CN110112366A - 一种锂离子电池极片及锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种锂离子电池极片及锂离子电池,属于锂离子电池技术领域,具体方案如下:一种锂离子电池极片,包括正极极片和负极极片,所述正极极片包括正极集流体和涂覆在所述正极集流体上的正极涂层,所述负极极片包括负极集流体和涂覆在所述负极集流体上的负极涂层,所述负极涂层包括涂覆在所述负极集流体上的底层Ⅱ和涂覆在底层Ⅱ上的顶层Ⅱ,所述底层Ⅱ包括高压实密度负极活性材料,所述顶层Ⅱ包括低压实密度材料Ⅱ,所述高压实密度负极活性材料的压实密度>1.75g/cm3,所述低压实密度材料Ⅱ的压实密度<1.65g/cm3,本申请在提高能量密度的同时,也能够提供电芯的浸润性,提高电化学性能,提高生产效率,节约成本。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域,尤其涉及一种锂离子电池极片及锂离子电池。
背景技术
锂离子二次电池作为一种新型储能电源,具有能量高、工作电压高、工作温度范围宽、体积小、质量轻、贮存寿命长等优点,已成为新一代绿色环保电池,在便携式电子设备、动力电池、储能电池等领域得到了极大关注。
目前在锂离子二次电池电极极片制作工艺中,通常都是采用单层涂布,将所需活性材料单层涂布在集流体上,但随着对能量密度及安全性能的要求,极片的涂布厚度逐渐增加,压实密度也越来越大。为了提升能量密度,不仅会造成极片过压,难以浸润,还会出现各种性能问题。为了满足安全性能等其他需求时,现有技术中会采用先在基材上涂覆一层浆料,烘干后再在极片上涂覆另一层浆料,比如为了提高极片的粘结性,降低DCR,先在极片上涂覆一层导电剂,再在该材料上涂覆正极或负极浆料,采用分开来涂覆两层浆料,效率低,浪费产能,但仅采用单层来进行涂覆,不能满足需求。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种锂离子电池极片。
本发明的第二个目的是提供一种含有锂离子电池极片的锂离子电池。
为了实现上述目的,本发明采取如下的技术方案:
一种锂离子电池极片,包括正极极片和负极极片,所述正极极片包括正极集流体和涂覆在所述正极集流体上的正极涂层,所述负极极片包括负极集流体和涂覆在所述负极集流体上的负极涂层,所述正极涂层包括涂覆在所述正极集流体上的底层Ⅰ和涂覆在底层Ⅰ上的顶层Ⅰ,所述底层Ⅰ包括高压实密度正极活性材料,所述顶层Ⅰ包括低压实密度材料Ⅰ,所述高压实密度正极活性材料的压实密度>4.1g/cm3,所述低压实密度材料Ⅰ的压实密度<4.0g/cm3;所述负极涂层包括涂覆在所述负极集流体上的底层Ⅱ和涂覆在底层Ⅱ上的顶层Ⅱ,所述底层Ⅱ包括高压实密度负极活性材料,所述顶层Ⅱ包括低压实密度材料Ⅱ,所述高压实密度负极活性材料的压实密度>1.75g/cm3,所述低压实密度材料Ⅱ的压实密度<1.65g/cm3。
进一步的,所述底层Ⅰ的厚度范围为20-200μm,所述顶层Ⅰ的厚度范围为10-50μm。
进一步的,所述底层Ⅰ还包括正极导电剂。
进一步的,所述低压实密度材料Ⅰ包括低压实密度正极活性材料、陶瓷和勃姆石的任意比例混合的材料或比表面积>600m2/g的正极导电剂。
进一步的,所述底层Ⅰ和顶层Ⅰ均包括正极粘结剂。
进一步的,所述底层Ⅱ的厚度范围为20-200μm,所述顶层Ⅱ的厚度范围为10-50μm。
