KR101804048B1 - 이차전지 팩 및 이를 포함하는 차량 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차전지 팩 및 이를 포함하는 차량에 관한 것이다. 구체적으로는 하나 이상의 전지 셀 및 상기 전지 셀의 적어도 일부를 감싸며 상기 전지 셀과 전기적으로 절연된 하나 이상의 구조물을 포함하며, 상기 구조물의 적어도 일부분은 상기 전지 셀의 양극 집전체를 구성하는 적어도 하나의 물질의 저항률에 대해 3 배 이하의 저항률을 갖는 물질을 포함하는 이차전지 팩을 제공한다.
본 발명에 따른 이차전지 팩은 전지 셀을 감싸는 구조물로 양극 집전체와 동등한 수준의 저항률을 갖는 물질을 사용하기 때문에, 이차전지 팩이 충돌 파괴하여 상기 구조물과 양극 집전체가 접촉하는 경우, 상기 구조물이 양극 집전체 대신 전류가 흐를 수 있는 전도성 패스(path)의 역할을 수행하므로 양극 집전체와 음극 활물질의 접촉으로 인한 발화를 방지할 수 있다. 나아가, 상기 이차전지 팩을 차량에 적용함으로써 높은 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

이차전지 팩 및 이를 포함하는 차량{SECONDARY BATTERY PACK AND VEHICLE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 이차전지 팩 및 이를 포함하는 차량에 관한 것이다.
다양한 제품에 대한 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다.
이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생하지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
상기 전기 차량 등에 적용되는 배터리 팩은 통상적으로 복수 개의 단위 셀(cell)로 구성된 어셈블리를 포함하는 구조를 가진다.
이와 같은 이차전지에 대하여 최근 부각되고 있는 가장 중요한 문제 중 하나가 안전성 확보이다. 이차전지의 안전성이 확보되지 않는다면, 이차전지의 손상은 물론이고, 감전이나 화재, 폭발과 같은 사고로 이어질 수 있어, 인명 및 재산 피해를 초래할 수 있다.
이차전지의 안정성이 위협되는 경우로는 첨예한 침상의 물질에 의해 관통되거나 또는 이차전지의 관통 시험 등의 안전성 시험 중 폭발하는 상황을 들 수 있다.
종래 충돌 파괴에 대한 발화를 방지하기 위하여, 제1 전극판과 제2 전극판 및 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 권취하여 형성되는 전극조립체, 및 상기 전극조립체를 수납하는 캔을 포함하며, 상기 세퍼레이터는 세라믹을 포함하는 물질로 형성되고, 상기 제1 전극판의 극성은 상기 캔과 반대로 형성되며, 상기 제1 전극판의 최외각 부분은 상기 제2 전극판의 최외각 부분보다 외각에 배치된 리튬 이차전지가 제안되었다.
하지만, 상기와 같은 구조의 이차전지는 크기가 커지고 에너지 밀도가 높아짐에 따라 새로운 접근 방법이 요구되고 있으며, 상기와 같은 방법으로도 근본적인 안전성 확보가 어렵다는 문제가 있다.
