CN115472775A - 二次电池及用电设备 - Google Patents

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CN115472775A CN202211336921.6A CN202211336921A CN115472775A CN 115472775 A CN115472775 A CN 115472775A CN 202211336921 A CN202211336921 A CN 202211336921A CN 115472775 A CN115472775 A CN 115472775A
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贺理珀
陈巍
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Sunwoda Electric Vehicle Battery Co Ltd
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Abstract

本申请公开了二次电池及用电设备。二次电池包括正极极片，正极极片包括正极集流体和设置于正极集流体上的正极合剂层，正极合剂层包括正极活性材料，正极活性材料包括层状结构的含锂化合物；正极极片满足：4000≤U≤14560，且U＝C003/{[2Thea(110)‑2Theta(018)]×FWHM[(110)+(018)]}。本申请通过合理控制正极极片的U值，可以提高正极极片中层状化合物的层状有序度和降低层状化合物中003晶面的取向程度，为实现锂离子的快速脱嵌创造了良好的晶体结构基础，保证了锂离子在正极材料颗粒之间具有较高的传输性能，使二次电池具有良好的动力学性能。

Description

二次电池及用电设备
技术领域
本申请涉及二次电池技术领域，具体涉及一种二次电池及用电设备。
背景技术
二次电池的性能在很大程度上取决于正极极片上的正极活性材料。其中，镍钴锰三元材料作为正极活性材料时，由于其长期循环期间的结构稳定性差，阳离子的无序排布会对锂离子的传输造成阻碍，导致电池的功率性能持续下降；同时，大电流下对于镍钴锰三元正极材料的层状结构破坏程度大，结构的衰退也导致了电池循环寿命的快速下降。现有技术往往是通过降低极片活性物质载量或是提高导电剂的比例来实现锂离子电池快速充放电能力的提高，但这些方法通常会导致电池能量密度的降低；此外，设计小粒径的一次颗粒也是提升快充性能的常用策略，但颗粒尺寸过小时，表面的副反应增多，导致循环性能的快速下降，而且小颗粒易发生团聚现象，影响极片的加工性能，导致极片压实密度的减小以及高压实密度下造成的颗粒破碎问题。
发明内容
发明目的：本申请提供一种二次电池，用于提高正极极片中层状化合物的层状有序度和降低层状化合物晶面的取向程度；本申请的另一目的还在于提供一种包含上述二次电池的用电设备。
技术方案：本申请的一种二次电池，包括正极极片，所述正极极片包括正极集流体和设置于所述正极集流体上的正极合剂层，所述正极合剂层包括正极活性材料，所述正极活性材料包括层状结构的含锂化合物；
所述正极极片满足：4000≤U≤14560，
且
Figure BDA0003914873950000011
式中，C003为所述正极极片的X射线衍射图谱中003特征衍射峰的峰面积，单位为AU·min；[2Theta(110)-2Theta(018)]为所述正极极片的X射线衍射图谱中110特征衍射峰和018特征衍射峰的相对距离，单位为min；FWHM[(110)+(018)]为所述正极极片的X射线衍射图谱中110特征衍射峰和018特征衍射峰的半峰宽之和，单位为min。
在一些实施例中，所述正极极片满足：5500≤U≤12500，优选为6500≤U≤10500。
在一些实施例中，U值的范围与X射线衍射测试所得的003特征衍射峰的峰面积、110特征衍射峰和018特征衍射峰的相对距离以及110特征衍射峰和018特征衍射峰的半峰宽之和相关；其中，峰面积和半峰宽之和可通过图谱分析直接获取，相对距离可通过从XRD衍射图谱中得到110和018衍射峰的2θ角度位置，二者相减进而可以计算出110和018衍射峰的相对距离。
在一些实施例中，所述003特征衍射峰的峰面积满足：2200≤C003≤3500；
所述110特征衍射峰和018特征衍射峰的相对距离满足：0.40≤[2Theta(110)-2Theta(018)]≤0.70；
所述110特征衍射峰和018特征衍射峰的半峰宽之和满足：0.55≤FWHM[(110)+(018)]≤0.80。
在一些实施例中，所述正极极片满足：1050≤U/P≤4500，其中，P g/cm3为所述正极极片的压实密度，3.0≤P≤3.8。
在一些实施例中，所述含锂化合物为锂镍钴氧化物，所述锂镍钴氧化物进一步包含M元素，所述锂镍钴氧化物进一步包含A元素，所述A元素Mn、Al、Ti、Mg、Zr中的至少一种。
在一些实施例中，所述锂镍钴氧化物进一步包含M元素，所述M元素包含Al、B、Ca、W、Nb、Mg、Zr、Sr、Si、Y、Ti、Sn中的一种或多种。
在一些实施例中，所述含锂化合物包含LixNiaCobAcO2，其中0.95≤x≤1.05，0.5≤a≤0.9，0≤b≤0.5，0≤c≤0.5，且a+b+c＝1。
在一些实施例中，所述M为掺杂元素和/或包覆元素；
其中，所述掺杂元素包括Al、B、Ca、W、Nb、Mg、Zr、Sr中的一种或多种；所述包覆元素包括Al、B、Zr、Sr、Si、Y、Ti、Sn中的一种或多种；
当M为所述掺杂元素和所述包覆元素的组合时，所述掺杂元素和所述包覆元素为不同的元素。
在一些实施例中，所述正极活性材料的中值粒径Dv50为2μm～20μm。
在一些实施例中，本申请还提供一种用电设备，包含所述二次电池，所述二次电池作为所述用电设备的供电电源。
