CN110858666A - 层叠型电池的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供即使使用定位用引导件也能够抑制短路的层叠型电池的制造方法。一种依次具有第一集电体层、第一活性物质层、固体电解质层或隔离件层、第二活性物质层及第二集电体层的层叠型电池的制造方法,包括:沿着定位用引导件的第一抵接面配置第一层,使定位用引导件旋转,然后沿着定位用引导件的第二抵接面在已配置的第一层上配置第二层,第一层及第二层相互不同,并且包括从第一集电体层、第一活性物质层、固体电解质层或隔离件层、第二活性物质层及第二集电体层中选择的任意的层。
Description
技术领域
本公开涉及层叠型电池的制造方法。
背景技术
近年来,伴随着个人电脑、摄像机、移动电话等信息关联设备、通信设备等的急速普及,作为其电源利用的层叠型电池的开发受到重视。
例如,在专利文献1中,公开了包括如下工序的全固态电池的制造方法:在收容充放电部的框体具有定位凸部,且在作为充放电部的构成要素的电极具有能够供定位凸部插入的孔,沿着定位凸部层叠充放电部的构成要素。
另外,在专利文献2中,公开了在利用定位用引导件使单位电池成为层叠体后,拆除定位用引导件而制造燃料电池堆(层叠体)的方法。
并且,在专利文献3中,公开了一种蓄电池装置,其具有正极及负极经由电解质层叠而成的层叠体,在形成于层叠体的在层叠方向上贯通的定位用的孔部插入有定位构件。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2011-103279号公报
专利文献2:日本特开2003-086232号公报
专利文献3:日本特开2008-053102号公报
发明要解决的课题
为了制造层叠型电池,如上所述,提出了如下方案:使用定位用引导件,将集电体层、活性物质层以及固体电解质层或隔离件层叠。
然而,在将活性物质层、固体电解质层层叠时,构成这些层的材料有可能脱落并附着于定位用引导件。这样,当脱落的材料附着于定位用引导件时,该材料会附着于接下来层叠的层,由此,有可能发生短路。
发明内容
因此,本公开鉴于上述情况而作出,其目的在于提供在使用定位用引导件制造层叠型电池时能够抑制短路的层叠型电池的制造方法。
用于解决课题的手段
本公开的本发明人发现,通过以下手段能够解决上述课题。
<技术方案1>
一种层叠型电池的制造方法,所述层叠型电池依次具有第一集电体层、第一活性物质层、固体电解质层或隔离件层、第二活性物质层及第二集电体层,其中,
所述层叠型电池的制造方法包括:沿着定位用引导件的第一抵接面配置第一层,使所述定位用引导件旋转,然后沿着所述定位用引导件的第二抵接面在已配置的所述第一层上配置第二层,
所述第一层及所述第二层相互不同,并且包括从所述第一集电体层、所述第一活性物质层、所述固体电解质层或所述隔离件层、所述第二活性物质层及所述第二集电体层中选择的任意的层。
<技术方案2>
根据技术方案1记载的层叠型电池的制造方法,其中,
所述第一层及所述第二层中的至少一方是所述第一集电体层及所述第一活性物质层的层叠体或所述第二集电体层及所述第二活性物质层的层叠体。
<技术方案3>
根据技术方案1记载的层叠型电池的制造方法,其中,
包括:沿着所述定位用引导件依次配置所述第一层、所述第二层及第三层,
沿着所述定位用引导件的所述第一抵接面配置所述第一层,使所述定位用引导件旋转,然后
沿着所述定位用引导件的所述第二抵接面,在已配置的所述第一层上配置所述第二层,使所述定位用引导件旋转,然后
沿着所述定位用引导件的第三抵接面,在已配置的所述第二层上配置所述第三层,且
所述第三层与所述第一层及所述第二层不同,并且包括从所述第一集电体层、所述第一活性物质层、所述固体电解质层或所述隔离件层、所述第二活性物质层及所述第二集电体层中选择的任意的层。
<技术方案4>
根据技术方案3记载的层叠型电池的制造方法,其中,
所述第一层为所述第一集电体层及所述第一活性物质层的层叠体,