이에, 이차전지가 충돌 파괴되는 경우 폭발할 수 있는 위험성을 근본적으로 차단하여, 안전성을 향상시킨 이차전지의 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-0876268호
본 발명의 해결하고자 하는 제1 기술적 과제는 폭발 등의 위험으로부터 안전성이 향상된 이차전지 팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 제2 기술적 과제는, 상기 이차전지 팩을 전원으로 포함하는 차량을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는
하나 이상의 전지 셀 및 상기 전지 셀의 적어도 일부를 감싸며 상기 전지 셀과 전기적으로 절연된 하나 이상의 구조물을 포함하며, 상기 구조물의 적어도 일부분은 상기 전지 셀의 양극 집전체를 구성하는 적어도 하나의 물질의 저항률에 대해 3 배 이하의 저항률을 갖는 물질을 포함하는 이차전지 팩을 제공한다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는
하우징과, 상기 하우징 내부를 공간적으로 분리하는 적어도 하나 이상의 격벽과, 상기 하우징 내부 공간의 격벽과 격벽 사이에 수용된 하나 이상의 전극 셀과, 상기 하우징 내부에 수용되는 전해액을 포함하고,
상기 전극 셀은 양극 집전체 상에 코팅된 양극 활물질을 포함하는 양극과, 음극 집전체 상에 코팅된 음극 활물질을 포함하는 음극과, 상기 양극과 음극 사이에 위치하여 양극과 음극을 전기적으로 분리하기 위한 분리막을 포함하며,
상기 하우징 및 격벽 중 하나 이상의 적어도 일부분은 상기 양극 집전체 구성 물질의 저항률의 3 배 이하의 저항률을 가지는 물질로 이루어진 이차전지 팩을 제공한다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는
하우징과, 상기 하우징 내부를 공간적으로 분리하는 적어도 하나 이상의 격벽과, 상기 하우징 내부 공간의 격벽과 격벽 사이에 수용된 하나 이상의 전극 셀과, 상기 하우징 내부에 수용되는 전해액을 포함하고,
상기 전극 셀은 양극 집전체 상에 코팅된 양극 활물질을 포함하는 양극과, 음극 집전체 상에 코팅된 음극 활물질을 포함하는 음극과, 상기 양극과 음극 사이에 위치하여 양극과 음극을 전기적으로 분리하기 위한 분리막을 포함하며,
상기 하우징의 적어도 일부분은 상기 양극 집전체 구성 물질의 저항률의 3 배 이하의 저항률을 가지는 물질로 이루어진 이차전지 팩을 제공한다.
또한, 본 발명은 이차전지 팩을 전원으로 포함하는 것인 차량을 제공한다.
본 발명에 따른 이차전지 팩은 전지 셀을 감싸는 구조물로 양극 집전체와 동등한 수준의 저항률을 갖는 물질을 사용하기 때문에, 이차전지 팩이 충돌 파괴하여 상기 구조물과 양극 집전체가 접촉하는 경우, 상기 구조물이 양극 집전체 대신 전류가 흐를 수 있는 전도성 패스(path)의 역할을 수행하므로 양극 집전체와 음극 활물질의 접촉으로 인한 발화를 방지할 수 있다. 나아가, 상기 이차전지 팩을 차량에 적용함으로써 높은 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 이차전지 팩의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 전지 셀의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 (a) 이차전지 팩의 일례를 나타낸 모식도이고, (b) 이차전지 팩이 파괴된 경우의 일례를 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
먼저, 도 3(a)를 참조하면, 종래 이차전지 팩은 양극 집전체 상에 코팅된 양극 활물질을 포함하는 양극(410)과, 음극 집전체 상에 코팅된 음극 활물질을 포함하는 음극(420)과, 상기 양극과 음극 사이에 위치하여 양극과 음극을 전기적으로 분리하기 위한 분리막(430)을 포함하는 하나 이상의 전극셀과, 상기 전지 셀을 수용하는 하우징(440)으로 이루어져 있으며, 상기 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 충방전이 가능하다.
한편, 종래 이차전지의 하우징이나 격벽의 재료로는 양극 집전체로 주로 사용되는 알루미늄(2.73 μΩ·㎝)에 비해 높은 저항률을 가지는 철(9.68 μΩ·㎝)이 주로 사용되고 있다. 따라서, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 전지 셀 및 하우징이 포함된 이차전지 팩이 파괴되는 경우, 여러 가지 발열 및 발화의 원인이 될 수 있다.
상기 발열의 원인으로는 ① 양극 집전체와 음극 집전체의 접촉, ② 양극 집전체와 음극 활물질의 접촉, ③ 양극 활물질과 음극 집전체의 접촉, ④ 양극 활물질과 음극 활물질의 접촉에 있는데, 특히 이 중에서도, 양극 집전체로 많은 전류가 흘러들어 가면서 ② 양극 집전체와 음극 활물질간의 접촉이 발열도 측면에서 매우 위험하다.
