KR101308260B1 - 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 캔과 그에 수용되는 전극 조립체 간의 마찰력을 크게 하여 전극 조립체가 캔의 내부에서 쉽게 유동하지 못하도록 구성되는 이차전지에 관한 것으로, 이와 같은 이차전지는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 수용되는 캔을 포함하는 이차전지에 있어서, 상기 캔의 내면과 상기 전극 조립체의 최 외곽에 위치한 면 중에서 어느 한쪽의 면이나 두면 모두에는 접촉되는 두면 간의 마찰력을 증대시키기 위한 논슬립부가 형성되는 구성이며, 이러한 구성에 의해 이차전지의 캔 내부에서 전극 조립체의 유동이 억제됨에 따라, 캡 플레이트에 부착된 전극단자 및 캔을 전극 조립체와 전기적으로 연결하는 전극탭이 이차전지의 사용 과정에서 전극 조립체의 유동으로 인해 캔, 전극단자, 전극 조립체에 대한 접속 상태가 불량해지는 현상이 방지되고, 이는 이차전지의 구조적인 안정성 향상 및 그에 따른 사용자의 제품에 대한 신뢰성이 향상되는 효과로 이어진다.
이차전지, 캔, 전극 조립체, 논슬립부, 유동

Description

이차전지{Secondary battery}
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 특히 캔과 그에 수용되는 전극 조립체 간의 마찰력을 크게 하여 전극 조립체가 캔의 내부에서 쉽게 유동하지 못하도록 구성되는 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것이며, 대표적인 것으로 니켈 수소 전지와 리튬 전지 및 리튬 이온 전지가 사용되고 있고, 외관상으로는 원통형과 각형으로 크게 구분될 수 있다.
이와 같은 이차전지는 휴대폰, 노트북 컴퓨터, PDA에 사용되는 핵심부품으로서 휴대용 전자기기의 고성능화 및 특성화, 보급 확대 등에 힘입어 소형 이차전지 시장이 발전하고 있는 추세이다. 그리고, 이와 같은 이차전지의 기술적인 변천과정을 살펴보면, 니켈-카드뮴 전지에서 니켈-수조 전지와 리튬이온 전지로 대체되기 사작하였고, 최근에는 리튬 이온 전지에 전해질만 폴리머로 바꾼 리튬폴리머 전지도 사용되고 있다.
이러한 이차전지의 구성을 각형 이차전지를 예로 하여 간략하게 설명하면, 각형 이차전지는 상부가 개방된 대략 직육면체 형태의 각형 캔과, 양극판과 음극판 이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층되는 구조로 이루어져 통상 젤리롤 형태를 이루면서 상기 각형 캔의 내부에 삽입되는 전극 조립체와, 상기 각형 캔의 내부에 채워져 리튬 이온의 이동이 가능하도록 하는 전해액과, 상기 전극 조립체 및 전해액 상부의 각형 캔을 막는 캡 플레이트를 포함하여 이루어진다.
그러나, 상기와 같은 종래의 이차전지는 캔의 내면 및 캔에 수용된 전극 조립체가 각각 매끈한 면을 이루는 상태에서 서로 접촉되는 것이므로, 이차전지의 사용 과정에서 전극 조립체가 캔의 내부에서 유동하는 현상이 발생한다. 특히, 원통형 이차전지의 경우 전동공구에 널리 활용되는 것이어서, 전동공구의 작동시 발생하는 진동에 의해 원통형 이차전지가 함께 진동하고 이에 따라 원통형 캔의 내측에서 전극 조립체가 유동할 우려가 크다. 더욱이 원통형 이차전지는 캔과 그에 수용되는 전극 조립체가 원통형 구조이므로, 캔의 내측에서 전극 조립체가 회전 등의 유동을 할 가능성이 각형에 비해 크고, 여기에 전동공구의 유동에 따른 이차전지의 전체적인 유동까지 더해져 전극 조립체의 유동 현상이 보다 심하게 나타난다.