有益效果：与现有技术相比，本申请的二次电池，包括正极极片，正极极片包括正极集流体和设置于正极集流体上的正极合剂层，正极合剂层包括正极活性材料，正极活性材料包括层状结构的含锂化合物，正极极片满足：4000≤U≤14560，且U＝C003/{[2Thea(110)-2Theta(018)]×FWHM[(110)+(018)]}。本申请通过合理控制正极极片中正极合剂层的U值，可以提高正极极片中层状化合物的层状有序度和降低层状化合物中003晶面的取向程度，为实现锂离子的快速脱嵌创造了良好的晶体结构基础，保证了锂离子在正极材料颗粒之间具有较高的传输性能，使正极极片具有良好的动力学性能。本申请的正积极片还满足：1050≤U/P≤4500，P为正极极片的压实密度，通过控制U值与正极极片压实密度之间的关系，保证了正极材料的结构稳定性高，层状结构化合物在循环中的结构破坏程度小，避免了正极材料结构破坏对循环性能的不利影响，因此锂离子电池可以兼具高能量密度、优异动力学性能以及长循环寿命的优点。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本申请实施例提供的实施例1和对比例1的倍率性能曲线对比图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。
在本申请的描述中，术语“工序”不仅包含独立的工序，即使在与其他的工序无法明确区分时，只要能够实现该工序的目的，则也包含在本术语内。此外，本说明书中，使用“～”来显示的数值范围，表示包含以在“～”前后记载的数值分别作为最小值和最大值的范围。此外，本说明书中，关于术语“层”，在以平面图进行观察时，除了在整面形成的形状的构成以外，还包含在一部分上形成的形状的构成。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。
得益于高能量密度、低自放电、长循环寿命以及低廉的价格优势，近年来，锂离子电池在电动汽车市场得到了广泛的应用，随着电动汽车市场的蓬勃发展，对于锂离子电池的循环寿命和功率密度提出了越来越高的要求。具备快速充放电和长循环寿命的锂离子电池可以大大的缩短电动汽车的充电时间和提升续航里程，对于加速全球市场对于电动汽车的需求起着关键的作用。锂离子电池的性能在很大程度上取决于正极材料，选择高质量的正极材料体系对于实现锂离子电池的快速充放电性能、长循环寿命起着决定性的作用，因此，开发出一种兼具良好的快充能力、优异的循环寿命的高能量密度锂离子电池正极材料体系尤为重要。其中镍钴锰三元材料由于相对现有商业化磷酸铁锂正极材料具有更为突出的能量密度优势，是近年来研究比较广泛的一类正极材料，但是在材料的结构稳定性和循环寿命上仍然存在着比较重大的挑战。镍钴锰三元层状材料作为正极材料时，长期循环期间的结构稳定性差，阳离子的无序排布会对锂离子的传输造成阻碍，导致功率性能持续下降，大电流下对于正极材料的层状结构破坏程度大，结构的衰退导致了循环寿命的快速下降。提高层状三元材料的结构稳定性，保证具备快充能力以及在大电流下的循环性能一直以来都是研究和改善的重点。现有技术往往是通过降低极片活性物质载量或是提高导电剂的比例来实现锂离子电池快速充放电能力的提高，但这些方法通常会导致锂离子电池能量密度的降低，与动力电池市场提出的高能量密度需求不符，实际应用受到了限制。设计小粒径的一次颗粒可以缩短Li+的扩散距离，也是提升快充性能的一种常用策略，但颗粒尺寸过小时，表面的副反应增多，导致循环性能的快速下降，而且小颗粒易发生团聚现象，影响极片的加工性能，导致极片压实密度的减小以及在高压实密度下容易导致颗粒破碎的问题，进而影响到锂离子电池的循环、产气等性能。
基于此，本申请提出了一种二次电池及用电设备，使得正极极片的层状含锂化合物具有高度有序的层状结构以及较低的晶面择优取向程度，可以极大地提升锂离子脱出与嵌入的速度，具备优异的动力学性能。
在一些实施例中，本申请提供了一种二次电池，其包括如下的正极极片、负极-极片、电解液以及隔离膜。
正极极片
正极极片包括正极集流体和设置于正极集流体上的正极合剂层，正极合剂层包括正极活性材料，所述正极活性材料包括层状结构的含锂化合物；正极极片满足：4000≤U≤14560，
且
Figure BDA0003914873950000051
式中，C003为正极极片的X射线衍射图谱中003特征衍射峰的峰面积，单位为AU·min；[2Theta(110)-2Theta(018)]为正极极片的X射线衍射图谱中110特征衍射峰和018特征衍射峰的相对距离，单位为min；FWHM[(110)+(018)]为正极极片的X射线衍射图谱中110特征衍射峰和018特征衍射峰的半峰宽之和，单位为min。
在一些实施例中，正极极片的U值可以通过如下方法进行测试得到，依据X射线衍射方法对正极极片进行XRD测试得到XRD谱图，通过XRD谱图分析018、110晶面对应衍射峰的2θ位置和半峰宽，以及003晶面对应衍射峰的峰面积，经过计算后得到的。具体XRD图谱的测试条件为常规条件，例如，功率为1.6kW，测试扫速5°/min，并对测试图谱扣除kα2。经过研究后发现，正极极片的U值与层状结构的有序性以及003晶面的取向程度密切相关。
在一些实施例中，峰面积通过对X射线衍射图谱分析直接获得，峰面积指峰高与保留时间的积分值，代表相对含量，峰面积不是由某单一值决定，和样品本身相关的对应晶面数量、晶胞体积、晶粒体积等相关；相对距离具体表示衍射峰对应的2θ角度的差值，通过X射线衍射分析方法，可以得到正极极片的XRD衍射图谱，将110特征衍射峰和018特征衍射峰的2θ角度相减进而可以计算出110和018衍射峰的相对距离；半峰宽(FWHM)是用于表征峰宽的常规手段，峰宽受较多因素影响：如X射线的波长分布、晶粒大小等，可通过ScherrerEquation计算获得。
