CN107627335A - 分离器制造方法及切开方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种分离器制造方法及切开方法，能够抑制切开后的多个分离器中的一张分离器呈蜿蜒形状而使其与相邻的分离器重叠着传输的可能性。在传输方向上切开分离器原片(12b)来形成多个分离器(12a)，在被切开的多个分离器(12a)最初接触的辊(77)上的圆周方向的不同位置处，从辊(77)分离多个分离器(12a)中的一部分分离器和另一部分分离器。

Description

分离器制造方法及切开方法
本申请是申请日为2015年05月26日、申请号为201580000431.0、发明名称为“分离器制造方法及切开方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及锂离子二次电池中使用的分离器的分离器制造方法及切开方法。
背景技术
在现有技术中，作为电池中使用的分离器用材料，广泛使用了树脂制薄膜状物(薄膜、薄片等)。构成分离器原片的树脂制薄膜状物沿着宽度方向(横切方向)延伸而形成，因此成为形成有亚微型等级的微细的孔的多孔质的薄膜状物。并且，通过切开装置，将由该多孔质的薄膜状物构成的分离器原片切开成期望的宽度尺寸的多个分离器。配置于切开位置的下游侧的辊将被切开的多个分离器在不同方向上分离，分别卷绕到第1卷绕辊和第2卷绕辊(专利文献1：图2)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本国公开专利公报“JP特开2002-273684号公报(2002年9月25日公开)”
发明内容
发明要解决的课题
但是，若如上述专利文献1所记载的切开装置那样将多个分离器的分离位置设置在比切开位置更靠下游侧的辊上，则切开位置至分离位置的距离变长，将在切开位置处切开的多个分离器直接互相相邻地传输的距离变长。因此，多个分离器的一张呈蜿蜒形状，从而存在有可能与相邻的分离器重叠着传输的问题。
本发明的目的在于，提供一种能够抑制切开后的多个分离器中的一张呈蜿蜒形状而使其与相邻的分离器重叠着传输的可能性的分离器制造方法及切开方法。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的分离器制造方法的特征在于，包括：切开工序，在分离器原片的传输方向上切开所述分离器原片来形成多个分离器；和分离工序，在通过所述切开工序切开的所述多个分离器最初接触的辊上的圆周方向的不同位置处，从所述辊分离所述多个分离器中的一部分分离器和另一部分分离器。
为了解决上述课题，本发明的切开方法的特征在于，包括：切开工序，在分离器原片的传输方向上切开所述分离器原片来形成多个分离器；分离工序，在通过所述切开工序切开的所述多个分离器最初接触的辊上的圆周方向的不同位置处，从所述辊分离所述多个分离器中的一部分分离器和另一部分分离器。
发明效果
本发明起到能够提供可抑制切开后的多个分离器中的一个分离器呈蜿蜒形状而使其与相邻的分离器重叠着传输的可能性的分离器制造方法及切开方法的效果。
附图说明
图1是表示实施方式1的锂离子二次电池的截面结构的示意图。
图2是表示图1所示的锂离子二次电池的详细结构的示意图。
图3是表示图1所示的锂离子二次电池的其他结构的示意图。
图4是表示切开上述锂离子二次电池的分离器原片的切开装置的结构的示意图。
图5是表示上述切开装置、上述分离器原片及上述分离器的俯视图。
图6中，(a)是表示图4所示的切开装置的切断部的结构的侧视图，(b)是其主视图。
图7中，(a)是用于说明切开上述分离器原片的位置的示意图，(b)是沿着(a)所示的面AA的截面图。
图8是用于说明在与辊接触的部位切开分离器原片的上述切开装置的切开位置及分离位置的示意图。
符号说明
4 耐热层
6 切开装置
7 切断部
12 分离器
12a 耐热分离器(分离器)