所述第二层为所述固体电解质层或所述隔离件层,且
所述第三层为所述第二集电体层及所述第二活性物质层的层叠体。
<技术方案5>
根据技术方案1~4中任一项记载的层叠型电池的制造方法,其中,
还包括:使所述定位用引导件的所述抵接面清洁化。
<技术方案6>
根据技术方案5记载的层叠型电池的制造方法,其中,
利用接触方法或非接触方法进行所述清洁化。
<技术方案7>
根据技术方案1~6中任一项记载的层叠型电池的制造方法,其中,
所述定位用引导件为两个以上。
<技术方案8>
根据技术方案1~7中任一项记载的层叠型电池的制造方法,其中,
所述定位用引导件为三个。
<技术方案9>
根据技术方案1~8中任一项记载的层叠型电池的制造方法,其中,
所述定位用引导件设置在底板上,且
所述定位用引导件与所述底板形成所述层叠型电池的框体的一部分。
发明的效果
根据本公开的层叠型电池的制造方法,即使使用定位用引导件,也能够抑制短路。
附图说明
图1是示出本公开的方法的一个方式的示意图。
图2是示出本公开的方法的其他方式的示意图。
具体实施方式
以下,参照附图详细说明用于实施本公开的方式。此外,为了便于说明,在各图中,对相同或相当的部分标注相同的参照附图标记,并省略重复的说明。实施方式的各构成要素不限于全部都是必需的,有时能够省略一部分构成要素。此外,以下的图所示的方式是本公开的例示,不限定本公开。
《层叠型电池的制造方法》
本公开的层叠型电池的制造方法是依次具有第一集电体层、第一活性物质层、固体电解质层或隔离件层、第二活性物质层及第二集电体层的层叠型电池的制造方法,
所述层叠型电池的制造方法包括:沿着定位用引导件的第一抵接面配置第一层,使定位用引导件旋转,然后沿着定位用引导件的第二抵接面在已配置的第一层上配置第二层,
第一层及第二层相互不同,并且包括从第一集电体层、第一活性物质层、固体电解质层或隔离件层、第二活性物质层及第二集电体层中选择的任意的层。
另外,在本公开中,定位用引导件的“抵接面”是在定位用引导件的表面中沿着定位用引导件配置第一层、第二层以及任意的第三层等时的接触面。因此,“第一抵接面”、“第二抵接面”及“第三抵接面”等是沿着定位用引导件配置这些层时的定位用引导件的表面的接触面。它们可以是定位用引导件的表面的不同的区域,在进一步包括使定位用引导件的抵接面清洁化的情况下,也可以是与清洁化后的抵接面相同的区域或部分重叠的区域。更具体而言,例如,“第一抵接面”、“第二抵接面”及“第三抵接面”可以分别是定位用引导件的表面的不同的区域。另外,例如,清洁化后的“第一抵接面”和“第二抵接面”可以是定位用引导件的表面的相同的区域或部分重叠的区域。另外,在不同的定时反复地配置具有相同的结构的层或层叠体的情况下,能够使具有相同的结构的层或层叠体与相同的抵接面相匹配地配置。
另外,“第一层”、“第二层”及“第三层”分别既可以仅包括单一的层,也可以包括由两层以上的单一层构成的层叠体。
在本公开中,“配置”这一词汇包括“层叠”的意思。另外,也将“沿着定位用引导件配置”简称为“配置”。
另外,使定位用引导件旋转的角度不特别限定,例如可以绕定位用引导件的长度方向的轴旋转10°以上、20°以上、40°以上、60°以上、80°以上、100°以上、120°以上、140°以上、160°以上或180°以上,另外,也可以旋转350°以下、340°以下、320°以下、300°以下、280°以下、260°以下、240°以下、220°以下、200°以下、或180°以下。
如上所述,在通过使用定位用引导件将集电体层、活性物质层与固体电解质层或隔离件层叠来制造层叠型电池的情况下,构成活性物质层或固体电解质层的材料有可能在层叠时脱落并附着于定位用引导件,由此,附着于接下来层叠的层而发生短路。
对此,本公开的方法包括:沿着定位用引导件的第一抵接面配置第一层,使定位用引导件旋转,然后沿着定位用引导件的第二抵接面在已配置的第一层上配置第二层。这样,通过使定位用引导件旋转,从而即使材料从沿着定位用引导件的第一抵接面配置的第一层脱落并附着于定位用引导件的第一抵接面,由于沿着定位用引导件的第二抵接面配置第二层,所以附着于第一抵接面的从第一层脱落的材料也不会附着于第二层。因此,在本公开的方法中,能够抑制短路的发生。
