JP2024061518A - ラミネート型電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】電池要素の温度が上昇した場合であっても燃焼を抑制することができるラミネート型電池の提供。【解決手段】電池要素と、電池要素を覆って封入するラミネート外装体2と、ラミネート外装体2の少なくとも一部を覆うように設けられた脱酸素材料含有層6Aと、を有するラミネート型電池10A。【選択図】図1
Description
本開示は、ラミネート型電池に関する。
電池要素がラミネート外装体に封入されたラミネート型電池では、電池要素の温度が異常な高温にまで上昇した場合を想定して、温度上昇時の安全性向上が求められている。
例えば、特許文献1には「蓄電デバイスの内部ガス放出口の外側に設置される蓄電デバイスの発火防止装置であって、通気性を有するケーシングに前記蓄電デバイスの内部ガス放出口から吐出する可燃性ガスの発火及び/又は火炎の抑制剤を充填した、蓄電デバイスの発火防止装置」が開示されている。
例えば、特許文献1には「蓄電デバイスの内部ガス放出口の外側に設置される蓄電デバイスの発火防止装置であって、通気性を有するケーシングに前記蓄電デバイスの内部ガス放出口から吐出する可燃性ガスの発火及び/又は火炎の抑制剤を充填した、蓄電デバイスの発火防止装置」が開示されている。
電池要素がラミネート外装体に封入されたラミネート型電池では、電池要素の温度が異常な高温にまで上昇した場合を想定して、温度上昇時の安全性向上が求められている。
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、電池要素の温度が上昇した場合であっても燃焼を抑制することができるラミネート型電池を提供することを目的とする。
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、電池要素の温度が上昇した場合であっても燃焼を抑制することができるラミネート型電池を提供することを目的とする。
<1>
電池要素と、
前記電池要素を覆って封入するラミネート外装体と、
前記ラミネート外装体の少なくとも一部を覆うように設けられた脱酸素材料含有層と、
を有するラミネート型電池。
<2>
前記ラミネート外装体は、内面同士が融着したラミネート融着部を有し、
前記脱酸素材料含有層は、前記ラミネート融着部を少なくとも覆うように設けられた、<1>に記載のラミネート型電池。
<3>
前記脱酸素材料含有層が、前記ラミネート外装体の外周面全面を覆うように設けられた、<2>に記載のラミネート型電池。
<4>
前記脱酸素材料含有層に含まれる脱酸素材料がカーボンである、<1>~<3>のいずれか1項に記載のラミネート型電池。
<5>
前記脱酸素材料含有層がカーボンシートであり、前記カーボンシートにより前記ラミネート外装体の外周面全面が覆われた、<1>~<4>のいずれか1項に記載のラミネート型電池。
電池要素と、
前記電池要素を覆って封入するラミネート外装体と、
前記ラミネート外装体の少なくとも一部を覆うように設けられた脱酸素材料含有層と、
を有するラミネート型電池。
<2>
前記ラミネート外装体は、内面同士が融着したラミネート融着部を有し、
前記脱酸素材料含有層は、前記ラミネート融着部を少なくとも覆うように設けられた、<1>に記載のラミネート型電池。
<3>
前記脱酸素材料含有層が、前記ラミネート外装体の外周面全面を覆うように設けられた、<2>に記載のラミネート型電池。
<4>
前記脱酸素材料含有層に含まれる脱酸素材料がカーボンである、<1>~<3>のいずれか1項に記載のラミネート型電池。
<5>
前記脱酸素材料含有層がカーボンシートであり、前記カーボンシートにより前記ラミネート外装体の外周面全面が覆われた、<1>~<4>のいずれか1項に記載のラミネート型電池。
本開示によれば、電池要素の温度が上昇した場合であっても燃焼を抑制することができるラミネート型電池を提供することができる。
以下、本開示に係るラミネート型電池について詳細に説明する。
本実施形態に係るラミネート型電池は、電池要素と、電池要素を覆って封入するラミネート外装体と、ラミネート外装体の少なくとも一部を覆うように設けられた脱酸素材料含有層と、を有する。
本実施形態によれば、電池要素の温度が上昇した場合であっても燃焼を抑制することができる。この効果が奏される理由は、以下のように推察される。