12b 耐热分离器原片(分离器原片)
64 辊
69a、69b 卷绕辊(第1及第2缠绕部)
72 刀(切开刀)
77 辊
77g 槽
81 芯体
具体实施方式
以下，按顺序说明本发明的实施方式所涉及的锂离子二次电池、分离器、耐热分离器、耐热分离器的制造方法、切开装置、切断部。
(锂离子二次电池)
代表锂离子二次电池的非水电解液二次电池其能量密度高，因此当前作为在个人计算机、移动电话、便携式信息终端等设备、汽车、航空器等移动体中使用的电池、或者辅助电力的稳定供给的固定用电池而被广泛使用。
图1是表示锂离子二次电池1的截面结构的示意图。
如图1所示，锂离子二次电池1具备阴极11、分离器12和阳极13。在锂离子二次电池1的外部，在阴极11与阳极13之间连接外部设备2。并且，在锂离子二次电池1充电时电子向方向A移动，放电时电子向方向B移动。
(分离器)
分离器12被配置在作为锂离子二次电池1的正极的阴极11和作为其负极的阳极13之间，并夹在阴极11和阳极13之间。分离器12分离阴极11与阳极13之间，同时能够使锂离子在阴极11与阳极13之间移动。分离器12其材料例如包含聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃。
图2是表示图1所示的锂离子二次电池1的详细结构的示意图，(a)表示通常的结构，(b)表示锂离子二次电池1升温时的情况，(c)表示锂离子二次电池1急剧升温时的情况。
如图2(a)所示，分离器12中设有多个孔P。通常，锂离子二次电池1的锂离子3经由孔P而往来。
在此，例如，有时由于锂离子二次电池1的过充电或外部设备的短路引起的大电流等，锂离子二次电池1会升温。此时，如图2(b)所示，分离器12熔解或变柔软，孔P会堵塞。然后，分离器12会收缩。由此，锂离子3的移动会停止，因此上述的升温也会停止。
但是，在锂离子二次电池1急剧升温的情况下，分离器12急剧收缩。此时，如图2(c)所示，分离器12有时会被破坏。然后，锂离子3会从被破坏的分离器12泄露，锂离子3的移动不会停止。因此，升温会持续。
(耐热分离器)
图3是表示图1所示的锂离子二次电池1的其他结构的示意图，(a)表示通常的结构，(b)表示锂离子二次电池1急剧升温时的情况。
如图3(a)所示，锂离子二次电池1还可以具备耐热层4。耐热层4和分离器12形成耐热分离器12a(分离器)。耐热层4层叠在分离器12的阴极11侧的一面上。另外，耐热层4也可以层叠在分离器12的阳极13侧的一面上，也可以层叠在分离器12的两个面上。并且，在耐热层4也可以设置与孔P相同的孔。通常，锂离子3经由孔P和耐热层4的孔而往来。耐热层4的材料包含例如全芳香族聚酰胺(芳香聚酰胺树脂)。
如图3(b)所示，即使锂离子二次电池1急剧升温，分离器12熔解或变柔软，由于耐热层4辅助分离器12，因此可维持分离器12的形状。因此，分离器12熔解或变柔软，孔P堵塞。由此，锂离子3的移动停止，因此上述的过放电或过充电也会停止。这样可抑制分离器12的破坏。
(耐热分离器原片(分离器原片)的制造工序)
锂离子二次电池1的耐热分离器12a的制造并没有特别限定，可以利用公知的方法来进行。以下，假设作为分离器12的材料而主要包含聚乙烯的情况来进行说明。但是，即使分离器12包含其他材料的情况下，也可以通过同样的制造工序来制造分离器12。
例如，可列举如下方法：在热塑性树脂中加可塑剂而实现薄膜成形之后，用适当的溶媒去除该可塑剂。例如，在分离器12由包含超高分子量聚乙烯的聚乙烯树脂形成的情况下，可通过以下所示的方法来制造。
该方法包括：(1)混合超高分子量聚乙烯和碳酸钙等无机填充剂来得到聚乙烯树脂组成物的混合工序、(2)使用聚乙烯树脂组成物成形薄膜的压延工序、(3)从在工序(2)中得到的薄膜中去除无机填充剂的去除工序和(4)延伸在工序(3)中得到的薄膜而得到分离器12的延伸工序。
