CN104838523B - 电气装置的隔膜输送装置及其输送方法 - Google Patents
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Abstract
一种将第1电极(正极(10))、和极性与第1电极的极性不同的第2电极(负极(20))隔着包含作为基材的熔融材料(31)和层叠于熔融材料的单面且熔融温度高于熔融材料的熔融温度的耐热材料(32)的隔膜(30)交替层叠并进行输送的隔膜输送装置,该隔膜输送装置包括用于与隔膜相抵接来输送隔膜的驱动构件(夹持辊(530、630))、和隔着隔膜向驱动构件施力并且与驱动构件从动的加压构件(加压辊(520、620)),驱动构件使用与隔膜的熔融材料的部分相抵接的隔膜输送装置,从而能够将在作为基材的熔融材料上层叠耐热材料而形成的隔膜的输送尺寸设为恒定并进行输送。
Description
技术领域
本发明涉及电气装置的隔膜输送装置及其输送方法。
背景技术
以往,例如二次电池这样的电气装置利用外封装材料将进行充放电的发电元件密封。发电元件通过层叠电极和隔膜而构成。隔膜被加热时容易收缩。在隔膜收缩时,局部产生短路,而导致电气装置的输出降低。
于是,采取有这样的对策:使用相对于作为基材的熔融材料层叠耐热材料而形成的隔膜,即使在该隔膜被加热的情况下也能够防止收缩,该耐热材料相对于作为基材的熔融材料具有高于该熔融材料的熔点的熔点。
然而,存在这样的结构:以将纵长的隔膜的两个表面夹入纵长的正极板和负极板之间的方式输送隔膜并将隔膜接合。即,在该隔膜的一面层叠有正极板,在隔膜的另一面层叠有负极板。由于正极板和负极板的材质不同,因而剥离难易度也不同(例如参照专利文献1。)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2009-181832号公报
然而,上述专利文献1的装置不是考虑到在对在基材上层叠其他构件而形成的纵长构件进行输送时因材质不同而使得剥离难易度不同等、并在此基础上确保其输送尺寸的精度地进行输送的结构。
在这样的结构中,例如,对于在作为基材的熔融材料上层叠耐热材料而形成的隔膜,在该耐热材料被削除或剥离的情况下,可能导致隔膜的输送尺寸变动。
发明内容
发明要解决的问题
本发明即是为了解决上述的课题而做成的,其目的在于提供能够将在作为基材的熔融材料上层叠耐热材料而形成的隔膜的输送尺寸设为恒定并进行输送的电气装置的隔膜输送装置及其输送方法。
用于解决问题的方案
达成上述目的的本发明的电气装置的隔膜输送装置将第1电极、和极性与第1电极的极性不同的第2电极隔着隔膜交替层叠并进行输送。使用隔膜,该隔膜包含作为基材的熔融材料和层叠于熔融材料的单面且熔融温度高于熔融材料的熔融温度的耐热材料。该电气装置的隔膜输送装置包括用于与隔膜相抵接来输送隔膜的驱动构件和隔着隔膜向驱动构件施力并且从动于驱动构件的加压构件。在此,驱动构件与隔膜的熔融材料的部分相抵接。
另外,在达成上述目的的本发明的电气装置的隔膜输送方法中,将第1电极、和极性与第1电极的极性不同的第2电极隔着隔膜交替层叠并进行输送。使用隔膜,该隔膜包含作为基材的熔融材料和层叠于熔融材料的单面且熔融温度高于熔融材料的熔融温度的耐热材料。使用用于与隔膜相抵接来输送隔膜的驱动构件和隔着隔膜向驱动构件施力并且从动于驱动构件的加压构件来输送隔膜。在此,驱动构件与隔膜的熔融材料的部分相抵接。
附图说明
图1是表示由包括有本实施方式的隔膜输送装置的隔膜接合装置将隔膜接合而成的电气装置的立体图。
图2是表示由包括有本实施方式的隔膜输送装置的隔膜接合装置将隔膜接合而成的电气装置的分解立体图。
图3是表示在利用包括有本实施方式的隔膜输送装置的隔膜接合装置将正极由一对隔膜装袋而形成的袋装电极的两端分别层叠了负极后的状态的立体图。
图4是表示本实施方式的图3所示的4-4线处的剖视图。
