CN208589492U - 一种高容量圆柱软包装锂离子电池 - Google Patents

一种高容量圆柱软包装锂离子电池 Download PDF

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邱平
徐艳燕
刘航
刘吉地
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Abstract

本实用新型公开了一种高容量圆柱软包装锂离子电池，其包括由正极片、负极片以及位于正极片与负极片之间的隔膜卷绕而成的圆柱电芯，正极片上设有正极耳，负极片上设有负极耳且负极耳与正极耳分别位于圆柱电芯的两端，负极耳上贴有负极极耳胶，正极耳上贴有第一极耳胶和第二极耳胶且第一极耳胶位于正极耳上靠近圆柱电芯的位置处，圆柱电芯内注有电解液且圆柱电芯套装在铝塑膜袋内，铝塑膜袋的侧部设有侧封边，铝塑膜袋的一端与负极极耳胶热熔封边形成底部封边，铝塑膜袋的另一端与第二极耳胶热熔封边形成顶部封边，顶部封边与圆柱电芯的顶部之间形成一气囊。本实用新型圆柱电芯尺寸设计灵活，比容量高，安全性高，使用寿命长，能量密度高。

Description

一种高容量圆柱软包装锂离子电池
技术领域
本实用新型属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高容量圆柱软包装锂离子电池。
背景技术
锂离子电池的种类繁多，有方形电池、铝壳电池、圆柱电池，其中18650圆柱电池由于其具有尺寸固定、容量高等特点广泛应用在移动电源、笔记本电脑、电动自行车、电动汽车等领域。但其不锈钢外壳的尺寸直接限制了电芯的尺寸，使得电池制作的灵活性大大降低；另外，不锈钢外壳的圆柱型锂离子电池在化成、老化过程产生的气体无法排出，导致电池壳体容易发生膨胀而爆炸。
随着电池领域技术的发展，人们对电池的性能要求也不断增加，尤其对电池的能量密度要求更高。传统的电池正极材料以钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍锰钴酸锂为主的锂离子电池已较难满足高能量密度的要求。尤其随着电动汽车领域的发展，只有高比能量的电池才能满足电动汽车长的行驶里程数。因此有必要寻找一种合适的正极材料，制备出容量更高的电池。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的技术问题，提供一种成本低、比容量高、制作灵活、安全性高、环境友好的高容量圆柱软包装锂离子电池。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种高容量圆柱软包装锂离子电池，包括由正极片、负极片以及位于正极片与负极片之间的隔膜卷绕而成的圆柱电芯，所述正极片上设有正极耳，所述负极片上设有负极耳且负极耳与正极耳分别位于圆柱电芯的两端，所述负极耳上贴有负极极耳胶，所述正极耳上贴有第一极耳胶和第二极耳胶且第一极耳胶位于正极耳上靠近圆柱电芯的位置处，所述圆柱电芯内注有电解液且圆柱电芯套装在铝塑膜袋内，所述铝塑膜袋的侧部设有侧封边，所述铝塑膜袋的一端与负极极耳胶热熔封边形成底部封边，所述铝塑膜袋的另一端与第二极耳胶热熔封边形成顶部封边，所述顶部封边与圆柱电芯的顶部之间形成一气囊。
进一步地，所述正极片包括正极集流体，所述正极集流体上涂布有正极浆料涂层，所述负极片包括负极集流体，所述负极集流体上涂布有负极浆料涂层。
进一步地，所述正极集流体为厚度为12-16μm的铝箔，所述负极集流体为厚度为4-9μm的铜箔。
进一步地，所述正极片的厚度为130-140mm 、长度为620-680mm、宽度为57.5-58.5mm，所述负极片的厚度为140-160mm、长度为650-750mm 、宽度为58.5-59.5mm。