通过去除工序，在薄膜中设置多个微细孔。通过延伸工序延伸后的薄膜的微细孔成为上述的孔P。由此，形成具有规定厚度和透气度的聚乙烯微多孔膜、即分离器12。
另外，在混合工序中，也可以混合超高分子量聚乙烯100重量部、重量平均分子量在1万以下的低分子量聚烯烃5～200重量部和无机填充剂100～400重量部。
然后，在涂敷工序中，在分离器12的表面形成耐热层4。例如，在分离器12上涂敷芳香聚酰胺/NMP(N-甲基吡咯烷酮)溶液(涂敷液)，形成作为芳香聚酰胺耐热层的耐热层4。耐热层4可以仅设置在分离器12的一个面上，也可以设置在两个面上。此外，作为耐热层4，也可以涂敷包含氧化铝/羧甲基纤维素等填料的混合液。
在分离器12上涂敷涂敷液的方法只要是能够均匀地湿涂的方法即可，没有特别的限制，可采用现有技术的公知方法。例如，可采用毛细管涂法、旋涂法、狭缝模涂法、喷雾法、浸涂法、辊涂法、丝网印刷法、苯胺印刷法、棒涂法、凹板印刷式涂法、模涂法等。耐热层4的厚度能够通过涂敷湿膜的厚度、涂敷液中的固定分量浓度来控制。
另外，进行涂敷时，作为固定或者传送分离器12的支撑体可使用树脂制薄膜、金属制传送带、卷筒等。
如以上所述，能够制造层叠了耐热层4作为分离器原片的耐热分离器原片12b(以下简称为“分离器原片12b”)(形成工序)。制造出的分离器原片12b被卷绕在圆筒形状的芯体53上。另外，通过以上的制造方法制造出的对象并不限于分离器原片12b。该制造方法也可也以不包括涂敷工序。此时，制造的对象是与分离器12对应的分离器原片。
(切开装置6的结构)
图4是表示对用于制造图1所示的锂离子二次电池1中设置的分离器12的分离器原片12b进行切开的切开装置6的结构的示意图。图5是表示切开装置6、分离器原片12b及分离器12a的俯视图。
切开装置6具备以可旋转的方式被支撑的圆柱形状的放卷辊(unwind roll)61。将缠绕了分离器原片12b的圆筒形状的芯体53嵌入放卷辊61。从芯体53向路径U或L送出分离器原片12b。送出的分离器原片12b经由辊62、63、75、76，朝向辊77以例如最大速度100m/分被传输，由此被卷绕到辊77。
切开装置6具备切断部7。切断部7在与辊77对应的位置处在分离器原片12b的长边方向(传输方向(MD：Machine Direction))上切开分离器原片12b，形成多个分离器12a。
卷绕辊69a、69b(第1及第2缠绕部)被设置成在切开装置6呈互相上下的位置关系。
被切断部7切开的多个分离器12a中的奇数个分离器12a(多个分离器中的一部分)和偶数个分离器12a(多个分离器中的另一部分)在切开后最初相接的辊77上的圆周方向的不同位置处离开辊77，朝向不同的方向被传输。奇数个分离器12a经由辊65a、65b，被卷绕到嵌入卷绕辊69a中的多个芯体81a。多个芯体81a分别与奇数个分离器12a相对应。偶数个分离器12a从辊64a、64b被卷绕到嵌入卷绕辊69b中的多个芯体81b。多个芯体81b分别与偶数个分离器12a对应。若将分离器12a上下分离地来卷绕，则能够将卷绕辊69a、69b分上下来配置，因此与分前后进行配置的情况相比，能够削减设置面积。
另外，在上述的例中，例示了将奇数个分离器12a卷绕到上侧的卷绕辊69a、且将偶数个分离器12a卷绕到下侧的卷绕辊69b的例子，但是本发明并不限于此。也可以将奇数个分离器12a卷绕到下侧的卷绕辊69b，将偶数个分离器12a卷绕到上侧的卷绕辊69a。
此外，示出了上下分离地卷绕分离器12a的例子，但是本发明并不限于此。分离器12a只要被分离为不同的方向传输即可，也可以构成为使图4所示的切开装置6旋转90度，分别垂直地设置水平设置的放卷辊61、辊62、63、75、76、77、64a、64b、65a、65b及卷绕辊69a、69b，将分离器12a左右分离地来分别卷绕到卷绕辊69a、69b。