图5是表示包括有本实施方式的隔膜输送装置且将电气装置的隔膜的接合隔膜接合装置的立体图。
图6是表示本实施方式的隔膜输送装置附近的侧视图。
图7是表示对比例的隔膜输送装置附近的侧视图。
具体实施方式
以下,参照附图说明本发明的实施方式。在附图的说明中对相同的要素标注相同的附图标记并省略重复说明。为了方便说明,可能存在附图中的各构件的大小、比例被放大而与实际的大小、比例不同的情况。
本实施方式
首先,参照图1~图4说明利用包括有本实施方式的隔膜输送装置500、600的隔膜接合装置100输送隔膜30、且使该隔膜30彼此之间接合的电气装置1的结构。
图1是表示由包括有隔膜输送装置500、600的隔膜接合装置100将隔膜30接合而成的电气装置1的立体图。图2是表示由包括有隔膜输送装置500、600的隔膜接合装置100将隔膜30接合而成的电气装置1的分解立体图。图3是表示在利用包括有隔膜输送装置500、600的隔膜接合装置100将正极10由一对隔膜30装袋而形成的袋装电极50的两端分别层叠了负极20后的状态的立体图。图4是图3所示的4-4线处的剖视图。
如图1所示,电气装置1例如相当于锂离子二次电池、聚合物锂电池、镍氢电池、镍铬电池。如图2所示,电气装置1利用外封装材料40将进行充放电的发电元件60密封。发电元件60通过将由一对隔膜30夹持正极10且使该一对隔膜30接合而成的袋装电极50、与负极20交替地层叠而构成。
正极10相当于第1电极,如图2所示,通过在作为导电体的正极集电体11的两个表面粘结正极活性物质12而形成。用于将电力导出的正极电极端子11a自正极集电体11的一端的一部分延伸形成。多个层叠后的正极10的正极电极端子11a通过焊接或粘接而相互固定。
正极10的正极集电体11的材料例如使用铝制金属板网(アルミニウム製エキスパンドメタル)、铝制网(日文:アルミニウム製メッシュ)或铝制冲孔网(日文:アルミニウム製パンチドメタル)。在电气装置1为锂离子二次电池的情况下,正极10的正极活性物质12的材料使用各种氧化物(LiMn2O4这样的锂锰氧化物;二氧化锰;LiNiO2这样的锂镍氧化物;LiCoO2这样的锂钴氧化物;含锂的镍钴氧化物;含锂的非晶质五氧化二钒)或硫属化合物(二硫化钛、二硫化钼)等。
负极20相当于与第1电极(正极10)极性不同的第2电极,如图2所示,通过在作为导电体的负极集电体21的两个表面粘结负极活性物质22而形成。为了不与形成于正极10的正极电极端子11a重叠,负极电极端子21a自负极集电体21的一端的一部分延伸形成。负极20的长度方向上的长度大于正极10的长度方向上的长度。负极20的宽度方向上的长度等于正极10的宽度方向上的长度。多个层叠后的负极20的负极电极端子21a通过焊接或粘接而相互固定。
负极20的负极集电体21的材料例如使用铜制金属板网(日文:銅製エキスパンドメタル)、铜制网(日文:銅製メッシュ)、或铜制冲孔网(日文:銅製パンチドメタル)。在电气装置1为锂离子二次电池的情况下,负极20的负极活性物质22的材料使用能够吸收锂离子并释放的碳材料。这样的碳材料例如使用天然石墨、人造石墨、碳黑、活性碳、碳纤维、焦炭、或将有机前体(酚醛树脂、聚丙烯腈、或纤维素)在非活性气氛中进行热处理而合成的碳。
如图2所示,隔膜30设于正极10与负极20之间,将该正极10和负极20电气隔离。隔膜30在正极10与负极20之间保持电解液,从而保证离子的传导性。隔膜30形成为矩形状。隔膜30的长度方向上的长度大于负极20的长度方向上的除负极电极端子21a的部分以外的长度。
如图4所示,该隔膜30例如通过在熔融材料31的单面上层叠耐热材料32而形成。耐热材料32的熔融温度高于熔融材料31的熔融温度。耐热材料32的熔融温度高于熔融材料31。当层叠在熔融材料31上的耐热材料32被削除时,在该耐热材料32的表面产生凹凸而导致摩擦力变化。而且,当层叠在熔融材料31上的耐热材料32剥离时,导致熔融材料31的表面露出。
