CN110649321A - 辅助电池浸润的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池浸润设备技术领域，特别涉及一种辅助电池浸润的装置。所述装置包括旋转单元、加热单元以及具有腔室的壳体，所述旋转单元可旋转地安装于所述壳体并且具有伸入所述腔室内的伸入部分，所述伸入部分设置为能够安装并且带动多个注有电解液的所述电池旋转，所述加热单元安装于所述壳体并且设置为能够对所述腔室进行加热处理，以使得容纳在所述腔室内的所述电池达到浸润温度。该装置通过设置旋转单元和加热单元，使得注有电解液的电池能够在浸润温度下通过旋转的方式进行浸润，显著缩短了浸润时间，而且无需二次注液，明显提高了浸润效率。

Description

辅助电池浸润的装置

技术领域

本发明涉及电池浸润设备技术领域，特别涉及一种辅助电池浸润的装置。

背景技术

目前，锂离子电池需要采用注液的方式来引入电解液。具体的，在引入电解液的过程中，锂离子电池需要先进行注液操作，然后，将注有电解液的电池放置在高温调节下进行保温一段时间进行浸润操作，以使得电解液浸润到内部极组中。但是，在电池的电解液进行浸润时，电解液最初很难完全迅速地浸入到极组内部，而且部分电解液还会集中在电池内部的空隙中，难以浸入到极组内部，导致电解液需要很长的静置时间才能充分浸润到极组内部。为了缩短浸润时间以加快浸润过程，同时还要保证电解液充分浸润以确定电池的使用性能，通常采用二次注液的方式。但是，这种二次注液的方式仍存在以下缺陷：浸润过程仍然较长，长达20多个小时，过长时间的高温静置过程，不仅增加了生产成本，也造成了电池性能的下降。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种辅助电池浸润的装置，以解决现有技术中因通过高温静置的方式进行电解液浸润而导致的需要辅助二次注液的方式所造成的浸润时间长、成本高等问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种辅助电池浸润的装置，所述装置包括旋转单元、加热单元以及具有腔室的壳体，所述旋转单元可旋转地安装于所述壳体并且具有伸入所述腔室内的伸入部分，所述伸入部分设置为能够安装并且带动多个注有电解液的所述电池旋转，所述加热单元安装于所述壳体并且设置为能够对所述腔室进行加热处理，以使得容纳在所述腔室内的所述电池达到浸润温度。

可选的，所述伸入部分包括旋转轴以及用于安装多个所述电池的旋转安装架，所述旋转轴可旋转地安装于所述壳体，所述旋转安装架套设于所述旋转轴并且设置为能够在所述旋转轴的旋转作用的带动下同步旋转。

可选的，所述旋转安装架包括安装支架以及用于安装多个所述电池的多个固定架，所述安装支架垂直套设于所述旋转轴并且形成有沿所述旋转轴的径向向外延伸的多个托板，每个所述托板上安装有多个所述固定架。

可选的，多个所述托板沿所述旋转轴的周向等间隔分布；

和/或，所述固定架包括止挡件以及用于容纳所述电池的框架，所述止挡件可活动地安装于所述框架并且设置为能够将所述电池止挡于所述框架内。

可选的，所述托板包括沿所述托板的长度方向依次排列的多个安装结构，所述安装结构设置为能够将所述固定架沿所述旋转轴的轴向和/或所述旋转轴的径向安装于所述托板。

可选的，所述固定架包括安装部，所述安装部和所述安装结构中的一者设置为安装槽，另一者设置为与所述安装槽适配的安装凸起。

可选的，沿所述旋转轴的高度方向，所述安装结构包括第一安装结构和第二安装结构，所述第一安装结构设置在所述托板的上表面以使得所述固定架能够沿所述旋转轴的径向设置，所述第二安装结构分别设置在所述托板的两个侧表面以使得所述固定架能够沿所述旋转轴的轴向设置。

