JP2014146596A - バッテリーセル - Google Patents

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Abstract

【課題】新規な構造を採用して小型化、軽量化が可能であり、かつ安全性に優れたバッテリーセルを提供する。
【解決手段】電極タブ１１１に電気的に連結される電極組立体１１０と、電極組立体を収容するケース１２０ａと、を含み、ケースはその端に位置された封止部１２６ａと、封止部に位置され、電極タブのうちいずれか一つに電気的に連結される保護素子１４０を収容する安着部１３０ａと、を含む。電極タブは、第１電極タブ１１２及び第２電極タブ１１３を含み、保護素子は、第１電極タブに電気的に連結することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、バッテリーセルに関する。
近年、携帯用電子機器の電源として二次バッテリーセルが多様に使用されている。また、携帯用電子機器が様々な分野で使用され、これに伴って二次バッテリーセルの需要が急増している。このような二次バッテリーセルは充放電して複数回の使用が可能であり、これにより、経済的及び環境的にも効果的であるため、その使用が奨励されている。
また、電子機器の小型化、軽量化が要求されつつ、二次バッテリーセルに対しても小型化、軽量化が求められている。しかしながら、二次バッテリーセルは、内部にリチウムなどのような反応性の大きい物質が含まれているので、安全性の側面から小型化および軽量化させるのに制約となってきた。このため、二次バッテリーセルの安全性を向上させると同時に、小型化および軽量化の可能なバッテリーパックを開発するための様々な研究が進められている。
したがって、本発明は上記課題を解決するために案出されたもので、その目的は、新規な構造を採用して小型化、軽量化が可能であり、かつ安全性に優れたバッテリーセルを提供することである。
上記目的を達成するために本発明によるバッテリーセルは、複数の電極タブに電気的に連結される電極組立体と、前記電極組立体を収容するケースと、を含み、前記ケースは、前記ケースの縁部に配された封止部と、前記封止部に位置され、前記複数の電極タブのうちいずれか一つに電気的に連結される保護素子を収容する安着部と、を含むことができる。ここで、前記複数の電極タブは、第１電極タブ及び第２電極タブを含み、前記保護素子は、前記第１電極タブに電気的に連結することができる。
また、前記第２電極タブは、前記封止部を介して前記バッテリーセルの外部に引き出すことができる。
また、前記安着部は密閉することができる。
また、前記保護素子は、第１連結部及び第２連結部を含むことができる。
また、前記複数の電極タブのいずれか一つは、第１電極タブであり、前記第１連結部は前記第１電極タブに電気的に連結することができる。
また、前記第２連結部は、前記封止部を介して前記バッテリーセルの外部に引き出すことができる。
また、前記ケースは、第１サブケース及び第２サブケースを含むことができる。
また、前記第１サブケースは、前記封止部により前記第２サブケースに結合することができる。
また、前記第１サブケース及び前記第２サブケースは、それぞれ内部樹脂層を含み、前記封止部は、互いに結合された前記第１サブケースの前記内部樹脂層の一部及び前記第２サブケースの前記内部樹脂層の一部を含むことができる。
また、前記封止部は前記第１サブケースの前記内部樹脂層の一部と前記第２サブケースの前記内部樹脂層の一部とを熱融着して形成することができる。
また、前記第１サブケース及び前記第２サブケースのうち一つは、前記電極組立体を収容する収容部を含み、前記第１サブケース及び前記第２サブケースのうち、他の一つは前記収容部を覆うことができる。
また、前記封止部は、前記収容部から前記安着部を分離することができる。
また、前記封止部は、前記安着部の外面が突出された一面、及び前記一面と対向する他面を含み、前記封止部は、前記一面が前記収容部に向かうように一部を折り曲げることができる。
また、前記封止部は、前記安着部の外面が突出した一面、及び前記一面と対向する他面を含み、前記封止部は、前記他面が前記収容部に向かうように一部を折り曲げることができる。