電池要素において温度の上昇が発生した際、ラミネート型電池内の酸素を低減することが、発火や燃焼を抑制する観点で重要となる。これに対して本実施形態では、脱酸素材料含有層がラミネート外装体の少なくとも一部を覆うように設けられており、脱酸素材料含有層によってラミネート型電池内の酸素が低減される。
例えば、脱酸素材料含有層に含まれる脱酸素材料がカーボンである場合、下記の化学反応式で示すカーボンの酸化によってラミネート型電池内の酸素が低減される。
C(カーボン)+O2(ラミネート型電池内の酸素)+熱(温度上昇による電池要素からの熱)→CO2
C(カーボン)+1/2O2(ラミネート型電池内の酸素)+熱(温度上昇による電池要素からの熱)→CO
これにより、電池要素の温度が上昇した場合であっても燃焼を抑制することができる。
例えば、脱酸素材料含有層に含まれる脱酸素材料がカーボンである場合、下記の化学反応式で示すカーボンの酸化によってラミネート型電池内の酸素が低減される。
C(カーボン)+O2(ラミネート型電池内の酸素)+熱(温度上昇による電池要素からの熱)→CO2
C(カーボン)+1/2O2(ラミネート型電池内の酸素)+熱(温度上昇による電池要素からの熱)→CO
これにより、電池要素の温度が上昇した場合であっても燃焼を抑制することができる。
次いで、本開示に係るラミネート型電池の一実施形態について図面を用いて説明する。以下に示す各図は、模式的に示したものであり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張している。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係るラミネート型電池を例示する概略斜視図である。図1に示すラミネート型電池10Aは、電池要素としての電極体の外周全面がラミネート外装体としてのラミネートフィルム2によって覆われ封入されている。電極体の両端には2つの端子(正極側端子および負極側端子)4が設けられ、2つの端子4は少なくともその一部がラミネートフィルム2に覆われずに、外部に露出するよう設けられている。ラミネートフィルム2は例えば2枚のフィルムで構成され、この2枚のフィルムにより電極体の全体を挟み込んで覆うように設けられている。2枚のフィルムはその端部(つまり4つの辺)同士が融着されたラミネート融着部20を有する。ラミネート融着部20は、端子4が設けられている一対の端面、およびこの一対の端面に対して垂直方向に伸びる一対の側面の、計4つの面にわたって形成されている。
図1は、第1の実施形態に係るラミネート型電池を例示する概略斜視図である。図1に示すラミネート型電池10Aは、電池要素としての電極体の外周全面がラミネート外装体としてのラミネートフィルム2によって覆われ封入されている。電極体の両端には2つの端子(正極側端子および負極側端子)4が設けられ、2つの端子4は少なくともその一部がラミネートフィルム2に覆われずに、外部に露出するよう設けられている。ラミネートフィルム2は例えば2枚のフィルムで構成され、この2枚のフィルムにより電極体の全体を挟み込んで覆うように設けられている。2枚のフィルムはその端部(つまり4つの辺)同士が融着されたラミネート融着部20を有する。ラミネート融着部20は、端子4が設けられている一対の端面、およびこの一対の端面に対して垂直方向に伸びる一対の側面の、計4つの面にわたって形成されている。
ラミネート型電池10Aは、ラミネートフィルム2の外周面全面を覆うように設けられた、脱酸素材料含有層としてのカーボンシート6Aを有する。つまり、ラミネートフィルム2で覆われた電極体が、さらに袋状のカーボンシート6Aに内包された構成を有する。なお、カーボンシート6Aは、2つの端子4の少なくとも一部が外部に露出するように設けられている。
第1の実施形態に係るラミネート型電池10Aにおいて、ラミネートフィルム2の外周面全面を覆うようにカーボンシート6Aを設ける方法について、図2を用いて説明する。脱酸素材料含有層としてのカーボンシート6Aは例えば1枚のシートで構成される。この1枚のカーボンシート6A上にラミネートフィルム2で覆われた電極体を載せ、電極体全体を包み込むようにカーボンシート6Aを折り返す。次いで、カーボンシート6Aの端部同士(折り返した辺を除く3つの辺同士)を、テープで止める等の方法により固定することで、ラミネートフィルム2の外周面全面を覆うカーボンシート6Aが形成される。