이러한 이차전지의 충돌 파괴에 대한 발화를 방지하기 위하여, 종래 세라믹을 포함하는 분리막을 사용하는 등의 방법이 제시되었다. 하지만, 상기 방법의 경우 이차전지의 크기가 커지고, 에너지 밀도가 높아짐에 따라 새로운 접근 방법이 추가로 요구되고 있을 뿐, 근본적인 안전성 확보는 어려운 실정이다.
이에, 본 발명에서는 이차전지 파괴 시 상기 양극 집전체와 음극 활물질이 접촉하였을 때 높은 발열 및 발화의 위험성을 미연에 방지하기 위하여, 상기 전지 셀을 둘러싸는 하우징 등의 구조물에 양극 집전체 대신 전류가 흐를 수 있는 전도성 패스의 역할을 할 수 있는 물질을 적용함으로써, 안정성이 향상된 이차전지 팩을 제공하고자 한다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는
하나 이상의 전지 셀 및 상기 전지 셀의 적어도 일부를 감싸며 전지 셀과 전기적으로 절연된 하나 이상의 구조물을 포함하며,
상기 구조물의 적어도 일부분은 상기 양극 집전체를 구성하는 적어도 하나의 물질의 저항률에 대해 3 배 이하의 저항률을 갖는 물질을 포함하는 이차전지 팩을 제공한다.
이하, 본 발명에서는 실시예에 따른 도 1 및 2를 참조하여 본 발명을 구체적으로 상술하며, 본 발명의 범주가 이러한 범위에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서는 하나 이상의 전지 셀(10) 및 상기 전지 셀의 적어도 일부를 감싸며 전지 셀과 전기적으로 절연된 하나 이상의 구조물을 포함하는 이차전지 팩(100)을 제공한다.
상기 전지 셀(10)은 양극 집전체 상에 코팅된 양극 활물질을 포함하는 양극(1), 분리막(2), 음극 집전체 상에 코팅된 음극 활물질을 포함하는 음극(3) 및 전해액(미도시) 등을 포함하며, 상기 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 충방전이 가능하다 (도 2 참조).
이때, 상기 양극 집전체는 알루미늄, 또는 상기 알루미늄 상에 구리, 니켈, 철, 스테인리스 스틸 및 티타늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 금속이 추가로 코팅되어 이루어질 수 있다.
또한, 상기 구조물은 하나 이상의 전지 셀(10)을 수용하는 하우징(30); 및 전지 셀(10)과 전지 셀(10)을 분리하는 격벽(20);으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 이 외에도 전지 셀(10)의 가장 인접한 곳에 위치하여 전지 셀(10)의 일부를 감싸고 있는 이차전지 팩 내부의 모든 구조물이 해당될 수 있다.
상기 구조물의 적어도 일부분은 양극 집전체 대신 전류가 흐를 수 있는 전도성 패스의 역할을 할 수 있도록, 양극 집전체를 구성하는 물질 또는 양극 집전체에 코팅된 적어도 하나의 물질의 저항률에 대해 3 배 이하, 구체적으로는 0.5 배 내지 1 배의 저항률을 가지는 물질을 사용할 수 있다.
이때, 상기 구조물의 저항률이 양극 집전체 구성 물질에 대하여 3 배를 초과하는 경우에는 구조물의 저항률이 양극 집전체에 비해 너무 높기 때문에, 이차전지 팩의 파괴 시, 양극 집전체의 전류가 상기 구조물로 전달되지 못하여 전지 팩의 발열, 발화가 발생하는 문제점이 있다.
반면에, 본 발명의 이차전지 팩에서, 상기 구조물의 적어도 일부분은 상기 양극 집전체 구성 물질에 대하여 3 배 이하, 구체적으로는 0.5 배 내지 1 배 미만의 물질로 이루어져 있으므로, 양극 집전체 구성물질에 비해 구조물이 더 높은 전기 전도도를 가짐으로써, 양극 집전체의 전류를 더욱 용이하게 가져갈 수 있어, 우수한 이차전지 발화 방지 효과를 구현할 수 있다.