进一步的,所述低压实密度材料Ⅱ包括低压实密度负极活性材料、任意比例混合的陶瓷和勃姆石材料或比表面积>600m2/g的负极导电剂。
进一步的,底层Ⅱ和顶层Ⅱ均包括负极粘结剂。
一种含有所述极片的锂离子电池,所述锂离子电池中包括所述正极极片和所述负极极片。
本发明的有益效果:
本发明申请相对于现有技术的有益效果是在提高能量密度的同时,也能够提供电芯的浸润性,提高电化学性能;在极片表面涂布陶瓷或勃姆石,不仅能提高吸液能力,也能够提高安全性能;采用双层涂布来实现以上需求,可以提高生产效率,节约成本。
附图说明
图1:正极极片或负极极片结构示意图;
图2:现有技术中正极极片或负极极片结构示意图;
图中:1-1、底层Ⅰ,1-2、底层Ⅱ,2-1、顶层Ⅰ,2-2顶层Ⅱ,3-1、正极集流体,3-2、负极集流体。
具体实施方式
下面结合附图1和2并通过具体实施方式对本发明做进一步的说明,以下具体实施方式中,涉及到的“负极活性材料、正极活性材料、正极导电剂、正极粘结剂、负极导电剂、负极粘结剂”均为制备锂离子电池电极中的常规材料,现有技术中制备锂离子电池时加入的负极活性材料、正极活性材料、正极导电剂、正极粘结剂、负极导电剂、负极粘结剂的比例均适用于本发明。
具体实施方式一
一种锂离子电池正极极片,包括正极集流体3-1,涂覆在所述正极集流体3-1上的正极涂层,所述正极涂层包括涂覆在所述正极集流体上3-1的底层Ⅰ1-1和涂覆在底层Ⅰ1-1上的顶层Ⅰ2-1,所述底层Ⅰ1-1包括高压实密度正极活性材料,所述顶层Ⅰ2-1包括低压实密度材料Ⅰ,所述高压实密度正极活性材料的压实密度>4.1g/cm3,所述低压实密度材料Ⅰ的压实密度<4.0g/cm3;所述底层Ⅰ1-1的厚度范围为20-200μm,所述顶层Ⅰ2-1的厚度范围为10-50μm。
进一步的,所述低压实密度材料Ⅰ为低压实密度正极活性材料。
进一步的,所述底层Ⅰ1-1和顶层Ⅰ2-1均包括正极粘结剂和正极导电剂。
一种上述锂离子电池正极极片的制备方法:包括以下步骤:
步骤一:取正极粘结剂溶解在正极溶剂中,搅拌均匀后形成溶液,再向溶液中加入正极导电剂和高压实密度正极活性材料继续搅拌均匀,形成浆料Ⅰ;
步骤二:取正极粘结剂溶解在正极溶剂中,搅拌均匀后形成溶液,再向溶液中加入正极导电剂和低压实密度正极活性材料继续搅拌均匀,形成浆料Ⅱ;
步骤三:将浆料Ⅰ涂布在正极集流体3-1上,将浆料Ⅱ涂覆在浆料Ⅰ的表面,干燥除去溶剂得到锂离子电池正极极片。
进一步的,步骤一中,按质量份计,浆料Ⅰ中所述高压实密度正极活性材料、正极粘结剂、正极导电剂的比例范围分别为90-98%、0.5%-9%、0.5%-8%,所述浆料Ⅰ的固含量为50-80%。
进一步的,步骤二中,按质量份计,浆料Ⅱ中所述低压实密度正极活性材料、正极粘结剂、正极导电剂的比例范围分别为90-98%、0.5%-9%、0.5%-8%,所述浆料Ⅱ的固含量为50-80%。
进一步的,所述正极活性材料包括钴酸理、三元材料、锰酸锂、磷酸铁锂中的至少一种;所述正极粘结剂包括环氧树脂、三聚氰胺树脂、聚偏氟乙烯、聚氨酯、酰亚胺树脂和丙烯酸酯类中的至少一种。
进一步的,所述正极导电剂包括炭黑、乙炔黑、碳纳米管中的至少一种。
进一步的,所述正极溶剂为N-甲基吡咯烷酮,简称NMP。
具体实施方式二