第1の実施形態に係るラミネート型電池10Aは、脱酸素材料含有層としてのカーボンシート6Aがラミネートフィルム2の外周面全面を覆うように設けられている。そのため、電池要素としての電極体において温度の上昇が発生した場合であっても、ラミネート型電池10A内の酸素を脱酸素材料(つまりカーボン)によって低減することができ、発火や燃焼を抑制することができる。
(第2の実施形態)
脱酸素材料含有層をラミネート外装体の外周面全面を覆うように設けるのではなく、ラミネート外装体の一部のみを覆うように設けることもできる。その場合、脱酸素材料含有層を、ラミネート外装体におけるラミネート融着部を少なくとも覆うように設けることが好ましい。ラミネート電池から外部へ放出されるエネルギーは主にラミネート融着部から放出されるため、発火や燃焼等の事象の起点となりやすい。そのため、ラミネート融着部覆うように脱酸素材料含有層を設けることで、事象の起点となりやすい領域の酸素を効率的に低減することができ、発火や燃焼を効率的に抑制することができる。
脱酸素材料含有層をラミネート外装体の外周面全面を覆うように設けるのではなく、ラミネート外装体の一部のみを覆うように設けることもできる。その場合、脱酸素材料含有層を、ラミネート外装体におけるラミネート融着部を少なくとも覆うように設けることが好ましい。ラミネート電池から外部へ放出されるエネルギーは主にラミネート融着部から放出されるため、発火や燃焼等の事象の起点となりやすい。そのため、ラミネート融着部覆うように脱酸素材料含有層を設けることで、事象の起点となりやすい領域の酸素を効率的に低減することができ、発火や燃焼を効率的に抑制することができる。
図2は、第2の実施形態に係るラミネート型電池を例示する概略斜視図である。なお、図2に示すラミネート型電池10Bでは、電池要素としての電極体、ラミネート外装体としてのラミネートフィルム2、ラミネートフィルム2におけるラミネート融着部20、および2つの端子4は、いずれも第1の実施形態と同じ構成であるため、説明を省略する。
ラミネート型電池10Bは、ラミネートフィルム2の外周面の一部のみを覆う脱酸素材料含有層としてのカーボンシート6Bを有し、カーボンシート6Bはラミネート融着部20を少なくとも覆うように設けられている。カーボンシート6Bは、ラミネート融着部20が設けられている4つの面、つまり端子4が設けられている一対の端面、およびこの一対の端面に対して垂直方向に伸びる一対の側面の計4つの面を覆うように設けられている。なお、カーボンシート6Bは、2つの端子4の少なくとも一部が外部に露出するように設けられている。
ラミネート型電池10Bは、ラミネートフィルム2の外周面の一部のみを覆う脱酸素材料含有層としてのカーボンシート6Bを有し、カーボンシート6Bはラミネート融着部20を少なくとも覆うように設けられている。カーボンシート6Bは、ラミネート融着部20が設けられている4つの面、つまり端子4が設けられている一対の端面、およびこの一対の端面に対して垂直方向に伸びる一対の側面の計4つの面を覆うように設けられている。なお、カーボンシート6Bは、2つの端子4の少なくとも一部が外部に露出するように設けられている。
(電池の部材)
ここで、第1および第2実施形態に係るラミネート型電池を構成する、電極体(電池要素)、端子、ラミネートフィルム、および脱酸素材料含有層について説明する。
ここで、第1および第2実施形態に係るラミネート型電池を構成する、電極体(電池要素)、端子、ラミネートフィルム、および脱酸素材料含有層について説明する。
(1)電極体
電極体は、電池の発電要素として機能する。電極体の形状は特に限定されないが、例えば、図1および図3に示すように直方体の形状が挙げられる。電極体は、通常、正極集電体、正極活物質層、電解質層、負極活物質層および負極集電体を、厚さ方向において、この順に有する。
電極体は、電池の発電要素として機能する。電極体の形状は特に限定されないが、例えば、図1および図3に示すように直方体の形状が挙げられる。電極体は、通常、正極集電体、正極活物質層、電解質層、負極活物質層および負極集電体を、厚さ方向において、この順に有する。