また、前記第１サブケース及び前記第２サブケースのうち一つは、前記電極組立体を収容する収容部を含み、前記第１サブケース及び前記第２サブケースのうち、他の一つは、前記安着部を含むことができる。
また、前記第１サブケース及び前記第２サブケースのうち一つは、前記安着部及び前記電極組立体を収容する収容部を含むことができる。
また、前記第１サブケースは、前記電極組立体を部分的に収容する第１収容部を含み、前記第２サブケースは、前記電極組立体を部分的に収容する第２収容部を含むことができる。
また、前記複数の電極タブのうちいずれか一つ、または前記保護素子は、前記封止部と結合される樹脂部を含むことができる。
また、前記安着部は、前記封止部に陥没形成することができる。
以上のように本発明のバッテリーセルによれば、保護素子をケース内に位置させて、バッテリーセルの小型化を具現しつつ、バッテリーセルの安全性を向上させることができる、という効果を奏する。
本発明の一実施例によるバッテリーセルの斜視図である。 図１に示したバッテリーセルの分解斜視図である。 図１に示したＡ−Ａ'線に沿ったバッテリーセルの断面図である。 本発明の他の実施例によるバッテリーセルの斜視図である。 図４に示したバッテリーセルの分解斜視図である。 図４に示したバッテリーセルの封止部の一部を折り曲げたバッテリーセルの斜視図である。 本発明の更なる他の実施例によるバッテリーセルの斜視図である。 図７に示したバッテリーセルの分解斜視図である。 図７に示したバッテリーセルの封止部の一部を折り曲げたバッテリーセルの斜視図である。
以下、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる好適な実施例について添付された図１〜図９を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例によるバッテリーセル１００ａの斜視図であり、図２は図１に示したバッテリーセル１００ａの分解斜視図である。ここで、図２は、説明及び図示の便宜のために、図１に示したバッテリーセル１００ａをひっくり返して分解した斜視図である。以下、これを参照して本実施例によるバッテリーセル１００ａについて説明する。
図１及び図２に示したように、本実施例によるバッテリーセル１００ａは、電極タブ１１１を具備する電極組立体１１０、電極組立体１１０を収容し、縁部に封止部１２６ａが形成されたケース１２０ａ、および電極タブ１１１と連結されてケース１２０ａ、例えば、封止部１２６ａに形成された安着部内に位置される保護素子１４０を含むことができる。
電極組立体１１０は一側に電極タブ１１１を具備する部材で、ケース１２０ａとともにバッテリーセル１００ａまたはベアセルをなしてイオンまたは電子の移動による電気化学的エネルギーを発生する部材である。
ここで、電極組立体１１０は、第１極板と第２極板、第１極板と第２極板との間に介在されるセパレータ、および電極組立体１１０の外側に引き出された第１電極タブ１１２及び第２電極タブ１１３からなる電極タブ１１１を含むことができる。この時、第１極板および第２極板は、それぞれ陽極板と陰極板とを含み、第１電極タブ１１２及び第２電極タブ１１３は、それぞれ陽極タブと陰極タブを含むことができる。
また、電極タブ１１１は、電極組立体１１０の一側から引き出され、バッテリーセル１００ａの内部で発生した電気化学的エネルギーを外部または保護素子１４０に伝達することができる。また、電極組立体１１０は、第１極板と第２極板およびセパレータをともに巻き取ったり、積層したりするなど、様々な方法によって製造することができ、本発明では、電極組立体１１０の形態で、積層型、または巻取り型など、すべての形態の電極組立体１１０を含むことができることは勿論である。
ケース１２０ａは、電極組立体１１０を収容する部材であって、第１サブケース１２１ａ及び第２サブケース１２２ａを含むことができる。ここで、一例として、第１サブケース１２１ａには、保護素子１４０を収容する安着部１３０ａ及び電極組立体１１０を収容する収容部１２３ａが形成され、第２サブケース１２２ａは、第１サブケース１２１ａを覆うように具現することができる。したがって、第１サブケース１２１ａの安着部１３０ａは、保護素子１４０の形態及び大きさに対応するように、収容部１２３ａは電極組立体１１０の形態の一部及び大きさに対応するように具備されることができ、例えば、平板で継手なしに中空容器を作るディープドローイング（Ｄｅｅｐ Ｄｒａｗｉｎｇ）工程によって安着部１３０ａ及び収容部１２３ａを作製することができる。