进一步地，所述隔膜为PP/PE/PP三层微孔陶瓷隔膜。
进一步地，所述正极耳为铝极耳且正极耳与正极片点焊，所述负极耳为镍极耳且负极耳与负极片点焊。
进一步地，所述正极耳与负极耳的尺寸规格一致，厚度均为0.1mm、长度均为56mm、宽度均为4mm。
本实用新型相对现有技术具有以下有益效果：本实用新型的高容量圆柱软包装锂离子电池将圆柱电芯套装在铝塑膜袋内，铝塑膜袋无需冲抗，直接根据圆柱电芯的尺寸裁剪并根据气囊高度进行侧封边，圆柱电芯的尺寸不受限制，尺寸(长度、宽度和厚度)设计灵活，使得锂离子电池制作的灵活性好。同时，本实用新型顶部封边与圆柱电芯的顶部之间形成一气囊，该气囊能收集圆柱电芯化成时产生的气体，且有利于圆柱电芯注液，不会因为锂离子电池在化成、老化过程产生的气体无法排除而发生膨胀爆炸，安全性高，使用寿命长，能量密度高，能广泛应用于移动设备中。另外，本实用新型采用的正极活性物质三元高镍材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2具有高比容量、低成本、原料资源丰富、环境友好等优点，采用的负极活性物质复合人造石墨具有比容量高、循环性能好、造价低等优点，通过本实用新型制造的高容量圆柱软包装锂离子电池比容量高达3500mAh，0.5C/1C循环500周后容量保持率在85%以上。
附图说明
图1为本实用新型的高容量圆柱型软包装锂离子电池在注液顶封后气囊裁切前的结构示意图；
图2为本实用新型的高容量圆柱型软包装锂离子电池在化成结束气囊裁切后的结构示意图；
图3为本实用新型所采用的三元高镍材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2在0.2C放电倍率下的循环性能图。
本实用新型附图标记含义如下：1、圆柱电芯；2、铝塑膜袋；3、负极极耳胶；4、负极耳；5、底部封边；6、侧封边；7、气囊；8、顶部封边；9、正极耳；10、第一极耳胶；11、第二极耳胶；12、最终电芯顶部封边。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
实施例1
如图1-2所示，一种高容量圆柱软包装锂离子电池，包括由正极片、负极片以及位于正极片与负极片之间的隔膜卷绕而成的圆柱电芯1，正极片包括正极集流体，正极集流体为厚度为12-16μm的铝箔，正极集流体上涂布有正极浆料涂层，正极片的厚度为130mm 、长度为620mm、宽度为57.5mm，负极片包括负极集流体，负极集流体为厚度为4-9μm的铜箔，负极集流体上涂布有负极浆料涂层，负极片的厚度为140mm、长度为650mm 、宽度为58.5mm，隔膜为PP/PE/PP三层微孔陶瓷隔膜，正极片上设有正极耳9，正极耳9为铝极耳且正极耳9与正极片点焊，正极耳9厚度为0.1mm、长度为56mm、宽度为4mm，负极片上设有负极耳4，负极耳4为镍极耳且负极耳4与负极片点焊，负极耳4厚度为0.1mm、长度为56mm、宽度为4mm，负极耳4与正极耳9分别位于圆柱电芯1的两端，负极耳4上贴有负极极耳胶3，正极耳9上贴有第一极耳胶10和第二极耳胶11且第一极耳胶10位于正极耳9上靠近圆柱电芯1的位置处，圆柱电芯1内注有电解液且圆柱电芯1套装在铝塑膜袋2内，铝塑膜袋2的侧部设有侧封边6，铝塑膜袋2的一端与负极极耳胶3热熔封边形成底部封边5，铝塑膜袋2的另一端与第二极耳胶11热熔封边形成顶部封边8，顶部封边8与圆柱电芯1的顶部之间形成一气囊7。
本实用新型的高容量圆柱软包装锂离子电池在制造时，包括以下步骤：
步骤一、制备浆料：