可选的，所述装置包括以下形式中的至少一种：

形式一：所述托板包括从所述托板的下表面向外延伸的外沿，所述外沿设置为能够支撑所述固定架，以辅助所述第二安装结构固定所述固定架；

形式二：所述托板的上表面设置有与多个所述第一安装结构一一对应设置的多个限位结构，所述限位结构设置为能够抵挡所述固定架，以辅助所述第一安装结构固定所述固定架；

形式三：所述安装结构包括沿所述托板的上表面的宽度方向并排设置的两个所述第一安装结构。

可选的，所述旋转单元包括动力机构，所述动力机构与所述旋转轴传动连接以带动所述旋转轴旋转。

可选的，所述装置包括抽真空单元，所述抽真空单元与所述壳体连接并且设置为能够对所述腔室进行抽真空处理；

和/或，所述装置包括惰气源，所述惰气源与所述腔室可通断地连接并且设置为能够向所述腔室充入惰气。

相对于现有技术，本发明所述的辅助电池浸润的装置具有以下优势：

通过设置旋转单元和加热单元，使得注有电解液的电池能够在浸润温度下通过旋转的方式进行浸润，充分利用了电池中的极组(固体)和电解液(液体)在旋转状态下所受到的离心力不同这一特性，有利于电解液借助离心作用而快速浸入到电池中相对静止的极组内部，显著缩短了浸润时间，而且无需二次注液，明显提高了浸润效率，还保证了电池的内部极组被电解液充分浸润，降低了生产成本。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1为本发明实施方式所述的一种辅助电池浸润的装置的结构示意图；

图2为图1所示的旋转安装架中的安装支架和固定架之间其中一种装配关系的示意图；

图3为图2所示的固定架的结构示意图；

图4为图2所示的固定架安装有电池的结构示意图；

图5为图1所示的旋转安装架中的安装支架和固定架之间另一种装配关系的示意图；

图6为图5所示的安装支架的结构示意图；

图7为图5所示的固定架安装有电池的结构示意图。

附图标记说明：

1、旋转单元；11、旋转轴；12、旋转安装架；13、安装支架；14、托板；141、安装结构；141a、第一安装结构；15、固定架；16、止挡件；17、框架；18、安装部；19、挡板；

2、加热单元；3、壳体；31、腔室；32、门；33、可视窗；4、电池。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

本发明提供了一种辅助电池浸润的装置，如图1-7所示，所述装置包括旋转单元1、加热单元2以及具有腔室31的壳体3，所述旋转单元1可旋转地安装于所述壳体3并且具有伸入所述腔室31内的伸入部分，所述伸入部分设置为能够安装并且带动多个注有电解液的所述电池4旋转，所述加热单元2安装于所述壳体3并且设置为能够对所述腔室31进行加热处理，以使得容纳在所述腔室31内的所述电池4达到浸润温度。其中，壳体3可以设置为各种合理形式，例如，如图1所示，壳体3设置有如图1所示的门32，门32上设置有可视窗33，当然，还可以设置多个分隔板，以将壳体3的腔室31分隔成多个空间，则旋转单元1相应地包括多个伸入部分，每个空间内均安装有伸入该空间的伸入部分，便于操作和控制。

通过上述技术方案，本发明提供了一种辅助电池浸润的装置，该装置通过设置旋转单元1和加热单元2，使得注有电解液的电池4能够在浸润温度下通过旋转的方式进行浸润，充分利用了电池4中的极组(固体)和电解液(液体)在旋转状态下所受到的离心力不同这一特性，有利于电解液借助离心作用而快速浸入到电池4中相对静止的极组内部，显著缩短了浸润时间，而且无需二次注液，明显提高了浸润效率，还保证了电池4的内部极组被电解液充分浸润，降低了生产成本。

如图1和2所示，所述伸入部分包括旋转轴11以及用于安装多个所述电池4的旋转安装架12，所述旋转轴11可旋转地安装于所述壳体3，所述旋转安装架12套设于所述旋转轴11并且设置为能够在所述旋转轴11的旋转作用的带动下同步旋转，结构简单，便于安装，有利于旋转安装架12上安装的电池充分利用旋转轴的旋转作用进行连续性浸润，缩短了浸润时间。其中，伸入部分可以设置为各种合理形式，例如，旋转安装架12可以沿旋转轴11的轴线间隔设置并且套设在旋转轴上，旋转轴可以通过固定在壳体上的轴承安装于壳体，当然，旋转轴可以可拆卸的安装在壳体上，以便于将旋转单元上安装的所有电池同时从壳体内移出，操作便捷。