이와 같은 전극 조립체의 유동 현상에 의해, 전극 조립체의 양극, 음극을 캡 플레이트와 전극단자에 각각 전기적으로 연결하는 전극 탭이 함께 유동하게 되고, 이에 따라 전극 탭의 캡 플레이트, 전극단자, 전극 조립체에 대한 접촉이 불량해질 우려가 크다. 이는 이차전지의 기능 저하나 고장 내지는 단락에 의한 안전사고의 위험 초래 등 많은 문제를 유발하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 캔의 내면과 상기 캔에 수용되어 캔의 내면과 접촉되는 전극 조립체 간의 마찰력을 크게 함으로써, 캔에 수용된 전극 조립체가 캔의 내부에서 유동이 억제될 수 있도록 하는 이차전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 수용되는 캔을 포함하는 이차전지에 있어서, 상기 캔의 내면과 상기 전극 조립체의 최외곽에면은 서로 대향하고, 상기 캔의 내면과 상기 전극 조립체의 최외각면 중에 적어도 어느 하나의 면에는 마찰력을 증대시키기 위한 논슬립부가 형성되는 이차전지를 제공한다.
여기서, 상기 논슬립부는 표면에 요철이 형성된 코팅층으로 이루어질 수 있으며, 상기 코팅층은 점성을 갖는 물질을 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 논슬립부는 캔의 내면 전체에 걸쳐서 형성되거나, 캔의 내면 중 바닥면부터 전극 조립체의 높이에 상응하는 부분까지 형성될 수 있으며, 여기서 캔의 내면에 형성되는 논슬립부는 산을 이용하여 상기 캔의 내면을 부식시키는 가공에 의해 캔 내면이 불규칙한 요철을 갖도록 가공하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체의 최 외곽 면은 세퍼레이터로 이루어지고 상기 세퍼레이터의 표면에 상기 논슬립부가 형성될 수 있다.
상기와 같은 구성에 의해서, 본 발명에 따른 이차전지는 그 사용 과정에서 캔의 내부에 수용되는 전극 조립체가 논슬립부의 마찰력에 의해 캔의 내부에서 쉽게 유동하지 않게 된다. 그 결과 캡 플레이트와 그에 결합된 전극단자를 전극 조립체의 양,음극판과 전기적으로 연결하는 전극탭이 이차전지의 사용 과정에서 캔, 전극단자, 전극 조립체에 대해 안정되게 접촉된 상태를 유지할 수 있고, 그 밖에도 이차전지는 전극 조립체의 유동 억제에 의해 구조적으로 보다 안정된다.
특히, 전동공구에 널리 활용되는 원통형 이차전지의 경우, 전동공구의 작동시 발생하는 진동으로 인해 이차전지가 진동을 하게 되고, 이에 더하여 캔과 그에 수용되는 전극 조립체가 원통형 구조임에 따라 각형 이차전지에 비해 전극 조립체의 회전 등 유동이 발생할 가능성이 큰데, 이와 같은 원통형 이차전지에 본 발명에 따른 논슬립부를 적용하면 보다 큰 효과를 얻을 수 있다.
상기한 실시예들을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지에 의해서, 캔의 내부에 수용된 전극 조립체가 캔 내면과의 큰 마찰력에 의해 유동이 억제된다.
그리고, 이와 같이 캔 내부에서 전극 조립체의 유동이 억제됨에 따라, 캡 플레이트에 부착된 전극단자 및 캔을 전극 조립체와 전기적으로 연결하는 전극탭(양?음극탭)들이 이차전지의 사용 과정에서 전극 조립체의 유동으로 인해 캔, 전극단자, 전극 조립체에 대한 접속 상태가 불량해지는 현상이 방지되며, 이는 이차전지의 구조적인 안정성 향상 및 그에 따른 사용자의 제품에 대한 신뢰성이 향상된다.