正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含有する。正極活物質層は、導電材、電解質およびバインダーの少なくとも一つをさらに含有していてもよい。正極活物質としては、例えば、酸化物活物質が挙げられる。酸化物活物質としては、例えば、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等の岩塩層状型活物質、LiMn2O4等のスピネル型活物質、LiFePO4等のオリビン型活物質が挙げられる。また、正極活物質として硫黄(S)を用いてもよい。正極活物質の形状は、例えば粒子状である。
導電材としては、例えば、炭素材料が挙げられる。電解質は、固体電解質であってもよく、液体電解質であってもよい。固体電解質は、ゲル電解質等の有機固体電解質であってもよく、酸化物固体電解質、硫化物固体電解質等の無機固体電解質であってもよい。また、液体電解質(電解液)は、例えば、LiPF6等の支持塩と、カーボネート系溶媒等の溶媒とを含有する。また、バインダーとしては、例えば、ゴム系バインダー、フッ化物系バインダーが挙げられる。
負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含有する。負極活物質層は、導電材、電解質およびバインダーの少なくとも一つをさらに含有していてもよい。負極活物質としては、例えば、Li、Si等の金属活物質、グラファイト等のカーボン活物質、Li4Ti5O12等の酸化物活物質が挙げられる。負極活物質の形状は、例えば、粒子状、箔状である。導電材、電解質およびバインダーについては、上述した内容と同様である。
電解質層は、正極活物質層および負極活物質層の間に配置され、少なくとも電解質を含有する。電解質は、固体電解質であってもよく、液体電解質であってもよい。電解質については、上述した内容と同様である。電解質層は、セパレータを有していてもよい。
正極集電体は、正極活物質層の集電を行う。正極集電体の材料としては、例えば、アルミニウム、SUS、ニッケル等の金属が挙げられる。正極集電体の形状としては、例えば箔状、メッシュ状が挙げられる。正極集電体は、正極集電端子と接続するための正極タブを有していてもよい。
負極集電体は、負極活物質層の集電を行う。負極集電体の材料としては、例えば、銅、SUS、ニッケル等の金属が挙げられる。負極集電体の形状としては、例えば箔状、メッシュ状が挙げられる。負極集電体は、負極集電端子と接続するための負極タブを有していてもよい。
(2)端子
端子は、例えば電極体の端面に配置される。本開示におけるラミネート型電池は、1つの電極体に対して、1つの端子を備えていてもよく、2つ以上の端子を備えていてもよい。後者の場合、例えば図1および図3に示すように、電極体に対して一対の端子4が、対向するように配置されていてもよい。端子は、集電端子であることが好ましい。集電端子とは、少なくとも一部に集電部を有する端子をいう。集電部は、例えば、電極体におけるタブと電気的に接続されている。集電端子は、全体が集電部であってもよく、一部が集電部であってもよい。
端子は、例えば電極体の端面に配置される。本開示におけるラミネート型電池は、1つの電極体に対して、1つの端子を備えていてもよく、2つ以上の端子を備えていてもよい。後者の場合、例えば図1および図3に示すように、電極体に対して一対の端子4が、対向するように配置されていてもよい。端子は、集電端子であることが好ましい。集電端子とは、少なくとも一部に集電部を有する端子をいう。集電部は、例えば、電極体におけるタブと電気的に接続されている。集電端子は、全体が集電部であってもよく、一部が集電部であってもよい。
(3)ラミネートフィルム
ラミネートフィルムとしては、例えば金属層を有するフィルムが挙げられ、さらに金属層の両面にそれぞれ樹脂層を有する三層構造のフィルムが挙げられる。なお、三層構造のフィルムにおいて、電極体側となる内側の樹脂層(つまりラミネート融着部を形成する樹脂層)を融着樹脂層とし、電極体側とは反対側の外周面側となる樹脂層を外周側樹脂層とする。
ラミネートフィルムとしては、例えば金属層を有するフィルムが挙げられ、さらに金属層の両面にそれぞれ樹脂層を有する三層構造のフィルムが挙げられる。なお、三層構造のフィルムにおいて、電極体側となる内側の樹脂層(つまりラミネート融着部を形成する樹脂層)を融着樹脂層とし、電極体側とは反対側の外周面側となる樹脂層を外周側樹脂層とする。