为了提高电池的浸润效率，所述辅助电池浸润的装置可以采取批量处理的方式同时对多个电池进行浸润操作。例如，所述旋转安装架12包括安装支架13以及用于安装多个所述电池4的多个固定架15，所述安装支架13垂直套设于所述旋转轴11并且形成有沿所述旋转轴11的径向向外延伸的多个托板14，每个所述托板14上安装有多个所述固定架15，充分利用了壳体3内的安装空间，便于对批量完成电池的浸润处理，安全高效。其中，安装支架13可以设置为各种合理的形式，例如，安装支架可以包括两个半圆衬套结构，每个半圆衬套结构的外周壁沿径向向外延伸形成多个托板14，其中，每个半圆衬套结构可以通过螺栓螺接的方式可拆卸地连接在旋转轴上，从而实现了安装支架13可拆卸地安装于旋转轴。

如图1和2所示，多个所述托板14沿所述旋转轴11的周向等间隔分布，有利于多个托板14在旋转过程中对旋转轴11施加更为均衡的作用力，安全性好，提高了壳体3内的空间利用率。

如图2-5和7所示，所述固定架15包括止挡件以及用于容纳所述电池4的框架，所述止挡件可活动地安装于所述框架并且设置为能够将所述电池4止挡于所述框架内。以图4和7中所示的方形铝质锂电池为例，框架设置为如图2-5和7所示的矩形结构，以使得电池能够从图3所示的上方插入到框架中，以使得框架限制电池水平移动以及向下移动，此时，电池的正负极如图4所示的向上，然后旋转安装在框架四个角处的止挡件，使得止挡件抵住电池的上表面的四个角处，以限制电池向上移动，电池以如图4所示状态安装于固定架，从而使得固定架15牢靠固定电池，保证了电池在旋转过程中的安全。

如图1-7所示，所述托板14包括沿所述托板14的长度方向依次排列的多个安装结构141，所述安装结构141设置为能够将所述固定架15沿所述旋转轴11的轴向和/或所述旋转轴11的径向安装于所述托板14，通过限定电池为特定的安装状态，有利于电池的浸润。以图4和7中所示的方形铝质锂电池为例，当安装结构141将所述固定架15沿所述旋转轴11的轴向安装于所述托板14时，电池以图4所示的正负极向上的状态安装在壳体内，使得电池内的电解液能够在离心力的作用下优先沿电池的横截面的延伸方向进行浸润；当安装结构141将所述固定架15沿所述旋转轴11的轴向安装于所述托板14时，电池以图5和7所示的正负极水平朝向旋转轴的状态安装在壳体内，使得电池内的电解液能够在离心力的作用下优先沿电池的高度方向(即，与电池的横截面的延伸方向垂直)进行浸润(优选地，在电池的高度方向上，电解液优先从电池的具有正负极的顶部朝向电池的底部进行浸润)，从而保证了电池的浸润效果，缩短了电池的浸润时间。

进一步的，所述固定架15包括安装部18，所述安装部18和所述安装结构141中的一者设置为安装槽，另一者设置为与所述安装槽适配的安装凸起。如图3所示，以固定架15的框架上设置有沿电池的高度方向延伸的安装凸起为例，安装结构141相应地设置为安装槽。其中，每个固定架可以设置有两个保持间隔的安装凸起，则安装结构141相应地设置为两个保持间隔的安装槽，使得固定架能够更稳定的安装于托板。

进一步的，沿所述旋转轴11的高度方向，所述安装结构141包括第一安装结构141a和第二安装结构，所述第一安装结构141a设置在所述托板14的上表面以使得所述固定架15能够沿所述旋转轴11的径向设置，所述第二安装结构分别设置在所述托板14的两个侧表面以使得所述固定架15能够沿所述旋转轴11的轴向设置，使得托板实现了最大限度地安装电池，增加了每个托板的电池承载量，提高了整个装置的浸润效率，还能够实现对电池进行不同方向的离心作用(如上所述的，沿电池的横截面的延伸方向，以及，沿电池的高度方向)，充分利用了托板的安装表面和安装空间。