另外,由于本公开的方法利用定位用引导件配置各层或层叠体,所以也能够防止这些层或层叠体的位置偏移。
此外,本公开的方法能够包括:除了第一层及第二层以外,还配置其他层。在该情况下,只要至少在第一层的配置与第二层的配置之间使定位用引导件旋转即可。在其他层的配置与第一层的配置之间或第二层的配置与其他层的配置之间,可以使定位用引导件旋转,也可以不使之旋转。但是,从进一步发挥本公开的效果的观点来看,优选的是,在其他层的配置与第一层的配置之间或第二层的配置与其他层的配置之间,使定位用引导件旋转。即,优选反复进行配置任意的层或层叠体的动作及使定位用引导件旋转的动作。
图1是示出本公开的方法的一个方式的示意图。如图1(a)所示,沿着设置于底板21的定位用引导件11的第一抵接面11a配置第一层1。接下来,如图1(b)所示,使定位用引导件11旋转。然后,如图1(c)所示,沿着定位用引导件11的第二抵接面11b将第二层2配置于已配置的第一层1。通过按这种方式依次配置各层从而能够制造层叠型电池。由此,即使材料从第一层1脱落并附着于定位用引导件11的第一抵接面11a,由于沿着定位用引导件11的第二抵接面11b配置第二层2,所以能够抑制附着于第一抵接面11a的从第一层1脱落的材料附着于第二层2。因此,能够抑制短路的发生。另外,由于利用定位用引导件11,所以能够配置第一层1和第二层2而无位置偏移。
此外,在图1中使用底板21,该底板21可以在配置各层后与定位用引导件11一起拆下,也可以直接与定位用引导件11一起形成层叠型电池的框体的一部分。
另外,第一活性物质层、第二活性物质层及固体电解质层能够通过将各自的构成材料粉末压制成形(冲压成形)而形成。
另外,在本公开的方法中,第一层及第二层中的至少一方可以是第一集电体层及第一活性物质层的层叠体或第二集电体层及第二活性物质层的层叠体。
例如,第一层能够是第一集电体层及第一活性物质层的层叠体。该情况下的第二层能够是固体电解质层或隔离件层。而且,能够在已配置的固体电解质层或隔离件层上配置第三层。在该情况下,第三层可以是第二活性物质层,也可以是第二活性物质层及第二集电体层的层叠体。此外,在第三层为第二活性物质层的情况下,能够在其上进一步配置其他层(例如第二集电层)。
从进一步发挥本公开的效果的观点来看,优选的是,本公开的方法包括:沿着定位用引导件依次配置第一层、第二层及第三层,沿着定位用引导件的第一抵接面配置第一层,使定位用引导件旋转,然后沿着定位用引导件的第二抵接面在已配置的第一层上配置第二层,使定位用引导件旋转,然后沿着定位用引导件的第三抵接面在已配置的第二层上配置第三层。在该情况下,第三层与第一层及第二层不同,并且包括从第一集电体层、第一活性物质层、固体电解质层或隔离件层、第二活性物质层及第二集电体层中选择的任意的层。此外,从方便操作的观点来看,优选的是,第一层为第一集电体层及第一活性物质层的层叠体,第二层为固体电解质层或隔离件层,且第三层为第二集电体层及第二活性物质层的层叠体。
例如,图2是示出本公开的方法的其他方式的示意图。如图2(a)所示,沿着设置于底板22的三个定位用引导件12、13及14的各自的第一抵接面12a、13a及14a配置第一集电体层及第一活性物质层的层叠体3。接下来,如图2(b)所示,使定位用引导件12、13及14旋转,然后沿着定位用引导件12、13及14的各自的第二抵接面12b、13b及14b配置固体电解质层4。其后,如图2(c)所示,使定位用引导件12、13及14旋转,然后沿着定位用引导件12、13及14的各自的第三抵接面12c、13c及14c配置第二集电体层及第二活性物质层的层叠体5。这样,通过反复配置层的动作及使定位用引导件旋转的动作,从而能够制造作为目的的层叠型电池。