正极浆料制备：以N-甲基吡咯烷酮为溶剂将由正极活性物质三元高镍材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、正极导电剂中间相碳微球MCMB、和正极粘接剂聚偏氟乙烯组成的正极干混料采用干法混料的方式在行星分散真空搅拌机中搅拌，得到粘度适宜的正极浆料，其中正极干混料中各原料的质量百分比为：正极活性物质三元高镍材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 95%、正极导电剂中间相碳微球MCMB2%、正极粘接剂聚偏氟乙烯3%，溶剂N-甲基吡咯烷酮的量为正极干混料质量的30%。
负极浆料制备：以去离子水为溶剂将由负极活性物质复合人造石墨、负极导电剂碳纳米管、负极增稠剂羧甲基纤维素钠、负极粘接剂丁苯橡胶组成的负极干混料采用干法混料的方式在行星分散真空搅拌机中搅拌，得到粘度适宜的负极浆料，其中负极干混料各原料的质量百分比为：负极活性物质复合人造石墨95%、负极导电剂碳纳米管1%、负极增稠剂羧甲基纤维素钠2%、负极粘接剂丁苯橡胶2%，溶剂去离子水的量为负极干混料质量的45%。
步骤二、涂布：将涂布机各烘箱加热到温度至75℃，经过试涂合格后，分别将正极浆料涂于厚度为12-16μm的正极集流体铝箔上，负极浆料涂于厚度为4-9μm的负极集流体铜箔上，分别制成面密度均匀、光滑平整的正极大极片和负极大极片，然后加入烘箱烘烤8h进行干燥去除正极大极片和负极大极片中的残余水分。
步骤三、制片：将已干燥好的正极大极片和负极大极片在辊压机上辊压，得到表面光滑的正极大极片和负极大极片；并使用分条机将辊压后的正极极片制成厚度为130mm 、长度为620mm、宽度为57.5mm的正极片，将辊压后的负极极片制成厚度为140mm、长度为650mm 、宽度为58.5mm的负极片，再在正极片上点焊宽度4mm、长度为56mm、厚度为0.1mm的正极耳9，在负极片上点焊宽度4mm、长度为56mm、厚度为0.1mm的负极耳4，并在正极耳9上贴第一极耳胶10和第二极耳胶11，在负极耳4上贴负极极耳胶3，确保全部贴好后放入真空干燥箱内在90℃条件下抽真空并充N2干燥6h。
步骤四、装配：打开除湿机及空压机，将干燥好并制片完毕的正极片和负极片分别按照极耳位置置于圆柱卷绕机相应的隔板上，将正极片、负极片和隔膜卷绕成圆柱电芯1，经过外观及短路测试合格后，将圆柱电芯1装入提前裁好并侧封边6后的铝塑膜袋2内，将负极极耳胶3与铝塑膜袋2的一端热熔封边形成底部封边5，将装好铝塑膜袋2的圆柱电芯1放入70℃的真空烤箱中抽真空并充N2烘烤40h。
步骤五、注液：将烘烤后的圆柱电芯1于真空手套箱中加注电解液，电解液从铝塑膜袋2另一端开口处加入，然后在湿度≤1%的注液房中，将注液后的圆柱电芯1从第二极耳胶11处与铝塑膜袋2热熔封边形成顶部封边8，常温下搁置24h。
步骤六、化成分容：将注液搁置后的圆柱电芯1在化成分容检测柜上以小电流充电进行化成，化成完成后，剪除气囊7上端的顶部封边8，从第一极耳胶10处抽气封边形成最终电芯顶部封边12，得到高容量圆柱软包装锂离子电池。
实施例2
如图1-2所示，一种高容量圆柱软包装锂离子电池，包括由正极片、负极片以及位于正极片与负极片之间的隔膜卷绕而成的圆柱电芯1，正极片包括正极集流体，正极集流体为厚度为12-16μm的铝箔，正极集流体上涂布有正极浆料涂层，正极片的厚度为140mm 、长度为680mm、宽度为58.5mm，负极片包括负极集流体，负极集流体为厚度为4-9μm的铜箔，负极集流体上涂布有负极浆料涂层，负极片的厚度为160mm、长度为750mm 