이하, 본 발명에 따른 이차전지의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 베어 셀과 그 캔에 형성된 논슬립부를 보인 분해사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지의 베어 셀은 대략 젤리롤 형태의 전극 조립체(10)와, 전극 조립체(10) 및 전해액(도시되지 않음)이 함께 수납되는 대략 각형의 캔(20)과, 각형 캔(20)의 상부를 막는 캡 플레이트(30)를 포함한다.
그리고, 서로 대향하는 각형 캔(20)의 내면 및 전극 조립체(10)의 최외곽면 중 적어도 어느 하나의 면에는 논슬립부(40)가 형성된다. 이와 같은 논슬립부(40)는 각형 캔(20)의 내면과 전극 조립체(10)의 최외곽면 간의 마찰력을 증대시키는 기능을 하며, 이에 따라 전극 조립체(10)는 각형 캔(20)에 수용된 상태에서 논슬립부(40)의 마찰력에 의해 그 유동이 억제된다.
상기 논슬립부(40)는 본 실시예와 같이 각형 캔(20)의 내면에 불규칙한 표면을 이루면서 소정 두께로 도포되는 코팅층의 구성일 수 있으며, 코팅층은 불규칙한 요철로 이루어질 수 있다.
여기서 코팅층을 형성하는 물질은 점성을 가져 보다 큰 마찰력을 발휘할 수 있도록 함이 바람직하고, 이때 점성의 코팅재료는 캔에 채워지는 전해액에 의해 캔의 내면에서 분리된다거나, 또는 전지의 열에 의해 용융되지 않는 성질로 이루어져 야 함은 물론이다.
또한, 논슬립부의 다른 형태로써, 각형 캔(20)의 내면이 불규칙한 표면을 이루도록 가공되는 형태일 수 있다. 즉, 도 2와 3을 참조하면, 도 2는 도 1에 따른 각형 캔(20)에서 논슬립부(45)의 다른 실시예를 보인 사시도이고, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도로써, 도시된 바와 같이 각형 캔(20)의 내면 자체에 불규칙한 표면 상태의 논슬립부(45)를 형성한다. 여기서, 각형 캔(20)의 내면에 논슬립부(45)를 형성하는 작업은 산에 의해 금속의 표면을 부식시키는 가공 공정을 통해 구현될 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 단조 가공 및 그 밖의 여러 가공 방법이 사용될 수 있다.
또한, 상기의 실시예에서는 각형 캔의 내면에 논슬립부가 형성되는 구성을 예로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 각형 캔 외에도 원통형 캔 등 다양한 형태의 캔에 공통적인 적용이 가능함은 물론이다. 도 4는 원통형 캔(120)의 내면에 논슬립부(130)로 코팅층이 형성되는 구성을 예시한 것으로서, 이와 같은 원통형 캔을 구비하는 원통형 이차전지는 전동공구에 널리 사용되므로, 원통형의 캔 내부에 본 발명에 따른 논슬립부를 적용함으로써, 원통형의 캔 내부에서 원통형의 전극 조립체가 회전하거나 기타 유동하는 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
그리고, 도 5와 도 6은 본 발명에 따른 이차전지 베어 셀의 캔에 형성된 논슬립부의 서로 다른 예를 도시한 것으로써, 도 5에 도시된 바와 같이, 캔(200)의 내면 전체에 걸쳐 논슬립부(210)가 형성되도록 구성할 수 있다. 여기서, 캔(200)은 각형이나 원통형 등 모든 종류의 캔을 포함하는 것이라 보면 된다. 이와 같은 구성 에 의해, 전극 조립체가 캔의 내부에서 유동하는 현상이 억제됨은 물론이며, 캔(200)의 개방된 일측에 결합되는 캡 플레이트(230) 역시도 그 측면부를 캔(200) 내면의 논슬립부(210)와 접촉함에 따라, 회전 억제에 의하여 캔(200)에 보다 견고하게 결합된 상태를 유지할 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 캔(200)의 내면 중 바닥면부터 전극 조립체(300)와 동일 높이인 곳까지 논슬립부(220)가 형성되도록 구성할 수 있다. 여기서, 캔(200)은 도 5의 실시예에서 설명한 것과 마찬가지로 각형이나 원통형 등 모든 종류의 캔을 포함하는 것이라 보면 된다. 이와 같은 구성은 캔(200)의 내면에 형성되는 논슬립부(220)의 면적이 도 5의 실시예에 비해 축소되는 것이므로, 캔(200)에 논슬립부(220)를 형성하는 작업이 도 5의 실시예에 비해서는 용이하게 이루어질 수 있고, 논슬립부(220)가 코팅층의 구성인 경우 코팅 재료를 절약할 수 있어 비용 측면에서는 장점을 가진다.