此外,在图2中使用底板22及三个定位用引导件12、13及14,该底板22可以在配置各层叠体及层后与三个定位用引导件12、13及14一起拆下,也可以直接与三个定位用引导件12、13及14一起形成层叠型电池的框体的一部分。
另外,第一集电体层及第一活性物质层的层叠体可以通过在第一集电体层上使第一活性物质层成形而形成,也可以通过将成形的第一活性物质层层叠于第一集电体层上而形成。
同样地,第二集电体层及第二活性物质层的层叠体可以通过在第二集电体层上使第二活性物质层成形而形成,也可以通过将成形的第二活性物质层层叠于第二集电体层上而形成。
<清洁化>
本公开的方法能够进一步包括使定位用引导件的抵接面清洁化。即,能够进一步包括:在沿着定位用引导件的第一抵接面配置第一层后,且在已配置的第一层上配置第二层前,在使定位用引导件旋转之前或之后,使该第一抵接面清洁化。由此,能够除去从第一层脱落并附着于第一抵接面的材料。因此,后面的操作中的第二抵接面可以是定位用引导件的表面中与该第一抵接面相同的区域,也可以是与该第一抵接面部分重叠的区域。
另外,能够利用接触方法或非接触方法进行清洁化。
作为利用接触方法的清洁化,例如可列举用抹布等擦试的方法、与具有粘接性的物质接触的方法或接触式吸引的方法等,但不限定于此。
作为利用非接触方法的清洁化,例如可列举利用静电的吸附方法、喷射气体的方法或非接触式吸引的方法等,但不限定于此。
<定位用引导件>
在本公开的方法中,至少使用一个定位用引导件。从有效地防止层间的位置偏移的观点来看,优选定位用引导件为两个以上,更优选为三个以上。另外,从使定位用引导件旋转的劳力和时间、实用的观点来看,优选定位用引导件为五个以下、四个以下或三个以下。例如,在图2所示的本公开的方法的例示中,使用三个定位引导件。
另外,定位引导件可以由相对于电池及离子具有绝缘性的材料构成,或由这种绝缘性材料涂装。
定位引导件的形状不特别限定,例如既可以是棱柱状,也可以是圆柱状。
另外,定位用引导件可以设置在底板上。底板可以由相对于电池及离子具有绝缘性的材料构成,或由这样的绝缘性材料涂装。并且,定位用引导件与底板也能够形成层叠型电池的框体的一部分。
此外,在本公开的方法中,在制造后述的层叠型全固态电池的情况下,可以在根据目的的层数按第一集电体层、第一活性物质层、固体电解质层、第二活性物质层及第二集电体层的顺序进行配置后,还包括在层叠方向上进行限制工序。由此,能够改良在充放电时全固态电池层叠体的各层的内部及各层之间的离子及电子的传导性,并进一步促进电池反应。
另外,制造而成的层叠型电池可以组装于罐体等包装体。
《层叠型电池》
利用上述方法制造的本公开的层叠型电池依次具有第一集电体层、第一活性物质层、固体电解质层或隔离件层、第二活性物质层及第二集电体层。
层叠型电池既可以是全固态电池,也可以是液态电池。因此,本公开的层叠型电池可以是依次具有第一集电体层、第一活性物质层、固体电解质层、第二活性物质层及第二集电体层的层叠型的全固态电池,也可以是依次具有第一集电体层、第一活性物质层、隔离件层、第二活性物质层及第二集电体层的层叠型的液态电池。
另外,“第一活性物质层”及“第二活性物质层”只要分别是不同的活性物质层即可,不特别限定。例如,如果“第一活性物质层”为正极活性物质层,则“第二活性物质层”为负极活性物质层。同样地,如果“第一活性物质层”为负极活性物质层,则“第二活性物质层”为正极活性物质层。另外,“第一集电体层”与第一活性物质层对应,“第二集电体层”与第二活性物质层对应。
以下,说明正极集电体层、正极活性物质层、固体电解质层、负极活性物质层、负极集电体层及隔离件层的结构的具体例。此外,为了容易理解本公开,以用于全固体型的锂离子二次电池例进行说明,但本公开的层叠型电池不限定于全固体型的锂离子二次电池,能够广泛地应用。
(正极集电体层)
在正极集电体层中使用的导电性材料不特别限定,可适当采用在全固态电池中能够使用的材料。例如,在正极集电体层中使用的导电性材料可以是SUS、铝、铜、镍、铁、钛或碳等,但不限定于此。