一种锂离子电池正极极片,包括正极集流体3-1,涂覆在所述正极集流体3-1上的正极涂层,所述正极涂层包括涂覆在所述正极集流体上3-1的底层Ⅰ1-1和涂覆在底层Ⅰ1-1上的顶层Ⅰ2-1,所述底层Ⅰ1-1包括高压实密度正极活性材料,所述顶层Ⅰ2-1包括低压实密度材料Ⅰ,所述高压实密度正极活性材料的压实密度>4.1g/cm3,所述低压实密度材料Ⅰ的压实密度<4.0g/cm3;所述底层Ⅰ1-1的厚度范围为20-200μm,所述顶层Ⅰ2-1的厚度范围为10-50μm。
进一步的,所述低压实密度材料Ⅰ为任意比例混合的陶瓷和勃姆石材料。
进一步的,所述底层Ⅰ1-1和顶层Ⅰ2-1均包括正极粘结剂。
进一步的,所述底层Ⅰ1-1还包括导电剂。
一种上述锂离子电池正极极片的制备方法:包括以下步骤:
步骤一:取正极粘结剂溶解在正极溶剂中,搅拌均匀后形成溶液,再向溶液中加入正极导电剂和高压实密度正极活性材料继续搅拌均匀,形成浆料Ⅰ;
步骤二:取正极粘结剂溶解在正极溶剂中,搅拌均匀后形成溶液,再向溶液中加入任意比例混合的陶瓷和勃姆石继续搅拌均匀,形成浆料Ⅱ;
步骤三:按上述配比量将浆料Ⅰ涂布在正极集流体3-1上,将浆料Ⅱ涂覆在浆料Ⅰ的表面,干燥除去溶剂得到锂离子电池正极极片。
进一步的,步骤一中,按质量份计,浆料Ⅰ中所述高压实密度正极活性材料、正极粘结剂、正极导电剂的比例范围分别为90-98%、0.5%-9%、0.5%-8%,所述浆料Ⅰ的固含量为50-80%。
进一步的,步骤二中,浆料Ⅱ中任意比例混合的陶瓷和勃姆石材料和正极粘结剂的比例范围分别为60-80%、20-40%,所述浆料Ⅱ的固含量为30-60%。
进一步的,所述正极活性材料包括钴酸理、三元材料、锰酸锂、磷酸铁锂中的至少一种。
进一步的,所述正极粘结剂包括环氧树脂、三聚氰胺树脂、聚偏氟乙烯、聚氨酯、酰亚胺树脂和丙烯酸酯类中的至少一种。
进一步的,所述正极溶剂为N-甲基吡咯烷酮,简称NMP。
具体实施方式三
一种锂离子电池正极极片,包括正极集流体3-1,涂覆在所述正极集流体3-1上的正极涂层,所述正极涂层包括涂覆在所述正极集流体上3-1的底层Ⅰ1-1和涂覆在底层Ⅰ1-1上的顶层Ⅰ2-1,所述底层Ⅰ1-1包括高压实密度正极活性材料,所述顶层Ⅰ2-1包括低压实密度材料Ⅰ,所述高压实密度正极活性材料的压实密度>4.1g/cm3,所述低压实密度材料Ⅰ的压实密度<4.0g/cm3;所述底层Ⅰ1-1的厚度范围为20-200μm,所述顶层Ⅰ2-1的厚度范围为10-50μm。
进一步的,所述低压实密度材料Ⅰ为比表面积>600m2/g的正极导电剂。
进一步的,所述底层Ⅰ1-1和顶层Ⅰ2-1均包括正极粘结剂。
进一步的,所述底层Ⅰ1-1还包括导电剂。
一种上述锂离子电池正极极片的制备方法:包括以下步骤:
步骤一:取正极粘结剂溶解在正极溶剂中,搅拌均匀后形成溶液,再向溶液中加入正极导电剂和高压实密度正极活性材料继续搅拌均匀,形成浆料Ⅰ;
步骤二:取正极粘结剂溶解在正极溶剂中,搅拌均匀后形成溶液,再向溶液中加入比表面积>600m2/g的正极导电剂继续搅拌均匀,形成浆料Ⅱ;
步骤三:按上述配比量将浆料Ⅰ涂布在正极集流体3-1上,将浆料Ⅱ涂覆在浆料Ⅰ的表面,干燥除去溶剂得到锂离子电池正极极片。
进一步的,步骤一中,按质量份计,浆料Ⅰ中所述高压实密度正极活性材料、正极粘结剂、正极导电剂的比例范围分别为90-98%、0.5%-9%:0.5%-8%,所述浆料Ⅰ的固含量为50-80%。
进一步的,步骤二中,浆料Ⅱ中所述比表面积>600m2/g的正极导电剂和正极粘结剂的比例范围分别为50-80%、20-50%,所述浆料Ⅱ的固含量为15-30%。