、宽度为59.5mm，隔膜为PP/PE/PP三层微孔陶瓷隔膜，正极片上设有正极耳9，正极耳9为铝极耳且正极耳9与正极片点焊，正极耳9厚度为0.1mm、长度为56mm、宽度为4mm，负极片上设有负极耳4，负极耳4为镍极耳且负极耳4与负极片点焊，负极耳4厚度为0.1mm、长度为56mm、宽度为4mm，负极耳4与正极耳9分别位于圆柱电芯1的两端，负极耳4上贴有负极极耳胶3，正极耳9上贴有第一极耳胶10和第二极耳胶11且第一极耳胶10位于正极耳9上靠近圆柱电芯1的位置处，圆柱电芯1内注有电解液且圆柱电芯1套装在铝塑膜袋2内，铝塑膜袋2的侧部设有侧封边6，铝塑膜袋2的一端与负极极耳胶3热熔封边形成底部封边5，铝塑膜袋2的另一端与第二极耳胶11热熔封边形成顶部封边8，顶部封边8与圆柱电芯1的顶部之间形成一气囊7。
本实用新型的高容量圆柱软包装锂离子电池在制造时，包括以下步骤：
步骤一、制备浆料：
正极浆料制备：以N-甲基吡咯烷酮为溶剂将由正极活性物质三元高镍材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、正极导电剂中间相碳微球MCMB、和正极粘接剂聚偏氟乙烯组成的正极干混料采用干法混料的方式在行星分散真空搅拌机中搅拌，得到粘度适宜的正极浆料，其中正极干混料中各原料的质量百分比为：正极活性物质三元高镍材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 98%、正极导电剂中间相碳微球MCMB 1%、正极粘接剂聚偏氟乙烯1%，溶剂N-甲基吡咯烷酮的量为正极干混料质量的60%。
负极浆料制备：以去离子水为溶剂将由负极活性物质复合人造石墨、负极导电剂碳纳米管、负极增稠剂羧甲基纤维素钠、负极粘接剂丁苯橡胶组成的负极干混料采用干法混料的方式在行星分散真空搅拌机中搅拌，得到粘度适宜的负极浆料，其中负极干混料各原料的质量百分比为：负极活性物质复合人造石墨97%、负极导电剂碳纳米管0.5%、负极增稠剂羧甲基纤维素钠1%、负极粘接剂丁苯橡胶1.5%，溶剂去离子水的量为负极干混料质量的55%。
步骤二、涂布：将涂布机各烘箱加热到温度至105℃，经过试涂合格后，分别将正极浆料涂于厚度为12-16μm的正极集流体铝箔上，负极浆料涂于厚度为4-9μm的负极集流体铜箔上，分别制成面密度均匀、光滑平整的正极大极片和负极大极片，然后加入烘箱烘烤4h进行干燥去除正极大极片和负极大极片中的残余水分。
步骤三、制片：将已干燥好的正极大极片和负极大极片在辊压机上辊压，得到表面光滑的正极大极片和负极大极片；并使用分条机将辊压后的正极极片制成厚度为140mm 、长度为680mm、宽度为58.5mm的正极片，将辊压后的负极极片制成厚度为160mm、长度为750mm 、宽度为59.5mm的负极片，再在正极片上点焊宽度4mm、长度为56mm、厚度为0.1mm的正极耳9，在负极片上点焊宽度4mm、长度为56mm、厚度为0.1mm的负极耳4，并在正极耳9上贴第一极耳胶10和第二极耳胶11，在负极耳4上贴负极极耳胶3，确保全部贴好后放入真空干燥箱内在105℃条件下抽真空并充N2干燥6h。
步骤四、装配：打开除湿机及空压机，将干燥好并制片完毕的正极片和负极片分别按照极耳位置置于圆柱卷绕机相应的隔板上，将正极片、负极片和隔膜卷绕成圆柱电芯1，经过外观及短路测试合格后，将圆柱电芯1装入提前裁好并侧封边6后的铝塑膜袋2内，将负极极耳胶3与铝塑膜袋2的一端热熔封边形成底部封边5，将装好铝塑膜袋2的圆柱电芯1放入80℃的真空烤箱中抽真空并充N2烘烤40h。
步骤五、注液：将烘烤后的圆柱电芯1于真空手套箱中加注电解液，电解液从铝塑膜袋2另一端开口处加入，然后在湿度≤1%的注液房中，将注液后的圆柱电芯1从第二极耳胶11处与铝塑膜袋2热熔封边形成顶部封边8，常温下搁置40h。