在一些实施例中，003特征衍射峰的峰面积满足：2200≤C003≤3500，比如，峰面积可以是2200、2300、2400、2500、2600、2700、2800、2900、3000、3100、3200、3300、3400或3500中的任意一者或者任意两者的范围，峰面积的单位为AU·min；110特征衍射峰和018特征衍射峰的相对距离满足：0.40≤[2Theta(110)-2Theta(018)]≤0.70，比如，相对距离可以是0.40、0.50、0.60或0.70中的任意一者或者任意两者的范围；110特征衍射峰和018特征衍射峰的半峰宽之和满足：0.55≤FWHM[(110)+(018)]≤0.80，比如，半峰宽之和可以是0.55、0.60、0.65、0.70、0.75或0.80中的任意一者或者任意两者的范围。
在一些实施例中，层状结构三元正极材料中容易存在着阳离子混排导致的层状无序现象，层状结构中阳离子的无序排布会对锂离子的传输造成阻碍，导致功率性能持续下降，大电流下对于正极材料的层状结构破坏程度大，结构的衰退导致了循环寿命的快速下降。在层状结构三元正极材料中，对应018和110晶面的XRD特征衍射峰存在着双峰劈裂现象，双峰劈裂的程度可以反映三元正极材料的层状特性，双峰劈裂程度越大，层状结构特性越强，层状有序度越高，进一步还可以通过对XRD图谱精修得到Li/Ni混排度，也可反映出三元层状结构的有序度。XRD特征衍射峰的劈裂程度可以通过它们的相对位置和半峰宽来反映，因此{[2Thea(110)-2Theta(018)]×FWHM[(110)+(018)]}可以用来反映三元正极材料中的层状有序度特性。
在一些实施例中，层状结构三元正极材料的003晶面一般存在着择优取向，体现在XRD衍射谱图上就是该衍射峰对应的积分面积较大，003晶面的择优取向会对锂离子的脱嵌速度造成重要的影响。003晶面对应衍射峰的面积越大，含锂化合物的层状平面发生平行于正极集流体的概率越大，锂离子从正极极片中脱嵌的速度越慢。反之，003晶面对应衍射峰的面积越小，含锂化合物的层状平面发生垂直于正极集流体的概率越大，锂离子从正极极片中脱嵌的速度越快，正极极片的动力学性能越好。因此，通过分析003特征衍射峰的峰面积来表征取向程度，以进一步表征锂离子的脱嵌速度。
在一些实施例中，将正极极片的U值控制在一定范围，这样的正极极片中的正极活性材料具有高度的有序性，为锂离子的快速传输创造了良好的晶体结构基础，循环过程中正极材料的结构稳定性高，可以有效抑制结构的坍塌，且发生003晶面取向的程度小，使得锂离子可以快速地从正极极片中脱出和嵌入，从而保证锂离子电池兼具优异动力学性能和长循环寿命。当正极极片的U值大于14560或小于4000时，正极极片中的含锂化合物层状有序度低，循环期间正极材料的结构破坏程度大，且发生003晶面取向的程度大，锂离子从正极极片中脱出和嵌入的速度变慢，电池的倍率和循环性能进一步下降。
在一些实施例中，U典型而非限制性的取值为4000、4500、5000、5500、6000、6500、7000、7500、8000、8500、9000、9500、10000、10500、11000、11500、12000、12500、13000、13500、14000、14500、14560中的任意一者或者任意两者的范围，值得说明的是，U的具体数值仅是示例性地给出，只要在4000～14560范围内的任意值均在本申请的保护范围内。
在一些实施例中，U值为5500≤U≤12500。
在一些实施例中，U值为6500≤U≤10500。
在一些实施例中，正极极片的压实密度对锂离子电池的性能也会起到一定的影响，正极极片进一步满足：1050≤U/P≤4500，其中，P g/cm3为正极极片的压实密度，当正极极片满足上述的关系式时，电池的动力学性能以及循环寿命可以得到进一步改善。
在一些实施例中，压实密度＝面密度/活性材料层的厚度。锂离子动力电池在制作过程中，压实密度对电池性能有较大的影响。通过实验证明，压实密度与片比容量、效率、内阻以及电池循环性能有密切的关系。
可以理解的是，若U/P的下限值小于1050时，正极极片中的含锂化合物具有较高的层状有序度，且发生003晶面取向的程度小，可以有利于锂离子的脱嵌，但同时也可能会因为正极极片中的活性材料颗粒在极片加工过程中容易发生破碎，会加剧循环过程中副反应的发生，且正极活性材料与电解液之间的界面阻抗较大，不利于锂离子电池快充和循环性能的提升。若U/P的上限值大于4500时，正极极片中的含锂化合物的层状有序度相对较低，结构的无序对于锂离子的传输会造成阻碍，同时会导致循环中结构的破坏程度大，导致循环性能的快速下降，且发生003晶面的取向程度大，会对锂离子脱嵌的速度进一步造成阻碍，影响锂离子电池快充性能的提升。
在一些实施例中，1150≤U/P≤4500。通过进一步控制正极极片的U值和正极极片的压实密度值之间的关系，使二者的乘积保持在合理的范围，即1150≤U/P≤4500，可以更好地提升锂离子电池的充电能力以及循环寿命。
在一些实施例中，压实密度为压实密度仪进行测试，测试过程可参考国标GB/T24533-2019。压实密度为3.0g/cm3～3.8g/cm3，优选为3.2g/cm3～3.6g/cm3；比如，压实密度可以为3.0g/cm3、3.1g/cm3、3.2g/cm3、3.3g/cm3、3.4g/cm3、3.5g/cm3、3.6g/cm3、3.7g/cm3、3.8g/cm3中的任意一者或者任意两者的范围，值得说明的是，压实密度的具体数值仅是示例性地给出，只要在3.0g/cm3～3.8g/cm3范围内的任意值均在本申请的保护范围内。当压实密度满足上述的范围内可以保证电芯兼具高能量密度和长循环寿命。一般来说，压实密度大，电池的容量高，所以压实密度也被作为材料能量密度的参考指标之一，但是若压实密度过大，则导致极片的孔隙率下降，极片对电解液的浸润性能减弱，降低锂离子在极片中的迁移速率，引起电池内阻升高，出现极化现象，降低电池的循环稳定性和倍率性能。