进一步的,所述正极活性材料包括钴酸理、三元材料、锰酸锂、磷酸铁锂中的至少一种。
进一步的,所述正极粘结剂包括环氧树脂、三聚氰胺树脂、聚偏氟乙烯、聚氨酯、酰亚胺树脂和丙烯酸酯类中的至少一种。
进一步的,所述正极导电剂包括炭黑、乙炔黑、碳纳米管中的至少一种。
进一步的,所述正极溶剂为N-甲基吡咯烷酮,简称NMP。
具体实施方式四
一种锂离子电池负极极片,包括负极集流体3-2,涂覆在所述负极集流体3-2上的负极涂层,所述负极涂层包括涂覆在所述负极集流体3-2上的底层Ⅱ1-2和涂覆在底层Ⅱ1-2上的顶层Ⅱ2-2,所述底层Ⅱ1-2包括高压实密度负极活性材料,所述顶层Ⅱ2-2包括低压实密度材料Ⅱ,所述高压实密度负极活性材料的压实密度>1.75g/cm3,所述低压实密度材料Ⅱ的压实密度<1.65g/cm3;所述底层Ⅱ1-2的厚度范围为20-200μm,所述顶层Ⅱ2-2的厚度范围为10-50μm。
进一步的,所述低压实密度材料Ⅱ为低压实密度负极活性材料。
进一步的,所述底层Ⅱ1-2和顶层Ⅱ2-2均包括负极粘结剂。
一种上述锂离子电池负极极片的制备方法:包括以下步骤:
步骤一:取负极分散剂溶解在负极溶剂中,搅拌均匀后形成溶液,再向溶液中加入高压实密度负极材料继续搅拌均匀,最后加入负极粘结剂,形成浆料Ⅲ;
步骤二:取负极分散剂溶解在负极溶剂中,搅拌均匀后形成溶液,再向溶液中加入低压实密度负极材料与负极导电剂继续搅拌均匀,最后加入负极粘结剂,形成浆料Ⅳ;
步骤三:将浆料Ⅲ涂布在负极集流体3-2上,将浆料Ⅳ涂覆在浆料Ⅲ的表面,干燥除去溶剂得到锂离子电池负极极片。
进一步的,步骤一中,浆料Ⅲ中所述高压实密度负极活性材料、负极粘结剂、分散剂的比例范围为分别为90%-98%、0.5%-9%、0.5%-9%,所述浆料Ⅲ的固含量为40-60%。
进一步的,步骤二中,浆料Ⅳ中所述低压实密度负极活性材料、负极粘结剂、负极导电剂、分散剂的比例范围为90%-98%、0.5%-9%、0%-8%、0.5%-9%,所述浆料Ⅳ的固含量为40-60%。
进一步的,所述负极活性材料为石墨。
进一步的,所述负极粘结剂包括环氧树脂、三聚氰胺树脂、丁苯橡胶、聚氨酯、酰亚胺树脂和丙烯酸酯类中的至少一种。
进一步的,所述负极导电剂包括炭黑、乙炔黑、碳纳米管中的至少一种;所述分散剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基溴化铵、聚乙烯醇、乙基纤维素树脂中的至少一种。
进一步的,所述负极溶剂为去离子水。
具体实施方式五
一种锂离子电池负极极片,包括负极集流体3-2,涂覆在所述负极集流体3-2上的负极涂层,所述负极涂层包括涂覆在所述负极集流体3-2上的底层Ⅱ1-2和涂覆在底层Ⅱ1-2上的顶层Ⅱ2-2,所述底层Ⅱ1-2包括高压实密度负极活性材料,所述顶层Ⅱ2-2包括低压实密度材料Ⅱ,所述高压实密度负极活性材料的压实密度>1.75g/cm3,所述低压实密度材料Ⅱ的压实密度<1.65g/cm3;所述底层Ⅱ1-2的厚度范围为20-200μm,所述顶层Ⅱ2-2的厚度范围为10-50μm。
进一步的,所述低压实密度材料Ⅱ为任意比例混合的陶瓷和勃姆石材料。
进一步的,所述底层Ⅱ1-2和顶层Ⅱ2-2均包括负极粘结剂。
一种上述锂离子电池负极极片的制备方法:包括以下步骤:
步骤一:取负极分散剂溶解在负极溶剂中,搅拌均匀后形成溶液,再向溶液中加入高压实密度负极材料继续搅拌均匀,最后加入负极粘结剂,形成浆料Ⅲ;