进一步的，所述托板14包括从所述托板14的下表面向外延伸的外沿，所述外沿设置为能够支撑所述固定架15，以辅助所述第二安装结构固定所述固定架15，防止固定架在电池的重力作用脱离托板14，安装更为牢固可靠。

进一步的，所述托板14的上表面设置有与多个所述第一安装结构141a一一对应设置的多个限位结构，所述限位结构设置为能够抵挡所述固定架15，以辅助所述第一安装结构141a固定所述固定架15，防止固定架在离心作用下脱离托板14，安装更为牢固。其中，限位结构可以设置为各种合理结构，例如，限位结构设置为图5和6所示的挡板19，以止挡固定架在离心作用下向外飞出，结构简单，便于安装。

进一步的，所述安装结构141包括沿所述托板14的上表面的宽度方向并排设置的两个所述第一安装结构141a，使得每个托板14所设置的第一安装结构141a和第二安装结构的数量相等，有利于将同一批次的电池在第一安装结构141a和第二安装结构之间进行全部转移，使得同一批次的电池能够在沿横截面方向优先浸润以及沿高度方向优先浸润这两种浸润方式中同时切换，保证了该装置能够对电池进行批量浸润，提高了电池的浸润效率。

为了保证旋转轴稳定持续的旋转，例如，所述旋转单元1包括动力机构，所述动力机构与所述旋转轴11传动连接以带动所述旋转轴11旋转。其中，旋转轴11可以采用电机。

在电池放置在壳体内进行旋转浸润时，为了加速电池进行浸润，所述装置包括抽真空单元，所述抽真空单元与所述壳体3连接并且设置为能够对所述腔室31进行抽真空处理。其中，抽真空单元可以设置为真空泵。

进一步的，所述装置包括惰气源，所述惰气源与所述腔室31可通断地连接并且设置为能够向所述腔室31充入惰气。其中，惰气源可以设置为氮气气瓶，通过阀门与壳体3的腔室31可通断的连接。

本发明提供的辅助电池浸润的装置，以安装支架13固定在旋转轴11上为例，则托板14连接在旋转轴上，在对注有电解液的电池进行浸润时，具体包括以下操作步骤：

步骤1：将多个注有电解液的电池均按照如图4所示的正负极向上的状态(即，电池竖直放置)分别安装在多个固定架中，然后将安装有电池的固定架分别安装并且占满多个托板的两侧的第二安装结构，以使得电池沿旋转轴的轴向设置，随后将连接有托板14的旋转轴11可拆卸地安装在壳体3内，关闭门32；

步骤2：利用加热单元2对壳体3进行加热，以使得壳体3内的腔室处于恒定温度(例如，80℃-110℃)下，则电池也处于该恒定温度(例如，80℃-110℃)下；同时，开始真空泵，以对壳体进行抽真空处理，使得壳体3的腔室31处于真空状态(例如，真空度设置为-80kPa至-99kPa)；与此同时，开启电机，使得电机带动旋转轴11旋转(例如，旋转轴11的转速为25-120r/min)，以带动固定在托板14上的电池绕旋转轴的旋转轴线同步旋转，以使得电池内的电解液能够在离心作用下优先沿电池的横截面方向进行浸润；如此一来，使得竖直设置的电池在真空状态下保持旋转加热一段时间(例如，4小时)，然后关闭电机，再通过氮气气瓶向壳体3的腔室31内充入氮气，以破坏腔室31的真空状态，打开门32，取出安装有托板14的旋转轴。进一步的，可以在中间某个时间点时(例如，2小时)，通过氮气气瓶向壳体3的腔室31内充入氮气，以破坏腔室31的真空状态，然后断开氮气气瓶，重新利用真空泵对壳体的腔室31进行抽真空，以使得腔室31重新处于真空状态，通过改变电池外部的压力来促进电池内部的电解液进行充分浸润，加速了浸润过程。其中，加热单元可以设置为各种合理结构，例如，烘箱内的加热模块。