步骤六、化成分容：将注液搁置后的圆柱电芯1在化成分容检测柜上以小电流充电进行化成，化成完成后，剪除气囊7上端的顶部封边8，从第一极耳胶10处抽气封边形成最终电芯顶部封边12，得到高容量圆柱软包装锂离子电池。
实施例3
如图1-2所示，一种高容量圆柱软包装锂离子电池，包括由正极片、负极片以及位于正极片与负极片之间的隔膜卷绕而成的圆柱电芯1，正极片包括正极集流体，正极集流体为厚度为12-16μm的铝箔，正极集流体上涂布有正极浆料涂层，正极片的厚度为135mm 、长度为650mm、宽度为58mm，负极片包括负极集流体，负极集流体为厚度为4-9μm的铜箔，负极集流体上涂布有负极浆料涂层，负极片的厚度为150mm、长度为700mm 、宽度为59mm，隔膜为PP/PE/PP三层微孔陶瓷隔膜，正极片上设有正极耳9，正极耳9为铝极耳且正极耳9与正极片点焊，正极耳9厚度为0.1mm、长度为56mm、宽度为4mm，负极片上设有负极耳4，负极耳4为镍极耳且负极耳4与负极片点焊，负极耳4厚度为0.1mm、长度为56mm、宽度为4mm，负极耳4与正极耳9分别位于圆柱电芯1的两端，负极耳4上贴有负极极耳胶3，正极耳9上贴有第一极耳胶10和第二极耳胶11且第一极耳胶10位于正极耳9上靠近圆柱电芯1的位置处，圆柱电芯1内注有电解液且圆柱电芯1套装在铝塑膜袋2内，铝塑膜袋2的侧部设有侧封边6，铝塑膜袋2的一端与负极极耳胶3热熔封边形成底部封边5，铝塑膜袋2的另一端与第二极耳胶11热熔封边形成顶部封边8，顶部封边8与圆柱电芯1的顶部之间形成一气囊7。
本实用新型的高容量圆柱软包装锂离子电池在制造时，包括以下步骤：
步骤一、制备浆料：
正极浆料制备：以N-甲基吡咯烷酮为溶剂将由正极活性物质三元高镍材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、正极导电剂中间相碳微球MCMB、和正极粘接剂聚偏氟乙烯组成的正极干混料采用干法混料的方式在行星分散真空搅拌机中搅拌，得到粘度适宜的正极浆料，其中正极干混料中各原料的质量百分比为：正极活性物质三元高镍材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 97.5%、正极导电剂中间相碳微球MCMB 0.5%、正极粘接剂聚偏氟乙烯2%，溶剂N-甲基吡咯烷酮的量为正极干混料质量的45%。
负极浆料制备：以去离子水为溶剂将由负极活性物质复合人造石墨、负极导电剂碳纳米管、负极增稠剂羧甲基纤维素钠、负极粘接剂丁苯橡胶组成的负极干混料采用干法混料的方式在行星分散真空搅拌机中搅拌，得到粘度适宜的负极浆料，其中负极干混料各原料的质量百分比为：负极活性物质复合人造石墨96%、负极导电剂碳纳米管0.5%、负极增稠剂羧甲基纤维素钠2.5%、负极粘接剂丁苯橡胶1%，溶剂去离子水的量为负极干混料质量的50%。
步骤二、涂布：将涂布机各烘箱加热到温度至90℃，经过试涂合格后，分别将正极浆料涂于厚度为12-16μm的正极集流体铝箔上，负极浆料涂于厚度为4-9μm的负极集流体铜箔上，分别制成面密度均匀、光滑平整的正极大极片和负极大极片，然后加入烘箱烘烤6h进行干燥去除正极大极片和负极大极片中的残余水分。
步骤三、制片：将已干燥好的正极大极片和负极大极片在辊压机上辊压，得到表面光滑的正极大极片和负极大极片；并使用分条机将辊压后的正极极片制成厚度为135mm 、长度为650mm、宽度为58mm的正极片，将辊压后的负极极片制成厚度为150mm、长度为700mm、宽度为59mm的负极片，再在正极片上点焊宽度4mm、长度为56mm、厚度为0.1mm的正极耳9，在负极片上点焊宽度4mm、长度为56mm、厚度为0.1mm的负极耳4，并在正极耳9上贴第一极耳胶10和第二极耳胶11，在负极耳4上贴负极极耳胶3，确保全部贴好后放入真空干燥箱内在100℃条件下抽真空并充N2干燥6h。