作为正极集电体层的形状,不特别限定,例如能够列举箔状、板状、网状等。其中,优选箔状。
(正极活性物质层)
正极活性物质层至少包括正极活性物质,优选还包括后述的固体电解质。除此之外,能够与使用用途、使用目的等相匹配地包括例如导电剂或粘合剂等在全固态电池的正极活性物质层中使用的添加剂。
作为正极活性物质的材料,不特别限定。例如,正极活性物质可以是钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)、锰酸锂(LiMn2O4)、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2、以Li1+xMn2-x-yMyO4(M是从Al、Mg、Co、Fe、Ni及Zn中选择的一种以上金属元素)表示的组成的不同种类元素置换Li-Mn尖晶石等,但不限定于此。
作为导电剂,不特别限定。例如,导电剂可以是VGCF(气相生长碳纤维,VaporGrown Carbon Fiber)及碳纳米纤维等碳原材料以及金属材料等,但不限定于此。
作为粘合剂,不特别限定。例如,粘合剂可以是聚偏氟乙烯(PVdF)、羧甲基纤维素(CMC)、丁二烯橡胶(BR)或苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)等材料或它们的组合,但不限定于此。
(固体电解质层)
固体电解质层至少包括固体电解质。作为固体电解质,不特别限定,能够使用可作为全固态电池的固体电解质利用的材料。例如,固体电解质可以是硫化物固体电解质、氧化物固体电解质或聚合物电解质等,但不限定于此。
作为硫化物固体电解质的例子,可列举硫化物类非晶质固体电解质、硫化物类结晶质固体电解质或硫银锗矿(argyrodite)型固体电解质等,但不限定于此。作为具体的硫化物固体电解质的例子,能够列举Li2S-P2S5类(Li7P3S11、Li3PS4、Li8P2S9等)、Li2S-SiS2、LiI-Li2S-SiS2、LiI-Li2S-P2S5、LiI-LiBr-Li2S-P2S5、Li2S-P2S5-GeS2(Li13GeP3S16、Li10GeP2S12等)、LiI-Li2S-P2O5、LiI-Li3PO4-P2S5、Li7-xPS6-xClx等或它们的组合,但不限定于此。
作为氧化物固体电解质的例子,可列举Li7La3Zr2O12、Li7-xLa3Zr1-xNbxO12、Li7- 3xLa3Zr2AlxO12、Li3xLa2/3-xTiO3、Li1+xAlxTi2-x(PO4)3、Li1+xAlxGe2-x(PO4)3、Li3PO4或Li3+xPO4-xNx(LiPON)等,但不限定于此。
(聚合物电解质)
作为聚合物电解质,可列举聚氧化乙烯(PEO)、聚苯醚(PPO)及它们的共聚物等,但不限定于此。
固体电解质可以是玻璃,也可以是结晶玻璃(玻璃陶瓷)。另外,固体电解质层除了上述固体电解质以外,还可以根据需要包括粘合剂等。作为具体例,与在上述“正极活性物质层”列举的“粘合剂”相同,在此省略说明。
(负极活性物质层)
负极活性物质层至少包括负极活性物质,优选还包括上述固体电解质。除此之外,能够与使用用途,使用目的等相匹配地包括例如导电剂或粘合剂等在全固态电池的负极活性物质层中使用的添加剂。
作为负极活性物质的材料,不特别限定,优选的是,能够吸收及放出锂离子等金属离子。例如,负极活性物质可以是合金类负极活性物质或碳材料等,但不限定于此。
作为合金类负极活性物质,不特别限定,例如可列举Si合金类负极活性物质或Sn合金类负极活性物质等。Si合金类负极活性物质有硅、硅氧化物、硅碳化物、硅氮化物或它们的固溶体等。另外,Si合金类负极活性物质能够包括硅以外的元素,例如Fe、Co、Sb、Bi、Pb、Ni、Cu、Zn、Ge、In、Sn、Ti等。Sn合金类负极活性物质有锡、锡氧化物、锡氮化物或它们的固溶体等。另外,Sn合金类负极活性物质能够包括锡以外的元素,例如Fe、Co、Sb、Bi、Pb、Ni、Cu、Zn、Ge、In、Ti、Si等。其中,优选Si合金类负极活性物质。