相邻接的一对隔膜30以耐热材料32彼此相面对的状态接合。因而,即使耐热材料32例如为涂布在熔融材料31上并变干了的易飞散的粉末,也能够将该粉末封入相邻接的一对隔膜30的内部并密封。即,即使电气装置1振动或受到冲击,也能够防止隔膜30的耐热材料32在该电气装置1内的飞散。
隔膜30的熔融材料31的材料例如使用聚丙烯。熔融材料31浸渍有通过在非水溶剂中溶解电解质而调制而成的非水电解液。为了保持非水电解液,而使熔融材料31含有聚合物。
隔膜30的耐热材料32的材料例如使用在高温下将无机化合物成形而成的陶瓷。陶瓷由通过将二氧化硅、氧化铝、锆氧化物、钛氧化物等的陶瓷粒子与粘合剂结合而形成的多孔质体构成。耐热材料32的材料不限定于陶瓷,只要是熔融温度高于熔融材料31的熔融温度的材料即可。陶瓷粒子相当于粉末,例如依赖于粘合剂的粘合程度、密度而使结合力不同,从而影响剥离强度。
如图2所示,外封装材料40例如由内部具备金属板的层压片41、42构成,自两侧覆盖并对发电元件60进行密封。在利用层压片41、42密封发电元件60时,将该层压片41、42的周围的一部分开放,且将周围的其他部分通过热焊等密封。自层压片41、42的开放的部分注入电解液,使隔膜30等浸渍电解液。通过将内部减压而自层压片41、42的开放部排出空气,且将该开放部也进行热熔接,从而完全地密封。
层压片41、42的材料例如使用层叠的三种材料。具体而言,与负极20相邻接的第一层的热熔接性树脂的材料例如使用聚乙烯(PE)、离聚物、或乙烯醋酸乙烯酯(EVA)。第二层的金属箔例如使用Al箔或Ni箔。第三层的树脂膜例如使用具有刚性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或尼龙。
接着,参照图5~图7说明输送电气装置1的隔膜30的输送方法、将该输送方法具体化的隔膜输送装置500、600、以及包括有该隔膜输送装置500、600且将所输送的隔膜30彼此之间接合的隔膜接合装置100。
图5是表示包括有隔膜输送装置500、600且将电气装置1的隔膜30接合的隔膜接合装置100的立体图。图6是表示隔膜输送装置500附近的侧视图。图7是表示对比例的隔膜输送装置1000附近的侧视图。
在此,还可以在输送隔膜30且通过利用加热加压构件710对该隔膜30彼此之间加压并且加热而使其相互接合之后,在该一对隔膜30之间插入正极10。然而,从量产性、品质的观点看,说明在输送的过程中利用加热加压构件710对夹持有正极10的隔膜30彼此之间加热并且加压来使其相互接合的结构。
如图5所示,在隔膜接合装置100中,正极10以卷成卷状的方式保持于正极缠绕辊210。正极缠绕辊210具有圆柱形状,跟随后述的吸引输送机310的旋转而向顺时针方向旋转。自正极缠绕辊210上输出的正极10借助输送辊220朝向后述的真空吸引输送鼓540、640的方向输送。
吸引输送机310包括环形皮带,在其表面设有多个吸引口。吸引输送机310的内周面设有多个旋转辊320。多个旋转辊320之中的一个旋转辊320为设有动力的驱动辊,其他的旋转辊320为从动辊。利用多个旋转辊320向顺时针方向旋转的吸引输送机310例如在比真空吸引输送鼓540、640靠正极10的输送方向的下游侧、和上游侧分别配设有两组。
用于切断正极10的切断构件410、420配置在比真空吸引输送鼓540、640配设得靠正极10的输送方向下游侧的两组吸引输送机310之间。切断构件410在顶端设有直线状的尖锐的切断刃,用于切断连续的正极10的一端。切断构件420在顶端设有弯折的尖锐的切断刃,用于切断刚刚切断了一端之后的正极10的另一端。切断构件420的弯折的切断刃的形状对应于正极电极端子11a的形状。