融着樹脂層の材料としては、例えば、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)等のオレフィン系樹脂が挙げられる。金属層の材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼が挙げられる。外周側樹脂層の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ナイロンが挙げられる。融着樹脂層の厚さは、例えば40μm以上100μm以下である。金属層の厚さは、例えば30μm以上60μm以下である。外周側樹脂層の厚さは、例えば20μm以上60μm以下である。ラミネートフィルム全体の厚さは、例えば70μm以上、220μm以下である。
(4)脱酸素材料含有層
脱酸素材料含有層における脱酸素材料とは、熱によって酸素(O2)を低減する性質を有する材料を指し、例えば酸化反応によって酸素を消費する材料が挙げられる。
脱酸素材料含有層における脱酸素材料とは、熱によって酸素(O2)を低減する性質を有する材料を指し、例えば酸化反応によって酸素を消費する材料が挙げられる。
脱酸素材料含有層に含まれる脱酸素材料としては、例えばカーボンおよび活性炭が挙げられる。脱酸素材料含有層がカーボン及び活性炭の少なくとも一方を含むことが好ましく、カーボンを含むことがより好ましい。カーボンを含む脱酸素材料含有層としては、カーボンシートが挙げられる。
(ラミネート型電池)
本開示におけるラミネート型電池は、典型的にはニ次電池である。電池の用途としては、例えば、ハイブリッド車(HEV)、プラグインハイブリッド車(PHEV)、電気自動車(BEV)、ガソリン自動車、ディーゼル自動車等の車両の電源が挙げられる。また、電池は、車両以外の移動体(例えば、鉄道、船舶、航空機)の電源として用いられてもよく、情報処理装置等の電気製品の電源として用いられてもよい。
本開示におけるラミネート型電池は、典型的にはニ次電池である。電池の用途としては、例えば、ハイブリッド車(HEV)、プラグインハイブリッド車(PHEV)、電気自動車(BEV)、ガソリン自動車、ディーゼル自動車等の車両の電源が挙げられる。また、電池は、車両以外の移動体(例えば、鉄道、船舶、航空機)の電源として用いられてもよく、情報処理装置等の電気製品の電源として用いられてもよい。
以下に実施例を示して本開示をさらに具体的に説明する。
<実施例>
-電池構成-
図1に示す、ラミネートフィルムの外周面全面がカーボンシートで覆われたラミネート型電池(ラミネートセル)を準備した。
・正極:NCM(ニッケルコバルトマンガン酸化物)/固体電解質/結着剤SBR(スチレンブタジエンゴム)
・正極集電箔:Al、t=15μm
・負極:LTO(チタン酸リチウム)/固体電解質/結着剤SBR
・負極集電箔:Al、t=15μm
・セパレータ:S系固体電解質
・評価セル:ラミネートセル(ラミネートフィルム厚み:150μm)
・カーボンシート:厚み0.2mm
-電池構成-
図1に示す、ラミネートフィルムの外周面全面がカーボンシートで覆われたラミネート型電池(ラミネートセル)を準備した。
・正極:NCM(ニッケルコバルトマンガン酸化物)/固体電解質/結着剤SBR(スチレンブタジエンゴム)
・正極集電箔:Al、t=15μm
・負極:LTO(チタン酸リチウム)/固体電解質/結着剤SBR
・負極集電箔:Al、t=15μm
・セパレータ:S系固体電解質
・評価セル:ラミネートセル(ラミネートフィルム厚み:150μm)
・カーボンシート:厚み0.2mm
<比較例>
ラミネートフィルムを覆うカーボンシートを設けなかったこと以外、実施例と同様にしてラミネート型電池を準備した。
ラミネートフィルムを覆うカーボンシートを設けなかったこと以外、実施例と同様にしてラミネート型電池を準備した。
〔過充電試験〕
図4に示すように、実施例で準備したラミネートセル100(カーボンシート6Aで覆われたラミネートセル)に対し、上下から断熱材12で挟み込み、さらにその上下から拘束板14で挟み込んで拘束した、試験装置を準備した。
また、比較例で準備したラミネートセル100についても同様に、図5に示すように、上下から断熱材12で挟み込み、さらにその上下から拘束板14で挟み込んで拘束した、試験装置を準備した。
図4に示すように、実施例で準備したラミネートセル100(カーボンシート6Aで覆われたラミネートセル)に対し、上下から断熱材12で挟み込み、さらにその上下から拘束板14で挟み込んで拘束した、試験装置を準備した。