상기 본 발명의 이차전지 팩에 있어서, 상기 구조물의 적어도 일부분은 그 대표적인 예로 은, 구리, 금, 알루미늄, 텅스텐, 아연, 황동 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질, 구체적으로 은, 구리, 금, 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하거나, 또는 스테인리스 스틸 표면에 은, 구리, 금, 알루미늄, 텅스텐, 아연, 황동 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질, 구체적으로 은, 구리, 금, 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질 코팅하여, 스테인리스 스틸/코팅층으로 구성될 수도 있다.
이와 같이, 스테인리스 스틸/코팅층으로 구성되는 구조물은 전지 파괴 시 양극 집전체와 먼저 접촉이 발생하는 상기 코팅층이 양극 집전체 대신 전류가 흐를 수 있는 전도성 패스로 작용함으로써 발화 위험을 감소시킬 수 있다.
일례로, 상기 양극 집전체는 저항률이 2.73 μΩ·㎝인 알루미늄을 사용할 수 있고, 상기 구조물은 은(1.62 μΩ·㎝), 구리(1.72 μΩ·㎝), 금(2.4 μΩ·㎝), 알루미늄(2.73 μΩ·㎝), 텅스텐(5.5 μΩ·㎝), 아연(5.9 μΩ·㎝), 황동(5 내지 7 μΩ·㎝) 및 니켈(7.24 μΩ·㎝)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질, 구체적으로 은(1.62 μΩ·㎝), 구리(1.72 μΩ·㎝), 금(2.4 μΩ·㎝), 및 알루미늄(2.73 μΩ·㎝)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질로 포함할 수 있고, 또한, 스테인리스 스틸 상에 상기 물질이 코팅된 형태를 포함할 수도 있다.
구체적으로, 상기 구조물이 하우징인 경우에, 하우징의 포함 물질로써 저항률이 알루미늄의 약 1/2 배 수준으로 낮은 은을 사용하면 많은 전류를 은이 가져갈 수 있기 때문에 안정성을 더욱 높일 수 있다.
또한, 상기 구조물의 적어도 일부분에 포함되는 상기 물질의 저항률은 1 내지 8 μΩ·㎝, 구체적으로 1 내지 3 μΩ·㎝ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 양극 집전체의 종류에 따라 3 배 이하의 저항률을 갖는 물질을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
만약, 양극 집전체가 단일한 조성이 아닌 다른 물질이 코팅된 경우라면, 음극 활물질과 접촉하여 발열이 발생하는 원인은 양극 집전체의 최외곽 부위인 코팅 물질에 있으므로, 양극 집전체 대신 전류가 흐를 수 있는 전도성 패스를 제공하기 위해서는 양극 집전체 구성 물질에 대하여 3 배 이하, 구체적으로 동등한 수준의 저항률을 갖는 물질을 상기 구조물의 물질로 사용해야 한다.
