的电极引线进行冲孔来贯穿密封带的两个表面;(b)将电极引线附接到电极组件;(c)在电极引线被向外引出的状态下将电极组件容纳在袋状壳体内;以及(d)密封该袋状壳体的边缘。
在本发明中,在所述步骤(d)中,被密封的区域可包括所述密封带的被贯穿区域。
有益效果
根据本发明,当由于异常情况而在二次电池的袋状壳体内部产生气体时(例如,当过电流由于保护电路不能正常运行而流过二次电池时),袋状壳体的密封状态被迅速解除,从而确保该二次电池在使用上的安全性。
附图说明
附图示出了本发明的优选实施例,并与上述公开内容一起用于提供对本发明的技术精神的进一步理解。然而,本发明不应解释为仅限于这些图,在这些图中:
图1是用于示出保护电路的熔丝元件的布置结构和运行机制的电路图,该保护电路联接到包括锂二次电池的电池组;
图2a和2b是示出了根据本发明一个实施例的二次电池的平面图;
图3a-3c是示出了图2a的部分M的放大平面图;
图4是沿图3b的线X-X’截取的局部剖视图;
图5是示出了根据本发明另一实施例的二次电池的局部平面图;
图6是沿图5的线Y-Y’截取的局部剖视图;
图7是示出了根据本发明又一实施例的二次电池的局部平面图;
图8是沿图7的线Z-Z’截取的局部剖视图;以及
图9是示出了用于制造根据本发明的二次电池的方法的流程图。
具体实施方式
以下,将参考附图详细地描述本发明的优选实施例。在本描述之前,应该理解的是,在该说明书中使用的术语以及所附权利要求不应被视为受到通常和字典意义的限制,而是在允许发明者限定适当地用于最佳解释的术语的原则的基础上,基于该意义和对应于本发明技术方面的概念来解释。因此,本文所提出的描述仅是仅用于描述目的的优选示例,并不旨在限制本发明的范围,因此应该理解的是,在不背离本发明的精神和范围的情况下可采用其它等同物和变型。
首先,将参考图2至图4描述根据本发明一个实施例的二次电池10。
图2a和2b是示出了根据本发明一个实施例的二次电池的平面图,图3a-3c是示出了图2a的部分M的放大平面图,图4是沿图3b的线X-X’截取的局部剖视图。
参考图2至图4,根据本发明一个实施例的二次电池10包括电极组件11、电极引线12、密封带13和袋状壳体14。
电极组件11包括阴极板11a、阳极板11b、隔板11c和电极突片T。电极组件11可以是隔板11c介于阴极板11a和阳极板11b之间的堆叠式电极组件。尽管在本发明的附图中将电极组件10仅描绘为堆叠式电极组件,但电极组件10也可以是凝胶卷式电极组件。
阴极板11a是通过在由铝(Al)制成的集电器上涂布阴极活性物质而形成的,并且,阳极板11b是通过在由铜(Cu)制成的集电器上涂布阳极活性物质而形成的。
电极突片T与电极板11a,11b一体地形成并对应于电极板11a、11b的未涂覆有电极活性物质的未涂覆部分。换句话说,电极突片T包括与阴极板11a的未涂覆有阴极活性物质的区域相对应的阴极突片以及与阳极板11b的未涂覆有阳极活性物质的区域相对应的阳极突片。
电极引线12由具有薄板形状的金属制成,并附接到电极突片T而从电极组件11向外延伸。电极引线12包括附接到阴极突片的阴极引线和附接到阳极突片的阳极引线。根据阴极突片和阳极突片的形成位置,该阴极引线和阳极引线可在同一方向或相反方向上延伸(参见图2a和2b)。阴极引线和阳极引线可由不同的材料制成。也就是说,阴极引线由与阴极板11a相同的铝(Al)制成,阳极引线由与阳极板11b相同的铜或镀镍铜制成。
阴极引线和/或阳极引线具有至少一个引线孔12a。当电极引线12具有多个引线孔12a时,这些引线孔12a沿电极引线12的宽度方向彼此间隔开。引线孔12a与稍后描述的形成在密封带13处的通风图案部13a一起允许袋状壳体14很容易地解除密封。