步骤二:取负极分散剂溶解在负极溶剂中,搅拌均匀后形成溶液,再向溶液中加入任意比例混合的陶瓷和勃姆石材料继续搅拌均匀,最后加入负极粘结剂,形成浆料Ⅳ;
步骤三:将浆料Ⅲ涂布在负极集流体3-2上,将浆料Ⅳ涂覆在浆料Ⅲ的表面,干燥除去溶剂得到锂离子电池负极极片。
进一步的,步骤一中,浆料Ⅲ中所述高压实密度负极活性材料、负极粘结剂、分散剂的比例范围为分别为90%-98%、0.5%-9%、0.5%-9%,所述浆料Ⅲ的固含量为40-60%。
进一步的,步骤二中,浆料Ⅳ中所述任意比例混合的陶瓷和勃姆石材料、负极粘结剂、分散剂的比例范围为90%-98%、0.5%-9%、0.5%-9%,所述浆料Ⅳ的固含量为40-60%。
进一步的,所述负极活性材料为石墨。
进一步的,所述负极粘结剂包括环氧树脂、三聚氰胺树脂、丁苯橡胶、聚氨酯、酰亚胺树脂和丙烯酸酯类中的至少一种。
进一步的,所述负极溶剂为去离子水。
具体实施方式六
一种锂离子电池负极极片,包括负极集流体3-2,涂覆在所述负极集流体3-2上的负极涂层,所述负极涂层包括涂覆在所述负极集流体3-2上的底层Ⅱ1-2和涂覆在底层Ⅱ1-2上的顶层Ⅱ2-2,所述底层Ⅱ1-2包括高压实密度负极活性材料,所述顶层Ⅱ2-2包括低压实密度材料Ⅱ,所述高压实密度负极活性材料的压实密度>1.75g/cm3,所述低压实密度材料Ⅱ的压实密度<1.65g/cm3;所述底层Ⅱ1-2的厚度范围为20-200μm,所述顶层Ⅱ2-2的厚度范围为10-50μm。
进一步的,所述低压实密度材料Ⅱ为比表面积>600m2/g的负极导电剂。
进一步的,所述底层Ⅱ1-2和顶层Ⅱ2-2均包括负极粘结剂。
一种上述锂离子电池负极极片的制备方法:包括以下步骤:
步骤一:取负极分散剂溶解在负极溶剂中,搅拌均匀后形成溶液,再向溶液中加入高压实密度负极材料继续搅拌均匀,最后加入负极粘结剂,形成浆料Ⅲ;
步骤二:取负极分散剂溶解在负极溶剂中,搅拌均匀后形成溶液,再向溶液中加入比表面积>600m2/g的负极导电剂继续搅拌均匀,最后加入负极粘结剂,形成浆料Ⅳ;
步骤三:将浆料Ⅲ涂布在负极集流体3-2上,将浆料Ⅳ涂覆在浆料Ⅲ的表面,干燥除去溶剂得到锂离子电池负极极片。
进一步的,步骤一中,浆料Ⅲ中所述高压实密度负极活性材料、负极粘结剂、分散剂的比例范围为分别为90%-98%、0.5%-9%、0.5%-9%,所述浆料Ⅲ的固含量为40-60%。
进一步的,步骤二中,浆料Ⅳ中所述比表面积>600m2/g的负极导电剂、负极粘结剂、分散剂的比例范围为90%-98%、0.5%-9%、0.5%-9%,所述浆料Ⅳ的固含量为40-60%。
进一步的,所述负极活性材料为石墨。
进一步的,所述负极粘结剂包括环氧树脂、三聚氰胺树脂、丁苯橡胶、聚氨酯、酰亚胺树脂和丙烯酸酯类中的至少一种。
进一步的,所述负极导电剂包括炭黑、乙炔黑、碳纳米管中的至少一种;所述分散剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基溴化铵、聚乙烯醇、乙基纤维素树脂中的至少一种。
进一步的,所述负极溶剂为去离子水。
为了防止极片在辊压过程中出现过压的现象,常采用高低压实密度材料掺杂,提高耐压性。但单纯将高低压实密度材料进行混合,材料的颗粒大小不一致,掺杂时小颗粒材料容易填充到颗粒之间的空隙中,电解液在浆料层中的路径会增加,降低浸润速度(如图2)。当采用双层涂布,将低压实密度材料涂覆在高压实密度材料上,低压实密度材料不易被压实,空隙较大,有利于电解液的浸润(如图1)。