一方、第１サブケース１２１ａと第２サブケース１２２ａは、ケース１２０ａの縁部に形成された封止部１２６ａによって相互に結合することができる。具体的には、例えば、保護素子１４０を第１サブケース１２１ａの第１縁部１２７ａに形成された安着部１３０ａに具備させ、電極組立体１１０と電解液を第１サブケース１２１ａの収容部１２３ａに具備させた後、第１サブケース１２１ａと第２サブケース１２２ａを互いに密着させた状態で、第１サブケース１２１ａの第１縁部１２７ａと第２サブケース１２２ａの第２縁部１２８ａとを熱融着させ、封止部１２６ａを形成することにより作製することができる。すなわち、本実施例において、バッテリーセル１００ａは、例えば、パウチ型またはポリマー型で具現することができる。
一方、図２に示したように、ケース１２０ａは、順次に内部樹脂層１２９ａ、金属層１２９ｂ、および外部樹脂層１２９ｃを含むことができる。このとき、内部樹脂層１２９ａは、電極組立体１１０と直接対面する部分であり、外部の樹脂層１２９ｃは、ケース１２０ａの最外面に該当する部分であり、内部樹脂層１２９ａと外部樹脂層１２９ｃは、短絡等を防止するために、電気的に不導体である高分子樹脂などで構成することができる。特に、内部樹脂層１２９ａは、一部が封止部１２６ａを構成して第１サブケース１２１ａと第２サブケース１２２ａを結合させることができるので、例えば、変性ポリプロピレンＣＰＰを含むことができる。また、金属層１２９ｂは、内部樹脂層１２９ａと外部樹脂層１２９ｃとの間に具備されてケース１２０ａに所定の機械的強度を提供することができ、例えば、アルミニウムなどを含むことができる。
この時、電極タブ１１１が封止部１２６ａの先端から露出される金属層１２９ｂと接して電気的な短絡が発生し得るが、このような現象を防止するために、本発明の実施例による電極タブ１１１は、樹脂部の一例として、電極タブフィルム１１４をさらに具備することができる。ここで、電極タブフィルム１１４は、封止部１２６ａに安着するように具備されることができ、電気的不導体で構成され、電極タブ１１１と金属層１２９ｂとの短絡を防止することができる。また、電極タブフィルム１１４は、封止部１２６ａと類似な物質で構成され、封止部１２６ａが完全に熱融着されるように補助することができ、これにより、金属からなる電極タブ１１１が封止部１２６ａと完全に密着されるようにすることができる。
すなわち、電極タブフィルム１１４によってケース１２０ａの密閉力を強化させることができる。この時、電極組立体１１０の第２電極タブ１１３は、封止部１２６ａを介してバッテリーセル１００ａの外部に引き出されるが、第１電極タブ１１２は、封止部１２６ａの安着部１３０ａに位置した保護素子１４０と連結されて封止部１２６ａの外部に露出されないため、第２電極タブ１１３に電極タブフィルム１１４を具備することができる。
一方、本実施例によるバッテリーセル１００ａの安着部１３０ａは、ケース１２０ａの封止部１２６ａに形成することができる。具体的には、本実施例では、安着部１３０ａは、第１サブケース１２１ａの第１縁部１２７ａに形成されることができ、安着部１３０ａの外面が収容部１２３ａの外面と同じ方向に外側に向かって突出形成されることができる。この場合、安着部１３０ａと収容部１２３ａがすべて同じ方向に突出されることが、空間効率の観点から望ましい。この時、ケース１２０ａの内側から見た場合、安着部１３０ａは、内面が保護素子１４０を収容することができるように凹ませて形成、すなわち、封止部１２６に陥没形成することができ、その凹み空間に保護素子１４０が安着されることができる。
保護素子１４０は、電極組立体１１０と保護回路モジュールとの間に連結されてバッテリーセル１００ａに異常な電流が流れた場合、これを遮断する部材で、ケース１２０ａの安着部１３０ａに安着されることができる。ここで、保護素子１４０は、例えば、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子、ヒューズ、ブレーカー（ｂｒｅａｋｅｒ）などで具現することができ、バッテリーのセル１００ａに異常な電流が流れると抵抗が増加し、保護素子１４０に具備された第１連結部１４１及び第２連結部１４２を介して流れる電流を遮断することができる。