密封带13在电极引线12的宽度方向上附接到电极引线12的边缘并介于袋状壳体14的内表面和电极引线12之间。此外,密封带13由具有绝缘特性和热粘合特性的膜制成。密封带13可包括从由以下项组成的组中选出的至少一个材料层(单层或多层):聚酰亚胺(PI),聚丙烯(PP),聚乙烯(PE),聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。密封带13防止了袋状壳体14的金属层和电极引线12之间的短路,并提高了袋状壳体14的密封性。
密封带13具有至少一个通风图案部13a,该通风图案部13a被构造成:在与形成在电极引线12中的引线孔12a对应的位置处具有与引线孔12a相对应的尺寸。通风图案部13a对应于在密封带13的表面处沿厚度方向形成有预定深度的槽口,该槽口面向电极组件10。当形成有多个槽口13a时,这些槽口13a沿密封带13的纵向方向彼此间隔开。如果相邻的槽口13a之间的距离小于每个槽口13a的宽度w,则可以实现更好的通风效果。
槽口13与形成在电极引线12处的引线孔12a连通,从而,当在袋状壳体14内部产生气体时,压力将集中在槽口13a的内表面上,这确保很容易地解除该密封带13和袋状壳体14之间的接合。如图3a至图3c所示,槽口13a可以形成为各种形状,例如楔形形状、圆形形状、矩形形状等。
特别地,如果槽口13具有楔形形状,当在袋状壳体14内部产生气体时,借助于集中在槽口13a的边缘角部上的压力,可沿着线L更容易地解除该密封带13和袋状壳体14之间的接合。当具有楔形形状的槽口13a的深度与宽度的比值d/w增大时,袋状壳体14的通风效果变得更优异。为了获得显著的通风效果,该比值d/w优选等于或大于约0.5。
袋状壳体14由在其内表面上形成有热粘合层的铝制袋状膜形成。通过在容纳电极组件11的状态下对袋状壳体14的边缘进行热粘合,以便在电极引线被向外引出的状态下密封该袋状壳体14,并且,根据二次电池10的类型,被密封的袋状壳体14填充有液体电解质、固体电解质或凝胶型电解质(未示出)。此时,被热粘合的密封区域S包括形成有槽口13a的区域A(参见图3a和4)。因此,当在袋状壳体14内部产生气体时,集中在槽口13a的压力被施加到袋状壳体14的内表面,所以,可以更容易地解除该密封带13和袋状壳体14之间的接合。
由于根据本发明一个实施例的二次电池20包括形成在密封带13处的槽口(即通风图案部13a)以及形成在与上述通风图案部13a相对应的位置处的引线孔12a,如下文所述,这能够同时确保良好的安全性和制造的容易性。
换句话说,在二次电池仅具有通风图案部13a的情况下,可通过以下方式来制造该二次电池:在密封带处形成通风图案部13a之后将该密封带附接到电极引线,或者,通过在将密封带附接到电极引线之后在密封带处形成通风图案部13a,但上述两个过程都不能容易地进行。
更特别地,在密封带处形成通风图案部13a之后将该密封带附接到电极引线的情况下,难以将通风图案部13a附接在电极引线的精确位置。相反,如果在密封带附接到电极引线之后在该密封带处形成通风图案部13a,由于密封带和电极引线之间的强力接合,难以形成通风图案部13a。因此,如本申请中,如果二次电池20同时具有通风图案部13a和引线孔12,则可通过冲孔等很容易地制造二次电池部件。这里,该二次电池部件是指附接有密封带的电极引线。
此外,在该二次电池部件仅具有通风图案部13a的情况下,当袋状壳体14的热粘合层和密封带13被热粘合时,通风图案部13a的中空空间可能被堵塞。
换句话说,在该热粘合过程中,袋状壳体14的热粘合层可能融化并填充该通风图案部13a的中空空间。在这种情况下,预计无法实现良好的通风效果。然而,引线孔12a可起到防止这种现象的作用。
接下来,将参考图5和图6描述根据本发明另一实施例的二次电池20。
图5是示出了根据本发明另一实施例的二次电池的局部平面图,图6是沿图5的线Y-Y’截取的局部剖视图。