一对隔膜30中的一个隔膜30以卷成卷状的方式保持于隔膜缠绕辊510。一个隔膜30的靠熔融材料31那一侧抵接于隔膜缠绕辊510的轴心。隔膜缠绕辊510具有圆柱形状,随着与输送装置相当的真空吸引输送鼓540的旋转而向逆时针方向旋转。一个隔膜30由加压辊520和夹持辊530夹持且以施加有恒定的张力的状态输送,在被真空吸引输送鼓540真空吸附的状态下向逆时针方向旋转。真空吸引输送鼓540具有圆柱形状且设有多个吸引口。一个隔膜30被靠近真空吸引输送鼓540设置且顶端设有尖锐的切断刃的切断构件430以恒定的宽度切断。
隔膜输送装置500包括加压辊520和夹持辊530。夹持辊530相当于驱动构件,例如,与隔膜30的熔融材料31抵接的夹持部530a包括聚氨酯等的橡胶构件,形成为能够旋转的圆柱形状或圆筒形状。利用隔着变速齿轮等的驱动马达531使夹持辊530旋转。加压辊520相当于加压构件,例如,与隔膜30的耐热材料32相抵接的部分由金属构成,形成为能够旋转的圆柱形状或圆筒形状。在夹持辊530与加压辊520之间的间隙500s中夹持隔膜30。
夹持辊530、630不与可能被削除或剥离的耐热材料32的部分相抵接,而是与作为基材的熔融材料31的部分相抵接。因而,能够将在熔融材料31上层叠耐热材料32而形成的隔膜30的输送尺寸设为恒定并进行输送。隔膜30的熔融材料31的部分抵接于与隔膜30相抵接且用于输送该隔膜30的夹持辊530、630的一侧,因此,不会对耐热材料32施加过度的应力。因而,能够防止隔膜30的耐热材料32自熔融材料31剥离,或在耐热材料32上产生接触伤痕。
一对隔膜30中的另一隔膜30以卷成卷状的方式保持于隔膜缠绕辊610。另一隔膜30的熔融材料31的部分抵接于隔膜缠绕辊610的轴心。隔膜缠绕辊610具有圆柱形状,随着与输送装置相当的真空吸引输送鼓640的旋转而向顺时针方向旋转。另一隔膜30由加压辊620、夹持辊630夹持且在施加有恒定的张力的状态下输送,在真空吸附于真空吸引输送鼓640的状态下向顺时针方向旋转。真空吸引输送鼓640具有圆柱形状且设有多个吸引口。另一隔膜30被靠近真空吸引输送鼓640设置且在顶端设有尖锐的切断刃的切断构件440以恒定的宽度切断。
隔膜输送装置600包括与隔膜输送装置500相同的结构。隔膜输送装置600包括加压辊620和夹持辊630。夹持辊630相当于驱动构件,例如,与隔膜30的熔融材料31抵接的夹持部包括聚氨酯等的橡胶构件,形成为能够旋转的圆柱形状或圆筒形状。利用隔着变速齿轮等的未图示的驱动马达使夹持辊630旋转。加压辊620相当于加压构件,例如,与隔膜30的耐热材料32抵接的部分由金属构成,形成为能够旋转的圆柱形状或圆筒形状。在夹持辊630与加压辊620之间的间隙内夹持隔膜30。
在真空吸引输送鼓540、640之间的间隙的部位,一对隔膜30以夹持正极10的方式以层叠有一个隔膜30、正极10、以及另一隔膜30的状态进行输送。
加热加压构件710配设在一对隔膜30的长度方向上的两端的上方和下方,以夹入该一对隔膜30后分开的方式上下移动。夹持有正极10的一对隔膜30彼此接合,而形成袋装电极50。一对隔膜30以彼此的耐热材料32相面对的方式配设。加热加压构件710例如由不锈钢、铜构成,形成为长方体形状。加热加压构件710利用未图示的驱动部上下移动。加热加压构件710例如利用电热丝、加热灯加热。
多个加热加压构件710自上下方向夹持一对隔膜30的长度方向上的两端,将该一对隔膜30接合。此时,一对隔膜30利用加热加压构件710加热并加压。加热加压构件710设定为使一对隔膜30的熔融材料31熔融且不使耐热材料32熔融的温度。因而,因加热加压构件710熔融的熔融材料31被加压,从而隔膜30彼此接合。然后,多个加热加压构件710与接合完成的一对隔膜30分开。在上述的隔膜接合方法中,加热加压构件710对夹持有正极10的一对隔膜30进行加热且加压,将该一对隔膜30接合。这样的一对隔膜30的接合工序相当于形成量产性、品质的方面优越的、所谓的袋装电极50的工序。