また、第１連結部１４１は、第１電極タブ１１２と連結され、第２連結部１４２は封止部１２６ａを介して外部に引き出すことができる。従って、バッテリーセル１００ａの外から見ると、保護素子１４０の第２連結部１４２と第２電極タブ１１３が露出したものと見ることができる。この時、第２連結部１４２は、封止部１２６ａを介して外部に引き出されるが、封止部１２６ａの端の金属層１２９ｂが第２連結部１４２と短絡しないよう樹脂部の一例として、連結フィルム１４３がさらに具備され得る。このような連結部のフィルム１４３は、封止部１２６ａと類似な物質で構成されて第２連結部１４２と封止部１２６ａが完全に熱融着するように補助することができる。
図３は、図１に示したＡ−Ａ'線に沿ったバッテリーセル１００ａの断面図である。以下、これを参照して本実施例による安着部１３０ａについてより具体的に述べる。
ここで、保護素子１４０は、ケース１２０ａ内に、より具体的には封止部１２６ａに形成された安着部１３０ａに位置することができる。この時、安着部１３０ａは、その内部の凹み空間よりも相対的にサイズの小さい保護素子１４０が配置されるが、電極組立体１１０が配置される収容部１２３ａよりは内部空間が狭い場合がある。また、安着部１３０ａは、密閉されることがあり、例えば、安着部１３０ａと収容部１２３ａは、封止部１２６ａによって区分され、それぞれ密閉されることがある。それにより、収容部１２３ａ内に位置した電解液が安着部１３０ａに位置された保護素子１４０に接触する恐れが少なくなり、従ってバッテリーセル１００ａの安全性を向上させることができる。一方、安着部１３０ａに位置された保護素子１４０が外部に露出される場合、破損してしまう恐れや、図らずもショートする恐れがあるため、安着部１３０ａの周辺領域は封止部１２６ａによってすべて密閉されることができる。
図４は、本発明の他の実施例によるバッテリーセル１００ｂの斜視図で、図５は、図４に示したバッテリーセル１００ｂの分解斜視図で、図６は、図４に示したバッテリーセル１００ｂの封止部１２６ｂの一部を折り曲げたバッテリーセル１００ｂ'の斜視図である。ここで、図５は、説明の便宜のために、図４に示したバッテリーセル１００ｂをひっくり返して分解した斜視図である。以下、これを参照して本実施例によるバッテリーセル１００ｂ、１００ｂ'について説明する。ここで、同一または対応する構成要素は同一符号で指称され、以前の実施例と重複する説明は省略する。
図４および図５に示したように、本実施例によるバッテリーセル１００ｂは、電極組立体１１０、ケース１２０ｂ、および保護素子１４０を含むが、安着部１３０ｂと収容部１２３ｂの外面突出方向が互いに逆になる場合がある。
具体的には、図４および図５に示したように、本実施例によるバッテリーセル１００ｂは、封止部１２６ｂの一部が折り曲げられる前、すなわち、封止部１２６ｂが伸びた（平らな）状態で安着部１３０ｂと収容部１２３ｂの外面突出方向が互いに逆になることがある。つまり、安着部１３０ｂが、第１サブケース１２１ｂの第１縁部１２７ｂとともに封止部１２６ｂをなす第２サブケース１２２ｂの第２縁部１２８ｂに突出形成されることにより、第１サブケース１２１ｂに突出形成された収容部１２３ｂと互いに反対方向に突出されることができる。
この時、安着部１３０ｂと収容部１２３ｂの外面が互いに反対方向に突出される場合、空間効率の側面から不利になる場合があるので、図６に示したように、封止部１２６ｂの一部を折り曲げて、バッテリーセル１００ｂ'のスペースを効率的に活用することができる。具体的には、封止部１２６ｂの両面のうち安着部１３０ｂの外面が突出された面と対向する他面が収容部１２３ｂに向かうように、封止部１２６ｂの一部を折り曲げることができる。すなわち、封止部１２６ｂは、安着部１３０ｂの外面が突出した一面及びこれに対向する他面を含むことができ、封止部１２６ｂは、他面が収容部１２３ｂに向かうように一部を折り曲げることができる。また、安着部１３０ｂの突出した外面がケース１２０ｂの外側に向かうように封止部１２６ｂの一部を折り曲げさせることができ、これにより、バッテリーセル１００ｂは有効空間を広げることができる。この時、本実施例では、封止部１２６ｂの他面が収容部１２３ｂに向かうように封止部１２６ｂの一部が折り曲げられる場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、封止部１２６ｂの一面が収容部１２３ｂに向かうように封止部１２６ｂの一部が折り曲げられることも可能であるだろう。