이때, 양극 집전체에 다른 물질이 더욱 코팅된 경우에는 상기 구조물은 양극 집전체에 코팅된 물질의 저항률에 대하여 구체적으로는 0.5 배 내지 1 배 미만의 저항률을 갖는 물질을 사용할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는
하우징과, 상기 하우징 내부를 공간적으로 분리하는 적어도 하나 이상의 격벽과, 상기 하우징 내부 공간의 격벽과 격벽 사이에 수용된 하나 이상의 전극 셀과, 상기 하우징 내부에 수용되는 전해액을 포함하고,
상기 전극 셀은 양극 집전체 상에 코팅된 양극 활물질을 포함하는 양극과, 음극 집전체 상에 코팅된 음극 활물질을 포함하는 음극과, 상기 양극과 음극 사이에 위치하여 양극과 음극을 전기적으로 분리하기 위한 분리막을 포함하며,
상기 하우징 및 격벽의 적어도 일부분은 상기 양극 집전체 구성 물질의 저항률의 3 배 이하의 저항률을 가지는 물질로 이루어진 이차전지 팩을 제공한다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는
하우징과, 상기 하우징 내부를 공간적으로 분리하는 적어도 하나 이상의 격벽과, 상기 하우징 내부 공간의 격벽과 격벽 사이에 수용된 하나 이상의 전극 셀과, 상기 하우징 내부에 수용되는 전해액을 포함하고,
상기 전극 셀은 양극 집전체 상에 코팅된 양극 활물질을 포함하는 양극과, 음극 집전체 상에 코팅된 음극 활물질을 포함하는 음극과, 상기 양극과 음극 사이에 위치하여 양극과 음극을 전기적으로 분리하기 위한 분리막을 포함하며,
상기 하우징의 적어도 일부분은 상기 양극 집전체 구성 물질의 저항률의 3 배 이하의 저항률을 가지는 물질로 이루어진 이차전지 팩을 제공한다.
즉, 상기 하우징(30)은, 하나 이상의 전지 셀(10)을 고정 및 수용하여 고용량의 전지 팩으로 제조할 수 있도록 하며, 전지 셀(10)을 외부로부터 보호할 수 있다. 상기 하우징(30)은 하나 이상의 전지 셀(10)을 모두 둘러싸는 형태일 수 있고, 전지 셀(10)의 일부분만을 둘러싸는 형태일 수도 있다.
또한, 상기 격벽(20)은, 전지 셀(10)과 전지 셀(10)을 분리함으로써 전지 셀(10) 간의 전기적 접촉을 방지하고, 전지 구동 시 발생되는 열을 발산시킬 수 있는 역할을 한다. 상기 격벽(20)은, 전지 셀(10)과 셀(10) 사이의 전면부에 위치될 수 있고, 전지 셀(10)의 가장자리 부분에만 위치하여 전지 셀(10)과 셀(10)을 이격시키는 역할을 수행할 수도 있다.
또한, 상기 하우징 및 격벽은 전지 셀(10)과 가장 인접한 곳에 위치하기 때문에, 이차전지 팩(100)의 파괴 시 양극 집전체와 접촉하여 양극 집전체로 흐를 수 있는 전류를 대신 가져가는 전도성 패스가 될 수 있고, 따라서 양극 집전체와 음극 활물질의 접촉으로 인한 발열, 발화를 방지할 수 있다.
이때, 상기 구조물의 적어도 일부분은 전지 셀(10)의 전면부와 마주보는 부분일 수 있다. 이차전지의 파괴 시, 양극 집전체와 접촉할 수 있는 확률이 가장 높은 부분(전지 셀에서 가장 넓은 면적을 차지하는 부분)인 전지 셀(10)의 전면부만을 양극 집전체 구성 물질과 동등한 수준의 물질로 코팅하는 구성을 사용함으로써, 종래 사용되던 하우징(30)이나 격벽(20)의 부품을 그대로 사용하여 전지 셀(10)의 전면부와 마주보는 부분만을 본 발명의 물질로 코팅하여 제조할 수 있고, 이와 같이 일부만을 코팅함으로써 비용적으로 유리한 효과가 있다.