参考图5和图6,本实施例的二次电池20包括电极组件21、电极引线22、密封带23和袋状壳体24。与前一实施例的二次电池10相比,本实施例的二次电池20除了电极引线22和密封带23的结构之外基本与二次电池10相同。因此,在描述二次电池20时,将仅详细描述其区别特征并将省略任何重复的细节。
电极引线22具有至少一个引线孔22a,并且密封带23具有通风图案部23a,该通风图案部23a被形成为在与引线孔22a对应的位置处具有与引线孔22a相对应的尺寸。通风图案部23a对应于通孔而不是槽口,并且可以形成为各种形状,例如带圆角的楔形形状,圆形形状,矩形形状等。通孔23a的形成区域B被包括在袋状壳体24的密封区域S中。因此,如果在袋状壳体24内部产生气体,压力通过通孔23a而集中在具有弱接合的区域,因此,能够很容易地解除该密封带23和袋状壳体24之间的接合。
接下来,将参考图7和图8描述根据本发明另一实施例的二次电池30。
图7是示出了根据本发明另一实施例的二次电池的局部平面图,图8是沿图7的线Z-Z’截取的局部剖视图。
参考图7和8,本实施例的二次电池30包括电极组件31、电极引线32、密封带33和袋状壳体34。与先前实施例的二次电池10、20相比,本实施例的二次电池30除了电极引线32和密封带33的结构之外基本与先前实施例的二次电池10、20相同。因此,在描述二次电池30时,将仅详细描述其区别特征并将省略任何重复的细节。
电极引线32包括至少一个第一引线孔32a和一个第二引线孔32b,并且密封带33包括第一通风图案部33a和第二通风图案部33b,该第一通风图案部33a被形成为在与第一引线孔32a对应的位置处具有与第一引线孔32a相对应的尺寸,该第二通风图案部33b被形成为在与第二引线孔32b对应的位置处具有与第二引线孔32b相对应的尺寸。第一通风图案部33a和第二通风图案部33b分别对应于槽口和通孔,并且它们可以形成为各种形状,例如楔形形状、圆形形状、矩形形状等。通过第一引线孔32a和槽口33a获得的效果与先前实施例的二次电池中相同,并且,通过第二引线孔32b和通孔33b获得的效果与先前实施例的二次电池20中相同。因此,将不再描述这种效果。
同时,第一引线孔32a和第二引线孔32b沿电极引线32的纵向方向并排形成,因此,槽口33a和33b也可沿密封带33的宽度方向并排形成。在这种情况下,不仅通过槽口33a还通过通孔33b来使压力集中,这允许更容易地解除该密封带33和袋状壳体34之间的接合。
接下来,将参考图9描述用于制造根据本发明的二次电池的方法。
图9是示出了用于制造根据本发明的二次电池的方法的流程图。
参考图9,用于制造根据本发明的二次电池10、20、30的方法包括:(S1)对与密封带13附接的电极引线12进行冲孔;(S2)将电极引线12附接到电极组件11;(S3)将电极组件11容纳在袋状壳体14内;以及(S4)密封该袋状壳体14的边缘。
在步骤S1中,对与密封带13附接的电极引线12进行冲孔,以贯穿密封带13的两个相反表面。换句话说,在步骤S1中,在电极引线12中形成至少一个引线孔12a并在密封带13中、在与引线孔12a对应的位置处形成具有与引线孔12a相对应的尺寸的槽口13a和/或通孔23a。
在步骤S2中,已经通过步骤S1制备的该二次电池部件被附接到电极组件11的电极突片11a。
在步骤S3中,将电极组件11放置在袋状壳体14内,使得电极引线12从袋状壳体14中引出。
在步骤S4中,密封该袋状壳体14的边缘,使得该密封区域S包括所述密封带的被贯穿区域A、B。
通过使用上述方法制造的二次电池10、20、30具有以下结构:当由于二次电池的异常现象而在袋状壳体内部产生气体时,该结构能够容易地从袋状壳体中排出气体,从而确保该二次电池在使用上的安全性。