袋装电极吸盘810将完成的袋装电极50暂时载置在规定的载置台850上。袋装电极吸盘810形成为板状,在与袋装电极50相抵接的面设有多个吸引口。袋装电极吸盘810例如以未图示的空压机等为动力且连结于伸缩自如的伸缩部820的一端。伸缩部820的另一端连结于板状的支承构件830。支承构件830例如利用未图示的转动马达沿一对导轨840进行往返运动。这样,袋装电极吸盘810利用伸缩部820、支承构件830、以及一对导轨840吸引由吸引输送机310输送来的袋装电极50并使其移动,从而载置在载置台850上。
根据上述的输送电气装置1的隔膜30的输送方法、将该输送方法具体化的隔膜输送装置500、600,能够起到以下的作用效果。
电气装置1的隔膜输送装置500、600用于将正极10、和极性与正极10的极性不同的负极20隔着隔膜30交替层叠并进行输送。使用隔膜30,该隔膜30包括作为基材的熔融材料31和在熔融材料31的单面上层叠且熔融温度高于熔融材料31的熔融温度的耐热材料32。该隔膜输送装置500、600包括用于与隔膜30相抵接来输送隔膜30的夹持辊530、630、和隔着隔膜30向夹持辊530、630施力并且与夹持辊530、630从动的加压辊520、620。在此,夹持辊530、630与隔膜30的熔融材料31的部分相抵接。
根据这样的结构,夹持辊530、630不与可能被削除或剥离的耐热材料32的部分相抵接,而与作为基材的熔融材料31的部分相抵接。因而,能够将在熔融材料31上层叠耐热材料32而形成的隔膜30的输送尺寸设为恒定并进行输送。
因而,与电极交替层叠的隔膜30不会产生位置偏移。即,能够防止将电极和隔膜30交替层叠而成的电气装置1由于隔膜30的位置偏移而导致的电气特性劣化。
而且,根据这样的结构,在与隔膜30相抵接且用于施加输送该隔膜30的力的夹持辊530、630这一侧抵接有隔膜30的熔融材料31的部分,因此,不会对耐热材料32施加过度的应力。因而,能够防止隔膜30的耐热材料32自熔融材料31剥离或在耐热材料32上产生接触伤痕。
而且,根据这样的结构,能够抑制隔膜30的耐热材料32被削除且飞散的量,因此,不必设置用于清扫被削除且飞散的耐热材料32的清洁机构。假设即使在设置清洁机构的情况下,也能够使其构造较大程度地简单化。
而且,根据这样的结构,在改良以往的装置而构成本实施方式的隔膜输送装置500的情况下,只需更换夹持辊530、630和加压辊520、620的配置即可,因此,容易对装置进行改造,从而能够在短时间内对装置进行改造,而不会使装置的改造产生费用。
而且,在本实施方式中,能够利用弹性材料形成夹持辊530、630的与隔膜30的熔融材料31相抵接的部分,利用金属形成加压辊520、620的与隔膜30的耐热材料32相抵接的部分。
根据这样的结构,由于夹持辊530、630包括相对于隔膜30的形状追随性较佳的弹性体,因此,在向加压辊520、620施力时,能够形成局部凹陷的夹持部530a等。因而,能够利用该夹持部530a等相对于隔膜30的熔融材料31产生恒定的摩擦力,且能够以高精度地保持该隔膜30的输送尺寸的状态进行输送。
另外,根据该结构,由于加压辊520、620的与隔膜30的耐热材料32相抵接的部分由金属构成,因此,容易通过研磨其表面而减小摩擦系数。减小了摩擦系数的金属能够使隔膜30的耐热材料32难以附着。即使耐热材料32附着在加压辊520、620上,由于该加压辊520、620为与夹持辊530、630从动的辊,因此,也不会对隔膜30的输送尺寸的精度产生影响。
而且,在本实施方式中,能够设为所输送的隔膜30的耐热材料32包含涂布在熔融材料31上并变干了的粉末的结构。