일례로, 시트형의 양극(1) 및 음극(3) 사이에 분리막(2)이 위치한 전지 셀(10)이 있고, 하나의 전지 셀 양극(1)과 다른 하나의 전지 셀 음극(3)이 대향하는 방향으로 전지 셀(10)이 적층되어 있으며, 상기 적층된 전지 셀(10)을 하우징(30)이나 격벽(20)이 감싸고 있는 이차전지 팩(100)에 있어서, 적증된 전지 셀(10)의 최외측에 위치하는 전지 셀(10)의 전면부와 마주보는 부분에 위치한 하우징(30)이나 격벽(20) 부분을 양극 집전체의 물질과 동등한 수준의 저항률을 갖는 물질로 사용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 이차전지 파괴 시 상기 양극 집전체와 음극 활물질이 접촉하였을 때 높은 발열 및 발화의 위험성을 방지하기 위하여, 상기 전지 셀을 둘러싸는 하우징 등의 구조물을 양극 집전체와 동등한 수준의 저항률을 갖는 물질로 사용함으로써, 구조물이 양극 집전체 대신 전류가 흐를 수 있는 전도성 패스의 역할을 함으로써 발열도를 제어하여 안전성이 향상될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 팩은 리튬 이차전지 팩일 수 있고, 일반적인 리튬 이차전지 셀은 양극, 음극, 분리막 및 리튬염 함유 비수 전해액을 포함하는 구성되어 있을 수 있다.
상기 전지 셀에 있어서, 양극은 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x는 0 내지 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1 - xMxO2 (여기서, M는 Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x는 0.01 내지 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2 - xMxO2 (여기서, M은 Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x는 0.01 내지 0.1임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M은 Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 써멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1 - xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 내지 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 내지 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
리튬염 함유 비수계 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리돈, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 감마-부티로락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌디아민, n-글라임(glyme), 헥사인산트리아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함할 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함할 수도 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 이차전지 팩(100)을 전원으로 포함하는 것인 차량을 제공한다.
상기 이차전지 팩(100)은 양극 집전체와 동등한 수준의 저항률을 갖는 물질을 전지 셀(10)을 감싸는 구조물에 사용함으로써, 차량에 사용되는 규모가 크고 에너지 밀도가 높은 이차전지 팩(100)이 파괴되더라도, 발열 및 발화로 인한 폭발의 위험성을 방지할 수 있다.
이때, 상기 차량은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차일 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
실시예
실시예 1.
양극 활물질로서 LiCoO2의 혼합물 89 중량%, 도전재로 카본 블랙(carbon black) 8 중량%, 바인더로 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF) 3 중량%를 용매인 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 첨가하여 양극 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 혼합물 슬러리를 두께가 20㎛ 정도의 양극 집전체인 알루미늄(Al) 박막에 도포하고, 건조한 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하여 양극을 제조하였다.
또한, 음극 활물질로 흑연계 분말, 바인더로 PVdF, 도전재로 카본 블랙(carbon black)을 각각 97 중량%, 2 중량% 및 1 중량%로 하여 용매인 NMP에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 혼합물 슬러리를 두께가 10㎛의 음극 집전체인 구리(Cu) 박막에 도포하고, 건조한 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하여 음극을 제조하였다.
이와 같이 제조된 양극과 음극 및 폴리올레핀 분리막을 포함하는 전극 조립체를 전지 케이스에 삽입하여 전지셀을 제조하였다.
이어서, 상기 전지 셀을 알루미늄(2.73 μΩ·㎝)으로 이루어진 하우징에 수용하여 이차전지 팩을 제조하였다.
실시예 2.
상기 알루미늄으로 이루어진 하우징 대신 은(1.62 μΩ·㎝)으로 이루어진 하우징을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 이차전지 팩을 제조하였다.
실시예 3.
상기 알루미늄으로 이루어진 하우징 대신 스테인레스 스틸 표면에 구리(1.72 μΩ·㎝)가 코팅된 하우징을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 이차전지 팩을 제조하였다.
비교예 1.
상기 알루미늄으로 이루어진 하우징 대신 철(9.68 μΩ·㎝)로 이루어진 하우징을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 이차전지 팩을 제조하였다.