그리고, 도 7은 본 발명에 따른 이차전지에서 논슬립부의 다른 실시예를 보인 도면으로써, 도시된 바와 같이 전극 조립체(300)의 최 외곽에 위치하는 면에 논슬립부(320)가 형성되며, 이와 같은 논슬립부(320)는 전극 조립체의 최 외곽에 위치한 면의 전체에 걸쳐서 형성된다.
여기서, 도 7에 상세히 도시하진 않았지만 전극 조립체(300)는 양극판과 음극판 및 상기 양극판과 음극판의 사이에 결합되는 세퍼레이터(310)를 포함해 일방향으로 권취된 젤리 롤 형태로 이루어진다. 그리고, 이와 같은 전극 조립체(300)의 최 외곽에는 세퍼레이터(310)가 위치하고, 이와 같이 전극 조립체의 최 외곽에 위 치하는 세퍼레이터(310)의 표면에 논슬립부(320)가 형성되는 구성이 바람직하다. 그리고, 이와 같이 세퍼레이터(310)의 표면에 형성되는 논슬립부(320)는 앞선 캔의 실시예에서 설명하고 있는 코팅층의 구성이 바람직하다.
또한, 전극 조립체가 그 양극판과 음극판의 사이에 개재되는 세퍼레이터 외에 다른 하나의 세퍼레이터를 더 구비하고, 이와 같이 더 구비되는 세퍼레이터가 전극 조립체의 최 외곽에 위치하면서 그 표면에 논슬립부가 형성되는 형태여도 무방하다.
그리고, 상술한 실시예들은 논슬립부가 캔의 내면이나 전극 조립체의 최외곽 면 중 어느 한쪽에만 형성되는 것을 예로 하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서는 캔의 내면과 전극 조립체의 최 외곽에 위치한 면 모두에 논슬립부가 형성되도록 구성할 수 있다. 또한, 캔의 내면과 전극 조립체의 최 외곽 면에 형성되는 논슬립부를 모두 코팅층의 형태로 구성하거나, 또는 캔의 내면에 형성되는 논슬립부는 산에 의해 금속의 표면을 부식시키는 가공에 의해 이루어지고, 전극 조립체의 최 외곽 면에 형성되는 논슬립부는 코팅층의 구성을 이루도록 하는 등 여러 형태로 변형 실시될 수 있음은 물론이다.
상기한 실시 예들의 구성에 의해서, 캔의 내면과 전극 조립체의 최 외곽에 위치한 면과의 사이에 논슬립부에 의한 큰 마찰력이 작용하게 되고, 이에 따라 캔의 내부에서 전극 조립체가 유동하는 현상이 억제된다. 여기서, 본 발명에 따른 논슬립부가 적용되는 이차전지의 경우, 캔의 내면과 전극 조립체의 최 외곽 면이 항상 접촉된 상태의 것이거나, 또는 전극 조립체가 그 충방전의 어느 한 상태에서 팽 창하여 캔의 내면에 소정 시간 접촉되는 형태 등 캔의 내면과 전극 조립체 간에 직접적인 접촉이 발생하는 모든 종류의 이차전지에 공통적으로 적용할 수 있음은 물론이다.