为了提高能量密度,采用极片厚涂布和高压实是两种有效的方法,但在生产过程中会存在过压现象,造成浸润困难,锂离子迁移出现问题,电性能下降。通过在高压实密度材料涂覆低压实密度材料,增加浆料层中颗粒之间的空隙,有利于电解液的浸润;或在极片表面涂布陶瓷或勃姆石等具有保液功能的材料,提高浸润性;或在极片表面涂覆形貌为絮状、圆柱状、串状等材料,例如导电炭等,在辊压过程中空隙不易被堵塞,有利于电解液的浸润。
Claims (9)
1.一种锂离子电池极片,包括正极极片和负极极片,所述正极极片包括正极集流体(3-1)和涂覆在所述正极集流体(3-1)上的正极涂层,所述负极极片包括负极集流体(3-2)和涂覆在所述负极集流体(3-2)上的负极涂层,其特征在于:所述正极涂层包括涂覆在所述正极集流体(3-1)上的底层Ⅰ(1-1)和涂覆在底层Ⅰ(1-1)上的顶层Ⅰ(2-1),所述底层Ⅰ(1-1)包括高压实密度正极活性材料,所述顶层Ⅰ(2-1)包括低压实密度材料Ⅰ,所述高压实密度正极活性材料的压实密度>4.1g/cm3,所述低压实密度材料Ⅰ的压实密度<4.0g/cm3;所述负极涂层包括涂覆在所述负极集流体(3-2)上的底层Ⅱ(1-2)和涂覆在底层Ⅱ(1-2)上的顶层Ⅱ(2-2),所述底层Ⅱ(1-2)包括高压实密度负极活性材料,所述顶层Ⅱ(2-2)包括低压实密度材料Ⅱ,所述高压实密度负极活性材料的压实密度>1.75g/cm3,所述低压实密度材料Ⅱ的压实密度<1.65g/cm3。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池极片,其特征在于:所述底层Ⅰ(1-1)的厚度范围为20-200μm,所述顶层Ⅰ(2-1)的厚度范围为10-50μm。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池极片,其特征在于:所述底层Ⅰ(1-1)还包括正极导电剂。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池极片,其特征在于:所述低压实密度材料Ⅰ包括低压实密度正极活性材料、陶瓷和勃姆石的任意比例混合的材料或比表面积>600m2/g的正极导电剂。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池极片,其特征在于:所述底层Ⅰ(1-1)和顶层Ⅰ(2-1)均包括正极粘结剂。
6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池极片,其特征在于:所述底层Ⅱ(1-2)的厚度范围为20-200μm,所述顶层Ⅱ(2-2)的厚度范围为10-50μm。
7.根据权利要求1所述的一种锂离子电池极片,其特征在于:所述低压实密度材料Ⅱ包括低压实密度负极活性材料、任意比例混合的陶瓷和勃姆石材料或比表面积>600m2/g的负极导电剂。
8.根据权利要求1所述的一种锂离子电池极片,其特征在于:底层Ⅱ(1-2)和顶层Ⅱ(2-2)均包括负极粘结剂。
9.一种含有权利要求1-8任一权利要求所述极片的锂离子电池,其特征在于:所述锂离子电池中包括所述正极极片和所述负极极片。
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