图6(a)是表示图4所示的切开装置6的切断部7的结构的侧视图，(b)是其主视图。如图6(a)、(b)所示，切断部7具备支架71和刀72(切开刀)。支架71固定于切开装置6所具备的框体等。并且，支架71以刀72与被传输的分离器原片12b直接的位置关系恒定的方式保持刀72。刀72通过研磨得锋利的边缘切开分离器原片12b。
(切开位置及分离位置)
图7(a)是用于说明切开分离器原片12b的位置及分离位置的示意图，(b)是沿着(a)所示的面AA的截面图。
在本实施方式中，在与分离器原片12b被卷绕到辊77的部位(接触的部位)对应的位置L1、位置L2或位置L3处，通过切断部7的刀72(图6)，切开沿着箭头方向A1传输的分离器原片12b。位置L2相当于与连接开始卷绕的瞬间的位置L7和结束卷绕的瞬间的位置L6的直线的中点对应的辊77的周面上的中间点。在分离器原片12b被卷绕到辊77的部位，由于在分离器原片12b的背面与辊77的周面之间产生的摩擦力，分离器原片12b呈无褶皱得延伸的状态，能够极其稳定地切开分离器原片12b。
只要在与辊77对应的位置处切开分离器原片12b即可。例如，可以在分离器原片12b未被卷绕到辊77而是处于悬空状态的位置L5，切开分离器原片12b，或者也可以在开始卷绕分离器原片12b的瞬间的位置L7或结束卷绕的瞬间的位置L6处切开分离器原片12b。
在位置L5、L7、L3、L2、L1、L6处被切开的多个分离器12a的奇数个分离器和偶数个分离器在最初相接的辊77上的圆周方向的不同的分离位置P2、P3处，离开辊77。在位置L6处被切开的多个分离器12a的奇数个分离器中，该多个分离器12a的奇数个的上游侧的一端在位置L6处与辊77相接，因此辊77相当于该多个分离器12a的奇数个最初相接的辊。
辊77的周面上，在与切断部7的多个刀72对应的位置处分别形成有槽77g。辊77的直径约为80mm。分离器原片12b在横切方向(TD：Transverse Direction)上的宽度例如是300mm～2000m，其厚度例如是5μm～30μm。槽77g的间距例如是33mm～300mm，槽77g的宽度例如是0.8mm，槽77g的深度例如是5mm。
从分离器保持的稳定性、抑制该保持引起的向未预期的方向产生的裂痕、以及防止分离器中产生褶皱的观点出发，优选分离器原片12b、多个分离器12a的一部分相对于辊77的卷绕角度θ1为60度以上。从抑制切屑等引起的分离器的污染的观点以及分离器在传输路径上的处理的容易性的观点出发，优选分离器原片12b、多个分离器12a的另一部分的卷绕角度θ3为225度以下。此外，从避开彼此相邻的多个分离器12a相互间的干扰的观点出发，优选(θ3-θ1)为15度以上。由此，优选卷绕角度θ1为210度以下。优选卷绕角度θ3为75度以上。
图8是用于说明在与辊77接触的部位切开分离器原片的切开装置6的切开位置及分离位置的示意图。
参照图1及图8可知，在辊77上的切开位置P1处，通过切断部7的刀72将分离器原片12b切开成多个分离器12a。多个分离器12a中的奇数个分离器12a(多个分离器中的一部分)在辊77上的分离位置P2处，离开辊77及偶数个分离器12a，经由辊65a、65b，分别被卷绕到与奇数个分离器12a对应的嵌入到卷绕辊69a中的多个芯体81a。多个分离器12a中的偶数个分离器12a(多个分离器中的另一部分)在辊77上的分离位置P3处离开辊77，经由辊64a、64b，分别被卷绕到与偶数个分离器12a对应的嵌入到卷绕辊69b中的多个芯体81b。
连接辊77的中心和切开位置P1的直线、与连接辊77的中心和分离位置P2的直线构成的角度θ2约为75度。辊77的直径是80mm。因此，切开位置P1至分离位置P2在辊77上的距离是80×π×(75/360)＝52.3mm。
将分离器原片12b开始被卷绕到辊77的开始位置P0至切开位置P1为止的卷绕角度设为θa。将切开位置P1至奇数个分离器12a结束卷绕的结束位置P2为止的卷绕角度设为θb(＝θ2)。将分离位置P2至偶数个分离器12a结束卷绕的结束位置P3为止的卷绕角度设为θc。