步骤四、装配：打开除湿机及空压机，将干燥好并制片完毕的正极片和负极片分别按照极耳位置置于圆柱卷绕机相应的隔板上，将正极片、负极片和隔膜卷绕成圆柱电芯1，经过外观及短路测试合格后，将圆柱电芯1装入提前裁好并侧封边6后的铝塑膜袋2内，将负极极耳胶3与铝塑膜袋2的一端热熔封边形成底部封边5，将装好铝塑膜袋2的圆柱电芯1放入75℃的真空烤箱中抽真空并充N2烘烤40h。
步骤五、注液：将烘烤后的圆柱电芯1于真空手套箱中加注电解液，电解液从铝塑膜袋2另一端开口处加入，然后在湿度≤1%的注液房中，将注液后的圆柱电芯1从第二极耳胶11处与铝塑膜袋2热熔封边形成顶部封边8，常温下搁置32h。
步骤六、化成分容：将注液搁置后的圆柱电芯1在化成分容检测柜上以小电流充电进行化成，化成完成后，剪除气囊7上端的顶部封边8，从第一极耳胶10处抽气封边形成最终电芯顶部封边12，得到高容量圆柱软包装锂离子电池。

Claims (7)

1.一种高容量圆柱软包装锂离子电池，其特征在于：包括由正极片、负极片以及位于正极片与负极片之间的隔膜卷绕而成的圆柱电芯（1），所述正极片上设有正极耳（9），所述负极片上设有负极耳（4）且负极耳（4）与正极耳（9）分别位于圆柱电芯（1）的两端，所述负极耳（4）上贴有负极极耳胶（3），所述正极耳（9）上贴有第一极耳胶（10）和第二极耳胶（11）且第一极耳胶（10）位于正极耳（9）上靠近圆柱电芯（1）的位置处，所述圆柱电芯（1）内注有电解液且圆柱电芯（1）套装在铝塑膜袋（2）内，所述铝塑膜袋（2）的侧部设有侧封边（6），所述铝塑膜袋（2）的一端与负极极耳胶（3）热熔封边形成底部封边（5），所述铝塑膜袋（2）的另一端与第二极耳胶（11）热熔封边形成顶部封边（8），所述顶部封边（8）与圆柱电芯（1）的顶部之间形成一气囊（7）。
2.根据权利要求1所述的一种高容量圆柱软包装锂离子电池，其特征在于：所述正极片包括正极集流体，所述正极集流体上涂布有正极浆料涂层，所述负极片包括负极集流体，所述负极集流体上涂布有负极浆料涂层。
3.根据权利要求2所述的一种高容量圆柱软包装锂离子电池，其特征在于：所述正极集流体为厚度为12-16μm的铝箔，所述负极集流体为厚度为4-9μm的铜箔。
4.根据权利要求1或2所述的一种高容量圆柱软包装锂离子电池，其特征在于：所述正极片的厚度为130-140mm 、长度为620-680mm、宽度为57.5-58.5mm，所述负极片的厚度为140-160mm、长度为650-750mm 、宽度为58.5-59.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种高容量圆柱软包装锂离子电池，其特征在于：所述隔膜为PP/PE/PP三层微孔陶瓷隔膜。
6.根据权利要求1所述的一种高容量圆柱软包装锂离子电池，其特征在于：所述正极耳（9）为铝极耳且正极耳（9）与正极片点焊，所述负极耳（4）为镍极耳且负极耳（4）与负极片点焊。
7.根据权利要求1或6所述的一种高容量圆柱软包装锂离子电池，其特征在于：所述正极耳（9）与负极耳（4）的尺寸规格一致，厚度均为0.1mm、长度均为56mm、宽度均为4mm。
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CN113241474A (zh) * 2021-05-31 2021-08-10 惠州市恒泰科技股份有限公司 弧形电芯及弧形锂电池

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