一方、封止部１２６ｂは、第２電極タブ１１３及び第２連結部１４２が引き出される方向の第１封止部１２６ｂ'、および第１封止部１２６ｂの両端から延長された第２封止部１２６ｂ''を含むことができ、第１封止部１２６ｂ'のみならず、第２封止部１２６ｂ''も同時に収容部１２３ｂに向かうように折り曲げることにより、空間効率性をさらに向上させることができる。また、第１封止部１２６ｂ'とは反対の面にも第３封止部を具備することも可能である。
図７は、本発明の更なる他の実施例によるバッテリーセル１００ｃの斜視図で、図８は、図７に示したバッテリーセル１００ｃの分解斜視図で、図９は、図７に示したバッテリーセル１００ｃの封止部１２６ｃの一部を折り曲げたバッテリーセル１００ｃ'の斜視図である。ここで、図８は、説明及び図示の便宜のために、図７に示したバッテリーセル１００ｃをひっくり返して分解した斜視図である。以下、これを参照して本実施例によるバッテリーセル１００ｃ、１００ｃ'について説明する。ただし、同一または対応する構成要素は同一の符号と指称され、以前の実施例と重複する説明は省略する。
図７及び図８に示したように、本実施例によるバッテリーセル１００ｃは、電極組立体１１０、ケース１２０ｃ、および保護素子１４０を含み、第１サブケース１２１ｃに第１収容部１２４が形成され、第２サブケース１２２ｃに第２収容部１２５が形成されることができる。
具体的には、本実施例によるバッテリーセル１００ｃの収容部は第１サブケース１２１ｃの第１収容部１２４及び第２サブケース１２２ｃの第２収容部１２５で構成されることができ、それぞれ電極組立体１１０の一部とそれ以外の部分を収容することができる。一方、保護素子１４０が安着される安着部１３０ｃは、第１サブケース１２１ｃまたは第２サブケース１２２ｃのうちいずれか一つに該当する封止部１２６ｃまたは縁部１２７ｃ、１２８ｃに形成することができる。
また、図９に示したように、バッテリーセル１００ｃ'は、空間効率の側面から封止部１２６ｃの一部が折り曲げられることがあり、この時、封止部１２６ｃは、安着部１３０ｃの外面が突出した一面と対向する他面が第１収容部１２４または第２収容部１２５に向かうように、すなわち、安着部１３０ｃの外面がケース１２０ｃの外側に向かって突出するように折り曲げられることができる。
以上に説明したように、本発明の最も好ましい実施例について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能なのはもちろんであり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
１００ａ、１００ｂ、１００ｂ’、１００ｃ、１００ｃ’ バッテリーセル
１１０ 電極組立体
１１１ 電極タブ
１１２ 第１電極タブ
１１３ 第２電極タブ
１１４ 電極タブフィルム
１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ ケース
１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ 第１サブケース
１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ 第２サブケース
１２３ａ、１２３ｂ、１２４、１２５ 収容部
１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｂ’、１２６ｂ’’、１２６ｃ 封止部
１２７ａ、１２７ｂ、１２７ｃ 第１サブケースの第１縁部
１２８ａ、１２８ｃ、１２８ｃ 第２サブケースの第２縁部
１２９ａ 内部樹脂層
１２９ｂ 金属層
１２９ｃ 外部樹脂層 １３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ 安着部
１４０ 保護素子
１４１ 第１連結部
１４２ 第２連結部
１４３ 連結フィルム

Claims (20)

  1. 複数の電極タブに電気的に連結される電極組立体と、
    前記電極組立体を収容するケースと、を含み、
    前記ケースは、前記ケースの縁部に配された封止部と、