在一些实施例中，正极极片的压实密度越小，锂离子从正极极片中脱嵌的速度越快，正极极片的动力学性能越好，越有利于提升电池的快充性能，但正极极片压实密度的减小会导致电池能量密度的降低。正极极片的压实密度过大时，虽然可以提高电池的整体能量密度，但会导致正极活性材料与电解液的界面电荷阻抗增大，进一步降低锂离子从正极极片中脱嵌的速度。因此，进一步通过合理控制正极极片的压实密度在合理范围内，可以使锂离子电池兼具高能量密度和长循环寿命。
在一些实施例中，1250≤U/P≤3500。U/P典型而非限制性的取值为1250、1300、1350、1400、1450、1500、1550、1600、1650、1700、1750、1800、1850、1900、1950、2000、2050、2100、2150、2200、2250、2300、2350、2400、2450、2500、2550、2600、2650、2700、2750、2800、2850、2900、2950、3000、3050、3100、3150、3200、3250、3300、3350、3400、3450、3500中的任意一者或者任意两者的范围；值得说明的是，U/P的具体数值仅是示例性地给出，只要在1250～3500范围内的任意值均在本申请的保护范围内。
在一些实施例中，正极极片满足的关系式1250≤U/P≤3300。
在一些实施例中，正极极片满足的关系式1800≤U/P≤2500。
在一些实施例中，正极极片还满足：正极极片的膜片电阻为0.2～0.5Ω；正极极片的膜片电阻满足这个范围，可以显著提高锂离子在固相中的传输能力，降低电池的初始DCR值以及DCR增长率，有效提升电池的功率性能。
在一些实施例中，正极极片的孔隙率为20％～35％，孔隙率满足这个范围可以控制正极极片中的孔隙数量适中，保证电解液能够浸润到极片活性颗粒内部，从而导通离子通路，保证正极活性材料具有良好的导离子性能，同时可以保证正极活性材料具有一定的抗压强度，以及保证锂离子在充放电过程中均匀脱嵌，减少应力的集中，缓解相变发生，能够改善颗粒在循环过程中的开裂问题，从而保证采用本发明所述正极极片的锂离子电池具有良好的循环性能和动力学性能。
在一些实施例中，正极极片的剥离力为15～50N/m，剥离力满足在这个范围可以提高正极活性物质与铝箔之间的粘结强度，保证集流体的稳定性，防止在长期循环过程中活性物质从箔材表面的剥离和脱落，从而提高锂离子电池的循环寿命。
在一些实施例中，正极活性材料包括层状结构的含锂化合物，含锂化合物为锂镍钴氧化物，锂镍钴氧化物进一步包括A元素，所述元素包括Mn、Al、Ti、Mg、Zr中的至少一种；其中，以镍元素、钴元素和锰元素的摩尔量之和为1计，镍元素的含量大于或等于0.5；或者以镍元素、钴元素和铝元素的摩尔量之和为1计，镍元素的含量大于或等于0.5。U值满足上述范围的同时，当镍元素在此范围内，使得二次电池的副反应减少，综合性能更优。
在一些实施例中，锂镍钴氧化物进一步包含M元素，M元素包含Al、B、Ca、W、Nb、Mg、Zr、Sr、Si、Y、Ti、Sn中的一种或多种。上述元素能够提高锂镍钴氧化物的稳定性以及比容量。
在一些实施例中，M元素可以是掺杂元素和/或包覆元素，即，在锂镍钴氧化物中可以仅包含掺杂元素、仅包含包覆元素或同时包含掺杂元素和包覆元素。
在一些实施例中，当M元素为掺杂元素时，M元素嵌入锂镍钴氧化物中，掺杂元素选自Al、B、Ca、W、Nb、Mg、Zr、Sr中的一种或多种；当M元素为包覆元素时，M元素包覆在锂镍钴氧化物的至少部分表面，包覆元素选自Al、B、Zr、Sr、Si、Y、Ti、Sn中的一种或多种；当正极活性材料同时包含掺杂元素和包覆元素时，掺杂元素和包覆元素可以是不同的元素，也可以是相同的元素。
包覆元素的成分可以通过TEM(Transmission Electron Microscope，透射电子显微镜)进行物相表征，区分出具体的组成；掺杂元素可以通过X射线光电子能谱(XPS)价态分析或者是EDS(Energy Dispersive Spectroscopy，能谱仪)扫描来判断掺杂元素的存在。
掺杂元素的引入可以使层状结构的有序性更加高，发生阳离子无序排布的概率更低，在循环期间的结构稳定性更高，对改善锂离子电池的循环性能更为有利。包覆元素的引入可以起到隔绝电解液的作用，可以在很大程度上减少电解液与层状结构化合物之间的界面副反应，可以抑制材料在充放电过程中材料的不可逆相变和过渡金属离子的溶解，提高层状结构化合物的结构稳定性。在本实施例中，用于掺杂或包覆的物质是上述掺杂元素或包覆元素的氧化物或氢氧化物，烧结过程中引入这些物质实现掺杂或包覆可以有效提高层状材料的结构有序性和稳定性，从而改善电芯的长期循环性能。
在一些实施例中，含锂化合物包含LixNiaCobAcO2，其中0.95≤x≤1.05，0.5≤a≤0.9，0≤b≤0.5，0≤c≤0.5，且a+b+c＝1。
在一些实施例中，正极活性材料的中值粒径Dv50为2μm～20μm，优选的中值粒径Dv50为6μm～15μm。例如，中值粒径Dv50为2μm、3μm、4μm、56μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm和20μm中的任意一者或者任意两者的范围。Dv50为本领域公知的含义，又称为中值粒径，表示正极活性材料颗粒的体积分布50％对应的粒径。正极活性材料的平均粒径Dv50可以用激光粒度分析仪测定。
在一些实施例中，正极活性材料的平均孔径为30nm～200nm；优选地，正极活性材料的平均孔径为50nm～150nm，更优选的为60nm～100nm。例如正极活性材料的平均孔径为80nm。正极活性材料的平均孔径反映了一次颗粒堆积的状态，适当的孔径大小既能提供包覆物质的传输通道，又能保证二次颗粒的密度，使得材料的机械强度能够满足循环稳定性的要求。