步骤3：将固定架由安装在托板14的两侧的第二安装结构全部更换为安装在托板14的上表面的第一安装结构141a，然后再将旋转轴11重新安装到壳体中，关闭门32。此时，电池均按照如图5和7所示的正负极沿水平设置的状态(即，电池水平设置)分别安装在多个固定架中，以使得电池沿旋转轴的径向设置，并且电池的正负极朝向旋转轴的方向设置。值得一提的是，每个托板的第一安装结构141a和第二安装结构数量相等，因此，固定在托板14两侧的固定架能够全部更换到托板14的上表面。

步骤4：利用加热单元2对壳体3进行加热，以使得壳体3内的腔室处于恒定温度(例如，60℃-90℃)下，则电池也处于该恒定温度(例如，60℃-90℃)下；同时，开始真空泵，以对壳体进行抽真空处理，使得壳体3的腔室31处于真空状态(例如，真空度设置为-40kPa至-80kPa)；与此同时，开启电机，使得电机带动旋转轴11旋转(例如，旋转轴11的转速为65-100r/min)，以带动固定在托板14上的电池同步旋转，以使得电池内的电解液能够在离心作用下优先沿电池的高度方向进行浸润；如此一来，使得水平设置的电池在真空状态下保持旋转加热一段时间(例如，4小时)，然后关闭电机，再通过氮气气瓶向壳体3的腔室31内充入氮气，以破坏腔室31的真空状态，打开门32，待电池降为常温后取出(或者是，直接取出安装有托板14的旋转轴以使得电池在腔室31外将至室温)，将常温电池静止一段时间后(例如，1小时)，即完成了电池浸润，可以直接进行到下一步工序(例如，电池的预化成工序)。其中，壳体可以通过安装风扇进行降温，加速腔室内的散热。进一步的，可以在中间某个时间点时(例如，2小时)，通过氮气气瓶向壳体3的腔室31内充入氮气，以破坏腔室31的真空状态，然后断开氮气气瓶，重新利用真空泵对壳体的腔室31进行抽真空，以使得腔室31重新处于真空状态，通过改变电池外部的压力来促进电池内部的电解液进行充分浸润，加速了浸润过程。可以理解的是，为了实现对装置进行智能化控制，可以在装置上设置PLC控制单元，该控制单元可以配置如下：可以控制电机，以控制旋转轴的旋转时间和旋转速度；可以控制加热单元，以控制壳体内的加热温度和加热时间；可以控制真空泵，以控制真空泵的抽真空操作的时机以及抽真空操作后壳体内的真空度；还可以控制氮气气瓶，以控制氮气气瓶的充氮气操作的时机以及充氮气操作后壳体内的氮气量，以便于控制壳体内的降温速度。

值得一提的是，为了提高利用该装置进行浸润的电池作业量，可以将步骤2和步骤4中的加热温度、旋转速度、真空度和浸润时间等各种外界条件设置为一致，此时，电池的浸润过程可以如下所述：在步骤1中，将刚完成注液操作的电池通过固定架以图4所示的竖直设置方式安装在托板的两侧，将已经完成步骤2的电池(即，电池中的电解液已经部分浸润电池内的极组)通过固定架以图5和7所示的水平设置方式安装在托板的上表面，然后重复进行步骤2中在真空状态下进行旋转加热；待完成步骤2后，则将以图5和7所示的水平设置方式安装在托板的上表面的电池取下，放置在壳体外降至室温并且在室温状态下静止一段时间，则可以进入下一步工序，此外，将以图4所示的竖直设置方式重新更换到托板的上表面进行安装，以使得电池以图5和7所示的水平设置方式安装在托板的上表面，此时，再将刚完成注液操作的电池通过固定架以图4所示的竖直设置方式安装在托板的两侧，如此重复操作，显著提高了该装置浸润电池的作用量。