根据该结构,即使在与加压辊520相抵接的耐热材料32特别是如粉末这样容易削除的粉末、即因其削除程度而在表面产生凹凸且摩擦力变动较大那样的情况下,也由于用于控制隔膜30的输送尺寸的夹持辊530、630抵接于熔融材料,因此不会受到影响。
而且,在本实施方式中,能够利用陶瓷形成粉末。
根据该结构,即使在与加压辊520相抵接的耐热材料32特别是如将无机化合物在高温下成形而成的陶瓷这样的非常容易削除的粉末、即因其削除程度而在表面产生凹凸且摩擦力变动较大那样的情况下,也由于用于控制隔膜30的输送尺寸的夹持辊530、630抵接于熔融材料,因此不会受到影响。
另外,在作为对比例而如图7所示的隔膜输送装置1000中,相当于驱动构件的夹持辊1030与隔膜30的耐热材料32相抵接,相当于加压构件的加压辊1020与隔膜30的熔融材料31相抵接。利用隔着变速齿轮等的驱动马达1031使夹持辊1030旋转。夹持辊1030向加压辊1020施力,形成有局部凹陷的夹持部1030a。在夹持辊1030和加压辊1020之间的间隙1000s内夹持隔膜30。在这样的结构中,相比于熔融材料31容易削除或剥离的耐热材料32抵接于用于控制隔膜30的输送尺寸的夹持辊1030,因此,夹持辊1030与隔膜30之间的摩擦力变得不稳定,而无法将隔膜30以高精度输送。相对于此,根据本实施方式,与对比例不同,夹持辊530、630不与可能被削除或剥离的耐热材料32的部分相抵接,而是与作为基材的熔融材料31的部分相抵接。因而,根据本实施方式,与对比例不同,能够将在熔融材料31上层叠耐热材料32而形成的隔膜30的输送尺寸设为恒定并进行输送。
此外,本发明基于权利要求书所记载的结构能够进行各种改变,其也包含在本发明的范围内。
本申请基于2012年12月5日申请的日本特许申请号2012-266495号,其所公开的内容整体通过参照编入到本说明书中。
附图标记说明
1、电气装置;10、正极(第1电极);11、正极集电体;11a、正极电极端子;12、正极活性物质;20、负极(第2电极);21、负极集电体;21a、负极电极端子;22、负极活性物质;30、隔膜;31、熔融材料;32、耐热材料;40、外封装材料;41、42、层压片;50、70、袋装电极;60、发电元件;100、隔膜接合装置;210、正极缠绕辊;220、输送辊;310、吸引输送机;320、旋转辊;410、420、430、440、切断构件;500、600、1000、隔膜输送装置;500s、1000s、间隙;510、610、隔膜缠绕辊;520、620、1020、加压辊(加压构件);530、630、1030、夹持辊(驱动构件);530a、1030a、夹持部;540、640、真空吸引输送鼓;710、加热加压构件;810、袋装电极吸盘;820、伸缩部;830、支承构件;840、导轨;850、载置台。
Claims (4)
1.一种电气装置的隔膜输送方法,
在该电气装置的隔膜输送方法中,
使用隔膜,上述隔膜包含作为基材的熔融材料、和层叠于上述熔融材料的单面且熔融温度高于上述熔融材料的熔融温度的耐热材料,
使用具有用于与上述隔膜的上述熔融材料相抵接的部分而输送上述隔膜的驱动构件和具有用于与上述隔膜的上述耐热材料抵接的部分、隔着上述隔膜向上述驱动构件施力并且从动于上述驱动构件的加压构件输送上述隔膜,
上述驱动构件与上述隔膜的上述熔融材料的部分相抵接。
2.根据权利要求1所述的电气装置的隔膜输送方法,其中,
上述驱动构件的与上述隔膜的上述熔融材料相抵接的部分利用弹性材料形成,
上述加压构件的与上述隔膜的上述耐热材料相抵接的部分利用金属形成。
3.根据权利要求1或2所述的电气装置的隔膜输送方法,其中,
所输送的上述隔膜的上述耐热材料含有涂布在上述熔融材料上并变干了的粉末。
4.根据权利要求3所述的电气装置的隔膜输送方法,其中,
上述粉末由陶瓷形成。
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