在一些实施例中，正极活性材料的比表面积为0.3m2/g～0.9m2/g；优选的正极活性材料的比表面积为0.4m2/g～0.8m2/g，更优选的为0.5m2/g～0.7m2/g。例如正极活性材料的比表面积为0.6m2/g。正极活性材料的比表面在适当范围内，正极活性材料与电解液的接触面积在较优的范围，使正极极片具有较优的浸润效果的同时，欧姆阻抗较小，电池具有较优的综合性能。正极活性材料的比表面积为本领域公知的含义，可以用本领域公知的仪器及方法进行测定，例如可以用氮气吸附比表面积分析测试方法测试，并用BET(BrunauerEmmett Teller)法计算得出。
在一些实施例中，正极活性材料的制备包括：采用共沉淀法将镍源、钴源、锰源分散在去离子水中得到混合溶液；采用连续并流反应的方式，将混合溶液、强碱溶液和络合剂溶液同时泵入带搅拌的反应釜中，控制反应溶液的pH值为10～13，反应釜内的温度为25℃～90℃，反应过程中通惰性气体保护；反应完成后，经洗涤过滤、真空干燥、过筛除铁等工序，得到过渡金属氢氧化物前驱体；然后将共沉淀法制备的较疏松多孔的镍钴锰氢氧化物前驱体与锂源和含掺杂元素的化合物和在高速混料机中进行混合均匀，然后将混合均匀的物料置于气氛管式炉中，通入一定含量的氧气煅烧，同时进行气流破碎处理，即可制备得到层状结构的氧化物正极材料；最后将制备得到层状结构的氧化物正极材料与含包覆元素的化合物置于高速混料机中进行混合，然后转移至气氛管式炉中，通入一定含量的氧气煅烧，得到正极活性材料。
在一些实施例中，镍源、钴源、锰源为按照化学计量比选取的含有Ni、Co和Mn的氧化物、氢氧化物或碳酸盐中的一种或多种。在一些实施例中，可以通过调整镍钴锰氢氧化物前驱体制备中反应原料的选择、反应溶液的pH值、混合溶液浓度、络合剂浓度、反应温度及反应时间等来调控前驱体的结构。在一些实施例中，镍源可以包括乙酸镍、硝酸镍、硫酸镍、氢氧化镍、氯化镍或碳酸镍中的一种或多种。在一些实施例中，钴源可以包括硫酸钴、氢氧化钴、硝酸钴、氟化钴、氯化钴或碳酸钴中的一种或多种。在一些实施例中，锰源可以包括硫酸锰、氯化锰、硝酸锰或氢氧化锰中的一种或多种。
在一些实施例中，强碱溶液可以包括为LiOH、NaOH及KOH中的一种或多种；络合剂可以为氨水、硫酸铵、硝酸铵、氯化铵中的一种或多种。在一些实施例中，对混合溶液、强碱溶液和络合剂溶液的溶剂均没有特别的限制，例如混合溶液、强碱溶液和络合剂溶液的溶剂各自独立地为去离子水、甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇及正己醇中的一种或多种。
在一些实施例中，惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种或多种。
在一些实施例中，锂源可以包括碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、硝酸锂或氯化锂中的一种或多种。
在一些实施例中，含掺杂元素的化合物以及含包覆元素的化合物可以分别为各自元素的氧化物、氯化物、硫酸盐、硝酸盐、氢氧化物、氟化物、碳酸盐、碳酸氢盐、醋酸盐、磷酸盐、磷酸二氢盐及有机化合物中的一种或多种。
在一些实施例中，还可以将中间产物进行破碎处理并筛分，以获得具有优化的粒径分布及比表面积的正极活性材料。其中对破碎的方式并没有特别的限制，可根据实际需求进行选择，例如使用颗粒破碎机。本申请正极活性材料的制备方法不限于上述制备方法，只要形成的正极活性材料具有本申请所示的特征即可。
在一些实施例中，正极极片的制备工艺可包括搅拌、涂布、干燥、冷压、分条以及裁片等步骤。在正极极片的制备过程中，具有多种可行的方式可以调控正极极片中含锂化合物的结构特性，进而影响正极极片的U值。如所选择的正极活性材料的合成工艺参数如煅烧温度和煅烧时间、正极活性材料的掺杂包覆类型、中值粒径Dv50物性特性都会影响到正极极片的U值，可以通过控制合成正极活性材料的合成工艺参数、选择不同掺杂包覆种类或是具有不同物性特征的正极材料来控制得到正极极片所需要的U值。另外，在正极极片制作过程的冷压工序中，通过改变冷压压力等参数来调整正极极片的压实密度，也可以改变正极极片中正极活性材料的排布，进而改变正极极片的U值大小。
在一些实施例中，正极极片还包括导电剂以及粘结剂，导电剂以及粘结剂的种类和含量不受具体的限制，可根据实际需求进行选择。在一些实施例中，导电剂可以包括导电炭黑、碳纳米管、石墨烯等，粘结剂可以包括聚偏氟乙烯。
在一些实施例中，正极极片的制备包括：将上述正极活性材料、导电剂、粘结剂按一定的比例分散于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，将所得的浆料涂布于铝箔上，经过干燥，然后经过冷压、分条得到正极极片。
负极极片
在一些实施例中，负极极片包括负极集流体和覆盖在负极集流体上的的负极活性材料、粘结剂和导电剂。负极活性材料、粘结剂和导电剂的种类和含量并不受特别的限制，可根据实际需求进行选择。在一些实施例中，负极活性材料包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、无定形碳、钛酸锂或硅碳合金中的一种或多种。负极活性材料也需要具备压实密度高、质量比容量和体积比容量较高等特点。
电解液
在一些实施例中，电解液的主要成分包括锂盐和有机溶剂，还可以包括含有添加剂成分。其中锂盐和有机溶剂的种类和组成并不受特别的限制，可根据实际需求进行选择。其中，锂盐可以包括六氟磷酸锂以及双氟磺酰亚胺锂等，溶剂可以包括碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯以及丙酸丙酯等，添加剂可以包括二氟磷酸锂、双草酸硼酸锂以及丁二腈等。
隔离膜
在一些实施例中，隔离膜的种类并不受特别的限制，可根据实际需求进行选择。隔离膜可以为聚丙烯膜、聚乙烯膜、聚偏氟乙烯、氨纶膜、芳纶膜或者是经过涂层改性后的多层复合膜。