从抑制上游侧的分离器原片12b的振动传递到切开位置的现象的观点出发，优选卷绕角度θa为30度以上。从传输路径上的处理的容易性的观点出发，优选卷绕角度θa为135度以下。从分离器12a的保持的稳定性的观点、保持分离器12a来抑制分离器12a向未预期的方向产生裂痕的观点、以及抑制下游侧的奇数个分离器12a的振动传递到切开位置的现象的观点出发，优选卷绕角度θb为30度以上。从抑制相邻的分离器12a彼此之间的干扰的观点出发，优选卷绕角度θc为15度以上。从传输路径上的处理的容易性的观点出发，优选卷绕角度(θb+θc)为90度以下。因此，优选卷绕角度θb为75度以下。从抑制切屑等引起的分离器12a的污染的观点以及传输路径上的处理的容易性的观点出发，优选分离器的卷绕角度(θa+θb+θc)为225度以下。此外，从防止分离器中产生褶皱的观点出发，优选卷绕角度(θa+θb+θc)为75度以上。
另外，虽然示出了切开位置P1在辊77上的例子，但是本发明并不限于此。如图7所示的位置L5那样，切开位置P1也可以是在辊77的上游侧离开辊77而呈悬空状态的位置。
连接辊77的中心和切开位置P1的直线与连接辊77的中心和分离位置P3的直线构成的角度θ4约为90度。
若在同一辊上设置切开位置P1和分离位置P2、P3，则与将分离位置P2、P3设置在比切开位置P1的辊更靠下游侧的辊上的情况相比，可缩短切开位置P1至分离位置P2的距离。若切开位置P1至分离位置P2的距离变短，则将在切开位置P1处被切开的多个分离器12a直接互相相邻地传输的距离变短。因此，例如，能够抑制因上述多个分离器12a中的一张呈蜿蜒形状而使其与相邻的分离器12a重叠着传输的可能性。
(耐热层的切开方法)
在分离器原片12b的一个面涂敷有耐热层4(图3)时，优选将耐热层4作为内面而与辊77相接地进行卷绕，从耐热层4的相反一侧通过切断部7的刀72来进行切开。这是因为，若从耐热层4的一侧通过刀72来进行切开，则耐热层4有可能被剥离。即，优选以分离器原片12b的耐热层4形成的面与辊77相接的方式，将分离器原片12b卷绕到辊77，且通过在没有形成分离器原片12b的耐热层4的面侧设置的刀72，在辊77上切开分离器原片12b。
(上放卷方式和下放卷方式)
将基于从芯体53开始的路径U进行放卷的放卷方式称作上放卷方式，将基于路径L进行放卷的放卷方式称作下放卷方式。若通过上放卷方式及上卷绕方式来实施切开，则卷绕到芯体53的分离器原片和卷绕到芯体81a/81b的分离器(产品)的表面和背面相同，但在下放卷方式及上卷绕方式中，分离器(产品)以与卷绕到芯体53的分离器原片的正反面相反的方式被卷绕到芯体81a/81b。
[小结]
本发明的一方式的分离器制造方法包括：切开工序，在分离器原片的传输方向上切开所述分离器原片来形成多个分离器；和分离工序，在通过所述切开工序切开的所述多个分离器最初相接的辊上的圆周方向的不同位置处，从所述辊分离所述多个分离器中的一部分和另一部分。
在此，“分离器原片”是指切开前的宽度宽的分离器。此外，“分离器原片的传输方向”相当于分离器原片的长边方向(MD、Machine Direction)，在分离器的制造工序中相当于制造对象物被传输的方向。
根据该特征，在所述辊上的圆周方向的不同的位置处，从所述辊分离所述多个分离器中的一部分分离器和另一部分分离器，因此与将分离位置设置在比已切开的多个分离器最初相接的辊更靠下游侧的辊上的情况相比，切开位置至分离位置为止的距离变短。因此，将在切开位置处被切开的多个分离器直接互相相邻地传输的距离变短。因此，能够抑制多个分离器中的一张呈蜿蜒形状而使其与相邻的分离器重叠着传输的可能性。
在本发明的一方式的分离器制造方法中，优选在所述切开工序中，在所述分离器原片与所述辊接触的部位，切开所述分离器原片。