    前記封止部に配され、前記複数の電極タブのうちいずれか一つに電気的に連結される保護素子を収容する安着部と、
    を含むことを特徴とするバッテリーセル。
  2. 前記複数の電極タブは、第１電極タブ及び第２電極タブを含み、前記保護素子は、前記第１電極タブに電気的に連結されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーセル。
  3. 前記第２電極タブは、前記封止部を介して前記バッテリーセルの外部に引き出されることを特徴とする請求項２に記載のバッテリーセル。
  4. 前記安着部は、密閉されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーセル。
  5. 前記保護素子は、第１連結部及び第２連結部を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーセル。
  6. 前記複数の電極タブのいずれか一つは、第１電極タブであり、前記第１連結部は前記第１電極タブに電気的に連結されることを特徴とする請求項５に記載のバッテリーセル。
  7. 前記第２連結部は、前記封止部を介して前記バッテリーセルの外部に引き出されることを特徴とする請求項５に記載のバッテリーセル。
  8. 前記ケースは、第１サブケース及び第２サブケースを含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーセル。
  9. 前記第１サブケースは、前記封止部により前記第２サブケースに結合されることを特徴とする請求項８に記載のバッテリーセル。
  10. 前記第１サブケース及び前記第２サブケースは、それぞれ内部樹脂層を含み、
    前記封止部は、互いに結合された前記第１サブケースの前記内部樹脂層の一部及び前記第２サブケースの前記内部樹脂層の一部を含むことを特徴とする請求項８に記載のバッテリーセル。
  11. 前記封止部は、前記第１サブケースの前記内部樹脂層の一部と前記第２サブケースの前記内部樹脂層の一部とを熱融着して形成することを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーセル。
  12. 前記第１サブケース及び前記第２サブケースのうち一つは、前記電極組立体を収容する収容部を含み、
    前記第１サブケース及び前記第２サブケースのうち、他の一つは前記収容部を覆うことを特徴とする請求項８に記載のバッテリーセル。
  13. 前記封止部は、前記収容部から前記安着部を分離することを特徴とする請求項１２に記載のバッテリーセル。
  14. 前記封止部は、前記安着部の外面が突出された一面、及び前記一面と対向する他面を含み、前記封止部は、前記一面が前記収容部に向かうように一部が折り曲げられたことを特徴とする請求項１２に記載のバッテリーセル。
  15. 前記封止部は、前記安着部の外面が突出した一面と、及び前記一面と対向する他面を含み、前記封止部は、前記他面が前記収容部に向かうように一部が折り曲げられたことを特徴とする請求項１２に記載のバッテリーセル。
  16. 前記第１サブケース及び前記第２サブケースのうち一つは、前記電極組立体を収容する収容部を含み、
    前記第１サブケース及び前記第２サブケースのうち、他の一つは、前記安着部を含むことを特徴とする請求項８に記載のバッテリーセル。
  17. 前記第１サブケース及び前記第２サブケースのうち一つは、前記安着部及び前記電極組立体を収容する収容部を含むことを特徴とする請求項８に記載のバッテリーセル。
  18. 前記第１サブケースは、前記電極組立体を部分的に収容する第１収容部を含み、
    前記第２サブケースは、前記電極組立体を部分的に収容する第２収容部を含むことを特徴とする請求項８に記載のバッテリーセル。
  19. 前記複数の電極タブのうちいずれか一つ、または前記保護素子は、前記封止部と結合される樹脂部を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーセル。
  20. 前記安着部は、前記封止部に陥没形成されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーセル。
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