在一些实施例中，二次电池的制备包括：将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，使隔离膜处于正、负极极片之间起到隔离的作用，再卷绕成方形的裸电芯后，装入电池壳体中，然后在65～95℃下烘烤除水后，注入电解液、封口，经静置、热冷压、化成、夹具、分容等工序后，得到二次电池。
在一些实施例中，二次电池包括锂离子电池，以上仅以软包锂离子电池为例，该申请不仅限与软包电池的应用，还包括铝壳电池、圆柱形电池等常见锂离子电池形式的应用。
用电设备
在一些实施例中，本申请提供了一种用电设备，本申请的用电设备包含了上述的二次电池，用电设备可用于但不限于备用电源、电机、电动汽车、电动摩托车、助力自行车、自行车、电动工具、家庭用大型蓄电池等。
实施例1
步骤一：采用共沉淀法制备正极材料前驱体，将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰按照83：12：5的摩尔比混合均匀，配制成浓度为1mol/L的混合过渡金属盐溶液，以氢氧化钠和氨水溶液分别作为强碱溶液和络合剂，在水浴温度为55℃以及滴定终点pH＝11的条件下，搅拌反应6h，经过12h的静置陈化，过滤洗涤后制备得到过渡金属氢氧化物的前驱体。
步骤二：将步骤一制备得到的过渡金属氢氧化物前驱体与氢氧化锂以及掺杂原料氧化锆按照0.995：1.05：0.0025的摩尔比置于高速混料机中进行混合均匀，然后将混合均匀的物料置于气氛管式炉中，通入一定含量的氧气，在730℃中煅烧10h，同时进行气流破碎处理，即可制备得到层状结构的氧化物正极材料。
步骤三：将步骤二制备所得的层状结构的氧化物正极材料与0.3wt％的包覆原料氧化铝置于高速混料机中进行混合，然后转移至气氛管式炉中，通入一定含量的氧气，在450℃中煅烧6h，在正极材料表面形成氧化物包覆层，得到正极活性材料Li1.02Ni0.83Co0.12Mn0.05O2。
步骤四：将正极活性材料Li1.02Ni0.83Co0.12Mn0.05O2、导电剂导电炭黑、粘结剂PVDF混合制成正极浆料，浆料中正极活性材料占比为97％，导电炭黑占比为2％，粘结剂PVDF占比为1％，加入NMP作为溶剂进行混合，搅拌一定时间后获得具有一定流动性的均匀正极浆料；将正极浆料均匀涂覆在正极集流体铝箔上，随后转移至110℃烘箱进行干燥，然后经过辊压、分条、裁片后得到正极极片。在正极极片的制备过程中，通过选择不同类型的正极活性材料，以及调整辊压过程参数即可获得不同的正极极片U值。
负极极片制备：将负极活性材料石墨、导电剂Super P、增稠剂CMC、粘结剂SBR混合制成负极浆料，浆料中石墨占比为96.1％，导电剂Super P占比为1％，增稠剂CMC占比为1％，粘结剂SBR为1.9％，加入去离子水作为溶剂进行混合，搅拌一定时间后获得具有一定流动性的均匀负极浆料；将负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔上，随后转移至120℃烘箱进行干燥，然后经过辊压、分条、裁片得到负极极片。
电解液制备：将有机溶剂碳酸亚乙酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)按照2：2：6的体积比混合。在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，将干燥充分后的LiPF6锂盐溶解于上述有机溶剂中，混合均匀，获得电解液。其中，电解液中LiPF6的浓度为1mol/L。
选择16μm的聚丙烯膜作为隔离膜。
将上述的正极极片、隔离膜、负极极片按照顺序叠好，再卷绕成方形的裸电芯后置于铝塑膜中，然后在85℃下烘烤去除水分后，注入一定量的有机电解液后封口，经静置、热冷压、化成、二次封装、分容等工序后，得到成品二次电池。
实施例2
具体制备工艺同实施例1，与实施例1的不同之处在于，步骤一中滴定终点pH＝11.5，搅拌反应时间为8h，步骤二中加入的掺杂原料为五氧化二铌，煅烧的参数为在750℃煅烧10h，步骤三中加入的包覆原料为0.3wt％的氧化硼。
制备得到的正极活性材料为Li1.02Ni0.83Co0.12Mn0.05O2。
实施例3
具体制备工艺同实施例1，与实施例1的不同之处在于，步骤一中滴定终点pH＝12，步骤二中煅烧的参数为在750℃中煅烧10h，步骤三中加入的包覆原料为0.3wt％的三氧化二钛。
制备得到的正极活性材料为Li1.02Ni0.83Co0.12Mn0.05O2。
实施例4
具体制备工艺同实施例1，与实施例1的不同之处在于，步骤一中硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰的摩尔比为60：20：20，滴定终点pH＝12。
制备得到的正极活性材料为Li1.02Ni0.6Co0.2Mn0.2O2。
实施例5
具体制备工艺同实施例1，与实施例1的不同之处在于，步骤一中硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰的摩尔比为50：20：30，滴定终点pH＝12，搅拌反应时间为8h。
制备得到的正极活性材料为Li1.02Ni0.5Co0.2Mn0.3O2。
实施例6
具体制备工艺同实施例1，与实施例1的不同之处在于，步骤二中不加入掺杂原料，直接将步骤一制备得到的过渡金属氧化物前驱体与氢氧化锂混合均匀后进行煅烧处理，煅烧的参数为在750℃中煅烧12h。
制备得到的正极活性材料为Li1.02Ni0.83Co0.12Mn0.05O2。
实施例7
具体制备工艺同实施例1，与实施例1的不同之处在于，步骤三中不加入包覆原料，将步骤二中制备所得的正极活性材料转移至通入氧气的管式炉中，在500℃中煅烧8h。
制备得到的正极活性材料为Li1.02Ni0.83Co0.12Mn0.05O2。
实施例8