根据上述构成，通过在分离器原片与辊接触的部位进行切开，从而可在辊保持着分离器的状态下进行切开。因此，切开部位处的分离器的动作稳定，能够抑制多余的力作用于切开部位，因此能够抑制分离器在未预期的方向上产生裂痕。
在本发明的一方式的分离器制造方法中，优选在所述切开工序中，通过在相对于所述分离器原片设置在所述辊的相反侧的切开刀来进行切开，所述辊具有在与所述切开刀对应的位置上形成的槽。
通过上述构成，在与切开刀对应的辊的位置上形成有槽，因此能够避免切开刀的刀尖与辊接触，能够抑制刀尖的磨耗及切屑的产生。
在本发明的一方式的分离器制造方法中，优选在比通过所述切开工序切开的位置更靠下游的一侧，从所述辊分离所述多个分离器中的一部分分离器和另一部分分离器。
通过上述构成，若将多个分离器的分离位置和分离器原片的切开位置设为相同的位置，则振动引起的力会作用于切开时朝向不同的方向分离的分离器，被分离的分离器变得不稳定，存在分离器在未预期的方向上裂开的危险性，通过上述构成能够降低该危险性。
在本发明的一方式的分离器制造方法中，优选通过设置成与所述多个分离器中的一部分分离器和另一部分分离器呈互相上下的位置关系的第1及第2缠绕部，上下分离地来卷绕所述多个分离器中的一部分分离器和另一部分分离器。
在本发明的一方式的分离器制造方法中，优选在所述分离器原片的一个面形成有耐热层，在所述切开工序中，所述分离器原片的所述一个面与所述辊相接，且通过在所述分离器原片的未形成所述耐热层的另一个面的一侧设置的切开刀，切开所述分离器原片。
本发明的一方式的切开方法包括：切开工序，在分离器原片的传输方向上切开所述分离器原片来形成多个分离器；和分离工序，在通过所述切开工序切开的所述多个分离器最初相接的辊上的圆周方向的不同位置处，从所述辊分离所述多个分离器中的一部分分离器和另一部分分离器。
本发明并不限于上述的各实施方式，在权利要求书的范围内可进行各种变更，适当组合在不同的实施方式中分别公开的技术手段而得到的实施方式也包含在本发明的技术范围内。
工业上的可利用性
本发明能够利用于在锂离子二次电池中使用的分离器的分离器制造方法及切开方法。

Claims (7)

1.一种分离器制造方法，其特征在于，包括：
切开工序，在分离器原片的传输方向上切开所述分离器原片来形成多个分离器；和
分离工序，在通过所述切开工序切开的所述多个分离器最初接触的辊上的圆周方向的不同位置处，从所述辊分离所述多个分离器中的一部分分离器和另一部分分离器。
2.根据权利要求1所述的分离器制造方法，其中，
在所述切开工序中，在所述分离器原片与所述辊接触的部位切开所述分离器原片。
3.根据权利要求1所述的分离器制造方法，其中，
在所述切开工序中，通过相对于所述分离器原片设置在所述辊的相反一侧的切开刀来进行切开，
所述辊具有在与所述切开刀对应的位置上形成的槽。
4.根据权利要求1所述的分离器制造方法，其中，
在比通过所述切开工序切开的位置更靠下游的一侧，从所述辊分离所述多个分离器中的一部分分离器和另一部分分离器。
5.根据权利要求1所述的分离器制造方法，其中，
通过设置成互相呈上下的位置关系的第1缠绕部及第2缠绕部，将所述多个分离器中的一部分分离器和另一部分分离器上下分离地来卷绕。
6.根据权利要求1所述的分离器制造方法，其中，
在所述分离器原片的一个面形成有耐热层，
在所述切开工序中，所述分离器原片的所述一个面与所述辊接触，且通过在所述分离器原片的未形成所述耐热层的另一个面的一侧设置的切开刀切开所述分离器原片。
7.一种切开方法，其特征在于，包括：
切开工序，在分离器原片的传输方向上切开所述分离器原片来形成多个分离器；和
分离工序，在通过所述切开工序切开的所述多个分离器最初接触的辊上的圆周方向的不同位置处，从所述辊分离所述多个分离器中的一部分分离器和另一部分分离器。
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