此外，该装置对电池进行浸润作业时，还可以设置为：首先，将电池沿旋转轴的径向进行固定，以使得电池内的电解液能够在离心作用下优先进行沿电池的高度方向进行浸润，然后，将电池沿旋转轴的轴向进行固定，以使得电池内的电解液能够在离心作用下优先进行沿电池的横截面方向进行浸润，具体过程跟上述类似，因此不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种辅助电池浸润的装置，其特征在于，所述装置包括旋转单元(1)、加热单元(2)以及具有腔室(31)的壳体(3)，所述旋转单元(1)可旋转地安装于所述壳体(3)并且具有伸入所述腔室(31)内的伸入部分，所述伸入部分设置为能够安装并且带动多个注有电解液的所述电池(4)旋转，所述加热单元(2)安装于所述壳体(3)并且设置为能够对所述腔室(31)进行加热处理，以使得容纳在所述腔室(31)内的所述电池(4)达到浸润温度。

2.根据权利要求1所述的辅助电池浸润的装置，其特征在于，所述伸入部分包括旋转轴(11)以及用于安装多个所述电池(4)的旋转安装架(12)，所述旋转轴(11)可旋转地安装于所述壳体(3)，所述旋转安装架(12)套设于所述旋转轴(11)并且设置为能够在所述旋转轴(11)的旋转作用的带动下同步旋转。

3.根据权利要求2所述的辅助电池浸润的装置，其特征在于，所述旋转安装架(12)包括安装支架(13)以及用于安装多个所述电池(4)的多个固定架(15)，所述安装支架(13)垂直套设于所述旋转轴(11)并且形成有沿所述旋转轴(11)的径向向外延伸的多个托板(14)，每个所述托板(14)上安装有多个所述固定架(15)。

4.根据权利要求3所述的辅助电池浸润的装置，其特征在于，多个所述托板(14)沿所述旋转轴(11)的周向等间隔分布；

和/或，所述固定架(15)包括止挡件以及用于容纳所述电池(4)的框架，所述止挡件可活动地安装于所述框架并且设置为能够将所述电池(4)止挡于所述框架内。

5.根据权利要求3所述的辅助电池浸润的装置，其特征在于，所述托板(14)包括沿所述托板(14)的长度方向依次排列的多个安装结构(141)，所述安装结构(141)设置为能够将所述固定架(15)沿所述旋转轴(11)的轴向和/或所述旋转轴(11)的径向安装于所述托板(14)。

6.根据权利要求5所述的辅助电池浸润的装置，其特征在于，所述固定架(15)包括安装部(18)，所述安装部(18)和所述安装结构(141)中的一者设置为安装槽，另一者设置为与所述安装槽适配的安装凸起。

7.根据权利要求6所述的辅助电池浸润的装置，其特征在于，沿所述旋转轴(11)的高度方向，所述安装结构(141)包括第一安装结构(141a)和第二安装结构，所述第一安装结构(141a)设置在所述托板(14)的上表面以使得所述固定架(15)能够沿所述旋转轴(11)的径向设置，所述第二安装结构分别设置在所述托板(14)的两个侧表面以使得所述固定架(15)能够沿所述旋转轴(11)的轴向设置。

8.根据权利要求7所述的辅助电池浸润的装置，其特征在于，所述装置包括以下形式中的至少一种：

形式一：所述托板(14)包括从所述托板(14)的下表面向外延伸的外沿，所述外沿设置为能够支撑所述固定架(15)，以辅助所述第二安装结构固定所述固定架(15)；

形式二：所述托板(14)的上表面设置有与多个所述第一安装结构(141a)一一对应设置的多个限位结构，所述限位结构设置为能够抵挡所述固定架(15)，以辅助所述第一安装结构(141a)固定所述固定架(15)；

形式三：所述安装结构(141)包括沿所述托板(14)的上表面的宽度方向并排设置的两个所述第一安装结构(141a)。

9.根据权利要求2-8中任意一项所述的辅助电池浸润的装置，其特征在于，所述旋转单元(1)包括动力机构，所述动力机构与所述旋转轴(11)传动连接以带动所述旋转轴(11)旋转。

10.根据权利要求9所述的辅助电池浸润的装置，其特征在于，所述装置包括抽真空单元，所述抽真空单元与所述壳体(3)连接并且设置为能够对所述腔室(31)进行抽真空处理；

和/或，所述装置包括惰气源，所述惰气源与所述腔室(31)可通断地连接并且设置为能够向所述腔室(31)充入惰气。

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