한편, 상기의 실시예와 같이 베어 셀의 캔과 전극 조립체 사이에 논슬립부가 형성되는 이차전지의 전체적인 구성을 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하며, 후술되는 이차전지의 구성은 하나의 실시예에 불과한 것이고, 본 발명의 캔과 전극 조립체의 사이에 논슬립부를 형성하는 구성은 캔과 전극 조립체를 구비하는 다른 모든 형태의 이차전지에 공통적으로 적용될 수 있음은 물론이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지(1)는 베어 셀과, 상기 베어 셀의 대략 상부에 안착된 보호회로(50)를 포함한다.
베어 셀의 전극 조립체(10)는 제1극판(11), 세퍼레이터(12) 및 제2극판(13)이 적층된 채 대략 젤리롤 형태로 다수회 권취되어 있으며, 제1극판(11)에는 제1탭(14)이, 제2극판(13)에는 제2탭(15)이 접속된 채 상부로 일정 길이 연장되어 있다. 또한, 세퍼레이터(12)는 제1극판(11) 및 제2극판(13)의 높이보다 더 크게 형성되어, 실질적으로 제1극판(11) 및 제2극판(13)이 상호 접촉되지 않도록 되어 있다. 더불어, 비록 도면에서는 도시되어 있지 않으나, 전극 조립체의 최외곽은 절연 테이프 등으로 마감될 수 있다. 물론, 전극 조립체는 캔이 갖는 높이보다 약간 작게 되어 하기할 각종 구조물이 캔의 대략 상부 영역에 안착될 수 있도록 되어 있다.
여기서, 제1극판(11)은 예를 들면, 알루미늄 포일을 중심으로 그 양면 또는 일면에 활물질로 리튬 금속산화물이 부착되어 있고, 제2극판(13)은 구리 포일을 중 심으로 그 양면 또는 일면에 활물질로 흑연 등 탄소재가 부착되어 있다. 이러한 구성에 의해 본 발명은 제1극판(11)이 양극, 제2극판(13)이 음극이 된다.
물론, 본 발명은 상기와 반대의 구성으로 형성될 수 있다. 즉, 제1극판은 구리 포일을 중심으로 그 양면 또는 일면에 활물질로 탄소재가 부착되어 있고, 제2극판은 알루미늄 포일을 중심으로 그 양면 또는 일면에 활물질로 리튬 금속산화물이 부착될 수 있다. 이러한 구성에 의해 본 발명은 제1극판이 음극, 제2극판이 양극일 수 있다. 더불어, 상기 전극 조립체는 최외곽에 위치된 제1극판 및 제2극판중 방열 성능을 높이기 위해 포일의 표면에 리튬 산화물이나 탄소재가 부착되지 않을 수도 있다.
보호회로(50)는 회로기판(51)과, 그 표면에 형성된 다수의 단자(52a,52b) 및 반도체 소자(도시되지 않음)로 이루어져 있다. 더불어, 베어 셀과 보호회로(50)는 다수의 리드 플레이트(61,62,63)로 상호 연결되어 있다.