具体制备工艺同实施例1，与实施例1的不同之处在于，步骤一中将硫酸镍、硫酸钴、硫酸铝按照83：12：5的摩尔比混合均匀。
制备得到的正极活性材料为Li1.02Ni0.83Co0.12Al0.05O2。
实施例9
具体制备工艺同实施例4，与实施例4的不同之处在于，采用硫酸镍、硫酸钴、硫酸铝且摩尔比为60：20：20。
制备得到的正极活性材料为Li1.02Ni0.6Co0.2Al0.2O2。
实施例10
具体制备工艺同实施例1，与实施例1的不同之处在于，步骤一中将硫酸镍、硫酸钴、硫酸铝按照50：30：20的摩尔比混合均匀。
制备得到的正极活性材料为Li1.02Ni0.50Co0.3Al0.2O2。
实施例11
具体制备工艺同实施例1，与实施例1的不同之处在于，步骤一中将硫酸镍、硫酸钴、硫酸铝按照80：10：10的摩尔比混合均匀。
制备得到的正极活性材料为Li1.02Ni0.8Co0.1Al0.1O2。
实施例12
具体制备工艺同实施例1，与实施例1的不同之处在于，步骤二中的掺杂原料为氧化镁；步骤三中的包覆原料为氧化锶。
实施例13
具体制备工艺同实施例1，与实施例1的不同之处在于，步骤二中的掺杂原料为氧化锶；步骤三中的包覆原料为氧化锆。
实施例14
具体制备工艺同实施例1，与实施例1的不同之处在于，步骤二中的掺杂原料为氧化钙；步骤三中的包覆原料为氧化锆。
对比例1
具体制备工艺同实施例1，与实施例1的不同之处在于，步骤一中滴定终点pH＝11.5，搅拌反应时间为8h；步骤二中不加入掺杂原料，将步骤一制备得到的过渡金属氧化物前驱体与氢氧化锂直接混合均匀后进行煅烧处理，煅烧的参数为在770℃中煅烧12h；步骤三中不加入包覆原料，将步骤二中制备所得的正极活性材料转移至通入氧气的管式炉中，在550℃中煅烧8h。
最终制备得到的正极活性材料为Li1.02Ni0.83Co0.12Mn0.05O2。
对比例2
具体制备工艺同实施例1，与实施例1的不同之处在于，步骤一中硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰的摩尔比为60：20：20，滴定终点pH＝12，搅拌反应时间为8h；步骤二中不加入掺杂原料，将步骤一制备得到的过渡金属氧化物前驱体与氢氧化锂直接混合均匀后进行煅烧处理，煅烧的参数为在770℃中煅烧12h；步骤三中不加入包覆原料，将步骤二中制备所得的正极活性材料转移至通入氧气的管式炉中，在550℃中煅烧8h。
最终制备得到的正极活性材料为Li1.02Ni0.6Co0.2Mn0.2O2。
对比例3
具体制备工艺同实施例1，与实施例1的不同之处在于，步骤一中硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰的摩尔比为50：20：30，滴定终点pH＝12，搅拌反应时间为8h；步骤二中不加入掺杂原料，将步骤一制备得到的过渡金属氧化物前驱体与氢氧化锂直接混合均匀后进行煅烧处理，煅烧的参数为在770℃中煅烧12h；步骤三中不加入包覆原料，将步骤二中制备所得的正极活性材料转移至通入氧气的管式炉中，在550℃中煅烧8h。
最终制备得到的正极活性材料为Li1.02Ni0.5Co0.2Mn0.3O2。
测试方法
(1)U值测试方法
以5°/min的扫速慢速扫描被测样品的XRD谱图的10-80°区间，并对测试图谱扣除kα2。通过分析计算后得到018、110晶面对应衍射峰的位置、半峰宽以及003晶面对应衍射峰的面积，代入公式U＝C003/{[2Thea(110)-2Theta(018)]×FWHM[(110)+(018)]}后进一步计算得到样品的U值。
(2)电池的循环性能测试
在室温条件下，将实施例1-7和对比例1-3制备得到的电池以1C倍率充电、以1C倍率放电，进行满充满放循环测试，直至电池的容量衰减至初始容量的80％，记录循环圈数。
(3)电池的倍率性能测试
在室温条件下，将实施例1-7和对比例1-3制备得到的电池以1C倍率放电至电压下限，然后依次完成以1/3C、0.5C、1C、1.5C、2C的倍率进行充电至电压上限(无CV充电)，记录容量和容量保持率，得到电池的倍率性能曲线。
表1为实施例1-7和对比例1-3对应的正极活性材料以及正极极片的参数测试结果；表2为实施例1-7和对比例1-3对应制备的电池参数测试结果。
表1
Figure BDA0003914873950000181
Figure BDA0003914873950000191
表2
Figure BDA0003914873950000201
从表1和表2的测试结果分析可知，在本申请的实施例1-7中，制备出的正极极片的U值均在限定的范围内，正极极片中的正极活性材料具有高度的有序性，为锂离子的快速传输创造了良好的晶体结构基础，循环过程中正极材料的结构稳定性高，可以有效抑制结构的坍塌，且发生003晶面取向的程度小，使得锂离子可以快速地从正极极片中脱出和嵌入，从而保证锂离子电池兼具优异动力学性能和长循环寿命，可以有效的减短电动汽车的充电时间和提高电动汽车的续航里程，大幅提升新能源汽车的使用体验。
在对比例1中，制备出的正极极片的U值过大，正极极片中的含锂化合物的层状有序度低，结构的无序对于锂离子的传输会造成阻碍，同时会导致循环中结构的破坏程度大，导致循环性能的快速下降，且发生003晶面的取向程度大，会对锂离子脱嵌的速度进一步造成阻碍，不利于锂离子电池快充性能的提升。不能满足电池快速充电的设计需求，也不能满足电池长循环寿命的使用需求。从表2的倍率性能和循环性能测试结果中也可以发现，对比例1的倍率性能和循环性能均明显劣于实施例1。