作为碳材料,不特别限定,例如可列举硬碳、软碳或石墨等。
关于在负极活性物质层中使用的固体电解质、导电剂、粘合剂等其他添加剂,能够适当采用在上述“正极活性物质层”及“固体电解质层”的项目中说明的添加剂。
(负极集电体层)
在负极集电体层中使用的导电性材料不特别限定,可适当采用能够使用于全固态电池的材料。例如,在负极集电体层中使用的导电性材料可以是SUS、铝、铜、镍、铁、钛或碳等,但不限定于此。
作为负极集电体层的形状,不特别限定,例如能够列举箔状、板状、网状等。其中,优选箔状。
(隔离件层)
隔离件层可以是电绝缘性的无纺布或多孔质薄膜。作为多孔质薄膜,例如可列举由聚乙烯(PE)及聚丙烯(PP)等树脂构成的薄膜。
附图标记的说明
1 第一层
2 第二层
3 第一集电体层及第一活性物质层的层叠体
4 固体电解质层
5 第二集电体层及第二活性物质层的层叠体
11 定位用引导件
11a、12a、13a、14a 第一抵接面
11b、12b、13b、14b 第二抵接面
12c、13c、14c 第三抵接面
21、22 底板
Claims (9)
1.一种层叠型电池的制造方法,所述层叠型电池依次具有第一集电体层、第一活性物质层、固体电解质层或隔离件层、第二活性物质层及第二集电体层,其中,
所述层叠型电池的制造方法包括:沿着定位用引导件的第一抵接面配置第一层,使所述定位用引导件旋转,然后沿着所述定位用引导件的第二抵接面在已配置的所述第一层上配置第二层,
所述第一层及所述第二层相互不同,并且包括从所述第一集电体层、所述第一活性物质层、所述固体电解质层或所述隔离件层、所述第二活性物质层及所述第二集电体层中选择的任意的层。
2.根据权利要求1所述的层叠型电池的制造方法,其中,
所述第一层及所述第二层中的至少一方是所述第一集电体层及所述第一活性物质层的层叠体或所述第二集电体层及所述第二活性物质层的层叠体。
3.根据权利要求1所述的层叠型电池的制造方法,其中,
包括沿着所述定位用引导件依次配置所述第一层、所述第二层及第三层的工序,
沿着所述定位用引导件的所述第一抵接面配置所述第一层,使所述定位用引导件旋转,然后
沿着所述定位用引导件的所述第二抵接面在已配置的所述第一层上配置所述第二层,使所述定位用引导件旋转,然后
沿着所述定位用引导件的第三抵接面,在已配置的所述第二层上配置所述第三层,且
所述第三层与所述第一层及所述第二层不同,并且包括从所述第一集电体层、所述第一活性物质层、所述固体电解质层或所述隔离件层、所述第二活性物质层及所述第二集电体层中选择的任意的层。
4.根据权利要求3所述的层叠型电池的制造方法,其中,
所述第一层为所述第一集电体层及所述第一活性物质层的层叠体,
所述第二层为所述固体电解质层或所述隔离件层,且
所述第三层为所述第二集电体层及所述第二活性物质层的层叠体。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的层叠型电池的制造方法,其中,
还包括使所述定位用引导件的所述抵接面清洁化的工序。
6.根据权利要求5所述的层叠型电池的制造方法,其中,
利用接触方法或非接触方法进行所述清洁化。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的层叠型电池的制造方法,其中,
所述定位用引导件为两个以上。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的层叠型电池的制造方法,其中,
所述定位用引导件为三个。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的层叠型电池的制造方法,其中,
所述定位用引导件设置在底板上,且
所述定位用引导件与所述底板形成所述层叠型电池的框体的一部分。
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