已经详细地描述本发明。然而,应该理解,由于在本发明精神和范围内的各种变化和修改将从该详细说明中对本领域技术人员变得明显,虽然它们指出了本发明的优选实施例,详细描述和具体示例仅通过说明的方式给出。
Claims (25)
1.一种二次电池,包括:
电极组件,所述电极组件具有电极突片;
电极引线,所述电极引线被附接到电极突片并具有至少一个引线孔;
袋状壳体,所述袋状壳体用于在所述电极引线被向外引出的状态下容纳所述电极组件;以及
密封带,所述密封带介于所述袋状壳体的内表面和所述电极引线之间并具有通风图案部,所述通风图案部形成在与所述引线孔相对应的区域处。
2.根据权利要求1所述的二次电池,
其中,所述引线孔被形成为沿所述电极引线的宽度方向彼此间隔开,并且
其中,所述通风图案部被形成为沿所述密封带的纵向方向彼此间隔开。
3.根据权利要求2所述的二次电池,其中,相邻的通风图案部之间的距离等于或小于每个通风图案部的宽度。
4.根据权利要求1所述的二次电池,其中,所述通风图案部是槽口。
5.根据权利要求4所述的二次电池,其中,所述槽口被形成为面向所述电极组件。
6.根据权利要求4所述的二次电池,其中,所述槽口具有从以下形状组成的组中选出的至少一种形状:楔形形状,圆形形状和矩形形状。
7.根据权利要求5所述的二次电池,其中,所述槽口具有楔形形状。
8.根据权利要求7所述的二次电池,其中,所述槽口的深度与宽度的比值等于或大于0.5。
9.根据权利要求1所述的二次电池,其中,所述通风图案部是通孔。
10.根据权利要求1所述的二次电池,其中,所述通风图案部中的一些通风图案部是通孔,其他的通风图案部是槽口。
11.根据权利要求10所述的二次电池,其中,所述通孔和所述槽口沿所述密封带的宽度方向彼此间隔开。
12.根据权利要求1所述的二次电池,其中,所述电极引线是阴极引线和阳极引线中的至少一个。
13.根据权利要求1所述的二次电池,
其中,所述袋状壳体具有在所述袋状壳体的边缘处形成的密封区域,并且
其中,所述通风图案部位于所述密封区域内。
14.一种二次电池部件,包括:
电极引线,所述电极引线具有至少一个引线孔;以及
密封带,所述密封带覆盖所述电极引线的一部分并具有形成在与所述引线孔相对应的区域处的通风图案部。
15.根据权利要求14所述的二次电池部件,
其中,所述引线孔被形成为沿所述电极引线的宽度方向彼此间隔开,并且
其中,所述通风图案部被形成为沿所述密封带的纵向方向彼此间隔开。
16.根据权利要求15所述的二次电池部件,其中,相邻的通风图案部之间的距离等于或小于每个通风图案部的宽度。
17.根据权利要求14所述的二次电池部件,其中,所述通风图案部是槽口。
18.根据权利要求17所述的二次电池部件,其中,所述槽口的内表面被形成为面向所述电极组件。
19.根据权利要求17所述的二次电池部件,其中,所述槽口具有楔形形状。
20.根据权利要求17所述的二次电池部件,其中,所述槽口的深度与宽度的比值等于或大于0.5。
21.根据权利要求14所述的二次电池部件,其中,所述通风图案部是通孔。
22.根据权利要求14所述的二次电池部件,其中,所述通风图案部中的一些通风图案部是通孔,其他的通风图案部是槽口。
23.根据权利要求22所述的二次电池部件,其中,所述通孔和所述槽口沿所述密封带的宽度方向彼此间隔开。
24.一种制造二次电池的方法,包括:
(a)通过对与密封带附接的电极引线进行冲孔来贯穿所述密封带的两个表面;
(b)将所述电极引线附接到电极组件;
(c)在所述电极引线被向外引出的状态下将所述电极组件容纳在袋状壳体内;以及
(d)密封所述袋状壳体的边缘。
25.根据权利要求24所述的制造二次电池的方法,其中,在所述步骤(d)中,被密封的区域包括所述密封带的被贯穿区域。
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