当进一步合理控制正极极片的压实密度，使U/P还满足介于1150～4500之间，电池的动力学性能以及循环寿命能得到进一步的提升。在实施例6中，正极极片的U值相对实施例1-3更大，压实密度P较小，U/P的上限值大于4500，此时正极极片中的含锂化合物的层状有序度对比其余实施例要有降低，结构的无序度有所增加，且发生003晶面的取向程度更大，会对锂离子脱嵌的速度进一步造成阻碍，不利于锂离子电池快充和循环性能的提升，压实密度P较小也导致了电池整体能量密度的降低。在实施例7中，正极极片的U值较小，此时正极极片中的含锂化合物具虽然有较高的层状有序度和较低的003晶面取向程度，但此时极片的压实密度过高，导致电解液不能充分浸润正极活性材料，正极活性材料与电解液之间的界面阻抗更高，且在极片加工过程中容易发生颗粒的破碎，导致有害副反应的加剧，进而不利于电池快充和循环性能的提高。因此，优选地正极极片还满足1150≤U/P≤4500，使得锂离子电池具有较高的能量密度、具备快充能力的同时可以兼具长循环寿命的优点。
以上对本申请实施例所提供的二次电池及用电设备进行了详细介绍，本申请中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种二次电池，其特征在于，包括正极极片，所述正极极片包括正极集流体和设置于所述正极集流体上的正极合剂层，所述正极合剂层包括正极活性材料，所述正极活性材料包括层状结构的含锂化合物；
所述正极极片满足：4000≤U≤14560，
且
Figure FDA0003914873940000011
式中，C003为所述正极极片的X射线衍射图谱中003特征衍射峰的峰面积，单位为AU·min；[2Theta(110)-2Theta(018)]为所述正极极片的X射线衍射图谱中110特征衍射峰和018特征衍射峰的相对距离，单位为min；FWHM[(110)+(018)]为所述正极极片的X射线衍射图谱中110特征衍射峰和018特征衍射峰的半峰宽之和，单位为min。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述正极极片满足：5500≤U≤12500，优选为6500≤U≤10500。
3.根据权利要求1或2所述的二次电池，其特征在于，
所述003特征衍射峰的峰面积满足：2200≤C003≤3500；
所述110特征衍射峰和018特征衍射峰的相对距离满足：0.40≤[2Theta(110)-2Theta(018)]≤0.70；
所述110特征衍射峰和018特征衍射峰的半峰宽之和满足：0.55≤FWHM[(110)+(018)]≤0.80。
4.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，
所述正极极片满足：1050≤U/P≤4500，其中，P g/cm3为所述正极极片的压实密度，3.0≤P≤3.8。
5.根据权利要求1所述的一种二次电池，其特征在于，所述含锂化合物为锂镍钴氧化物，所述锂镍钴氧化物进一步包含A元素，所述A元素包括Mn、Al、Ti、Mg、Zr中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的一种二次电池，其特征在于，所述锂镍钴氧化物进一步包含M元素，所述M元素包含Al、B、Ca、W、Nb、Mg、Zr、Sr、Si、Y、Ti、Sn中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的一种二次电池，其特征在于，所述M为掺杂元素和/或包覆元素；
其中，所述掺杂元素包括Al、B、Ca、W、Nb、Mg、Zr、Sr中的一种或多种；所述包覆元素包括Al、B、Zr、Sr、Si、Y、Ti、Sn中的一种或多种；
当M为所述掺杂元素和所述包覆元素的组合时，所述掺杂元素和所述包覆元素为不同的元素。
8.根据权利要求5所述的一种二次电池，其特征在于，所述含锂化合物的化学式包括LixNiaCobAcO2，其中0.95≤x≤1.05，0.5≤a≤0.9，0≤b≤0.5，0≤c≤0.5，且a+b+c＝1。
9.根据权利要求1所述的一种二次电池，其特征在于，所述正极活性材料的中值粒径Dv50为2μm～20μm。
10.一种用电设备，其特征在于，包含权利要求1-9中任一项所述二次电池，所述二次电池作为所述用电设备的供电电源。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116443952A (zh) * 2023-05-18 2023-07-18 欣旺达电动汽车电池有限公司 正极活性材料及其二次电池和用电设备
WO2024087387A1 (zh) * 2022-10-28 2024-05-02 欣旺达动力科技股份有限公司 二次电池及用电设备

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108808072A (zh) * 2018-06-29 2018-11-13 宁德时代新能源科技股份有限公司 锂离子电池
CN113675381B (zh) * 2020-05-15 2024-03-19 深圳市比亚迪锂电池有限公司 锂离子电池正极材料和正极极片以及锂离子电池
KR102669978B1 (ko) * 2021-01-22 2024-05-30 삼성에스디아이 주식회사 리튬이차전지용 니켈계 금속 산화물, 이로부터 형성된 리튬이차전지용 니켈계 활물질, 그 제조방법 및 이를 포함하는 양극을 함유한 리튬이차전지
CN115472775A (zh) * 2022-10-28 2022-12-13 欣旺达电动汽车电池有限公司 二次电池及用电设备

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024087387A1 (zh) * 2022-10-28 2024-05-02 欣旺达动力科技股份有限公司 二次电池及用电设备
CN116443952A (zh) * 2023-05-18 2023-07-18 欣旺达电动汽车电池有限公司 正极活性材料及其二次电池和用电设备

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