또한, 베어 셀중 캔(20)의 상부를 막는 캡 플레이트(30)에는 일측에 전해액을 주입하는 제1홀(31) 및 이를 막는 마개(34)가 형성될 수 있고, 또한 상기 캡 플레이트(30)의 대략 중앙에는 절연 가스켓(35)이 개재되어 전극 단자(36)가 결합될 수 있다. 더불어, 상기 캡 플레이트(30)의 타측에는 상대적으로 얇은 두께를 가져 과충전에 의한 내압 상승시 파열되는 안전 벤트(33)가 형성될 수 있다. 여기서, 상기 캔(20) 및 캡 플레이트(30)가 양극이라면, 상기 전극 단자(36)는 음극이며, 그 반대 극성도 가능하다. 그리고, 전극단자의 하단에는 절연 플레이트 및 단자 플레이트가 결합되어, 전극단자의 회전이 방지되도록 되어 있다. 더불어 이러한 캡 플 레이트(30)의 구성은 본 발명을 실시하기 위한 일례일 뿐이며 이러한 구성으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 캡 플레이트(30)의 상부에는 통공(71a)이 형성된 절연지(71)가 개재되고, 그 절연지(71)와 보호 회로(50) 사이에는 제3리드 플레이트(63)가 위치되어 있다. 이러한 제3리드 플레이트(63)는 일단이 상기 절연지(71)의 통공(71a)을 통하여 전극 단자(36)에 연결되고, 타단이 보호 회로(50)에 형성된 단자(52b)에 연결된다. 여기서, 상기 절연지(71)는 상기 제3리드 플레이트(63)와 캡 플레이트(30) 사이의 쇼트를 방지하는 역할을 한다. 더욱이, 상기 보호 회로(50)와 제3리드 플레이트(63) 사이에도 상기 보호 회로(50)의 각종 반도체 소자와 상기 제3리드 플레이트(63) 사이의 쇼트를 방지하기 위해 절연지가 더 개시될 수 있으나, 도면에는 도시되어 있지 않다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 베어 셀과 그 캔에 형성된 논슬립부를 보인 분해사시도
도 2는 도 1의 실시예에 따른 이차전지 베어 셀에서 캔에 형성된 논슬립부의 다른 실시예를 보인 사시도
도 3은 도 2의 A-A선 단면도
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지 베어 셀의 캔과 그에 형성된 논슬립부를 보인 사시도
도 5는 본 발명에 따른 이차전지 베어 셀의 캔에 형성된 논슬립부의 일 실시예를 개략적으로 보인 단면도
도 6은 본 발명에 따른 이차전지 베어 셀의 캔에 형성된 논슬립부의 다른 실시예를 개략적으로 보인 단면도
도 7은 본 발명에 따른 이차전지 베어 셀의 전극 조립체에 형성된 논슬립부의 일 실시예를 보인 사시도
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 외형을 보인 사시도
도 9는 도 8의 실시예에 따른 이차전지의 분해사시도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 이차전지 10 : 전극 조립체
11 : 제1극판 12 : 세퍼레이터
13 : 제2극판 14 : 제1탭
15 : 제2탭 20 : 각형 캔
30 : 캡 플레이트 31 : 제1홀
33 : 안전벤트 34 : 마개
35 : 절연가스켓 36 : 전극단자
40,45 : 논슬립부 50 : 보호회로
51 : 회로기판 52a,52b : 단자
61,62,63 : 리드 플레이트 71 : 절연지
71a : 통공 80 : 절연플레이트
85 : 단자플레이트

Claims (7)

  1. 전극 조립체, 및
    상기 전극 조립체가 수용되는 캔
    을 포함하고,
    상기 캔의 내면과 상기 전극 조립체의 최외곽면은 서로 대향하고, 상기 캔의 내면과 상기 전극 조립체의 최외각면 중에 적어도 어느 하나의 면에는 마찰력을 증대시키기 위한 논슬립부가 형성되고,
    상기 논슬립부는 표면에 불규칙하게 형성된 다수의 요철을 포함하는 코팅층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅층은 점성을 갖는 물질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 논슬립부는 상기 캔의 내면 전체에 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 논슬립부는 상기 캔의 내면 중 바닥면부터 상기 전극 조립체의 높이에 상응하는 부분까지 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 논슬립부는 상기 캔의 내면이 산에 의해 부식되어 요철이 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 최외곽면은 세퍼레이터로 이루어지고, 상기 세퍼레이터의 표면에 논슬립부가 더 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
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