また、比較例で準備したラミネートセル100についても同様に、図5に示すように、上下から断熱材12で挟み込み、さらにその上下から拘束板14で挟み込んで拘束した、試験装置を準備した。
常温常圧環境で、各ラミネートセル(単セル)に対し5Cレートにて、発火の事象が発生するまで過充電を行った。こうして、通常使用では発生し得ない過酷条件での試験を実施した。事象が発生した後、鎮火するまでの時間を、実施例および比較例の試験装置において測定した。
結果を表1に示す。
結果を表1に示す。
過充電試験の結果から、カーボンシートで覆われた実施例のラミネートセルでは、電極体の温度が上昇した場合であっても燃焼を抑制できることが分かった。
2 ラミネートフィルム(ラミネート外装体)
4 端子
6A、6B カーボンシート(脱酸素材料含有層)
10A、10B ラミネート型電池
12 断熱材
14 拘束板
20 ラミネート融着部
100 ラミネートセル
4 端子
6A、6B カーボンシート(脱酸素材料含有層)
10A、10B ラミネート型電池
12 断熱材
14 拘束板
20 ラミネート融着部
100 ラミネートセル
Claims (5)
- 電池要素と、
前記電池要素を覆って封入するラミネート外装体と、
前記ラミネート外装体の少なくとも一部を覆うように設けられた脱酸素材料含有層と、
を有するラミネート型電池。 - 前記ラミネート外装体は、内面同士が融着したラミネート融着部を有し、
前記脱酸素材料含有層は、前記ラミネート融着部を少なくとも覆うように設けられた、請求項1に記載のラミネート型電池。 - 前記脱酸素材料含有層が、前記ラミネート外装体の外周面全面を覆うように設けられた、請求項2に記載のラミネート型電池。
- 前記脱酸素材料含有層に含まれる脱酸素材料がカーボンである、請求項1に記載のラミネート型電池。
- 前記脱酸素材料含有層がカーボンシートであり、前記カーボンシートにより前記ラミネート外装体の外周面全面が覆われた、請求項1に記載のラミネート型電池。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022169509A JP2024061518A (ja) | 2022-10-21 | 2022-10-21 | ラミネート型電池 |
CN202223552002.0U CN219476825U (zh) | 2022-10-21 | 2022-12-29 | 层叠型电池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022169509A JP2024061518A (ja) | 2022-10-21 | 2022-10-21 | ラミネート型電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2024061518A true JP2024061518A (ja) | 2024-05-07 |
Family
ID=87459347
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022169509A Pending JP2024061518A (ja) | 2022-10-21 | 2022-10-21 | ラミネート型電池 |
Country Status (2)
Country | Link |
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JP (1) | JP2024061518A (ja) |
CN (1) | CN219476825U (ja) |
-
2022
- 2022-10-21 JP JP2022169509A patent/JP2024061518A/ja active Pending
- 2022-12-29 CN CN202223552002.0U patent/CN219476825U/zh active Active
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Publication number | Publication date |
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CN219476825U (zh) | 2023-08-04 |
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