실험예
실험예 1. 못 관통 시험
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 제조한 이차전지 팩을 완전 충전된 상태로 준비하였다. 못 관통 시험기를 이용하여 알루미늄으로 만들어진 직경 3.0 mm의 못(실험 1) 및 철로 만들어진 직경 3.0 mm의 못(실험 2)을 상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 제조한 이차전지 팩의 중앙에 각각 관통시키는 실험을 수행하였다. 관통 속도는 초당 5 cm로 하였다. 발화 여부를 나타낸 결과를 표 1에 도시하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
하우징 소재 알루미늄 은 스테인레스 스틸/구리 철
실험 1 발화하지 않음 발화하지 않음 발화하지 않음 발화
실험 2 발화 발화하지 않음 발화하지 않음 발화
상기 표 1에 도시한 바와 같이, 이차전지 집전체 물질보다 저항률이 낮은 물질로 이루어진 하우징을 포함하는 실시예 2 및 3의 이차전지의 팩의 경우, 상기 하우징 양극 집전체 대신 전류가 흐를 수 있는 전도성 패스의 역할을 수행하여 실험 1 및 2에서 모두 발화하지 않는 것을 확인할 수 있다.
반면에, 이차전지 집전체 물질보다 저항률이 높은 철로 이루어진 하우징을 포함하는 비교예 1의 이차전지 팩의 경우, 실험 1 및 2에서 모두 발화하는 것을 알 수 있다.
한편, 이차전지 집전체 물질과 저항률이 동일한 알루미늄으로 이루어진 하우징을 포함하는 실시예 1의 이차전지 팩의 경우, 알루미늄 못을 이용한 실험예 1에서 발화하지 않은 반면에, 철 못을 이용한 실험에 1에서 발화하는 것을 알 수 있다.
이러한 결과로부터, 양극 집전체로 알루미늄을 사용하는 경우에는 관통 실험에 의해 동등한 저항률을 갖는 알루미늄으로 제조된 못과 접촉하는 경우, 못이 전류를 가져가 양극 집전체와 음극 활물질이 접촉함에 따라 발생할 수 있는 발화가 일어나지 않는 반면, 철로 제조된 못과 접촉하는 경우, 저항률이 높은 철로 전류가 흐르지 않기 때문에, 양극 집전체와 음극 활물질에 의해 발화가 일어남을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 이하의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1, 410: 양극
2. 430: 분리막
3, 420: 음극
10: 전지 셀
20: 격벽
30, 440: 하우징
100: 이차전지 팩

Claims (24)

  1. 하나 이상의 전지 셀 및 상기 전지 셀의 적어도 일부를 감싸며 상기 전지 셀과 전기적으로 절연된 하나 이상의 구조물을 포함하며,
    상기 구조물의 적어도 일부분은 상기 전지 셀의 양극 집전체를 구성하는 적어도 하나의 물질의 저항률보다 더 작은 저항률을 갖는 물질을 포함하는 이차전지 팩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 양극 집전체는 알루미늄으로 이루어진 것인 이차전지 팩.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 양극 집전체는 알루미늄에 구리, 니켈, 철, 스테인리스 스틸 및 티타늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 금속이 추가로 코팅된 것인 이차전지 팩.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 구조물은 하나 이상의 전지 셀을 수용하는 하우징 및 전지 셀과 전지 셀을 분리하는 격벽으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것인 이차전지 팩.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 구조물의 적어도 일부분은 전지 셀의 전면부와 마주보는 부분인 것인 이차전지 팩.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 구조물의 적어도 일부분에 포함되는 상기 물질의 저항률은 1 μΩ·㎝내지 8 μΩ·㎝인 것인 이차전지 팩.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 구조물의 적어도 일부분에 포함되는 상기 물질의 저항률은 1 μΩ·㎝ 내지 3 μΩ·㎝인 것인 이차전지 팩.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 구조물의 적어도 일부분에 포함되는 상기 물질은 은, 구리, 금, 알루미늄, 텅스텐, 아연, 황동 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상인 것인 이차전지 팩.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 구조물의 적어도 일부분에 포함되는 상기 물질은 은, 구리, 금 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상인 것인 이차전지 팩.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 구조물의 적어도 일부분에 포함되는 상기 물질은 스테인리스 스틸 상에, 은, 구리, 금, 알루미늄, 텅스텐, 아연, 황동 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질이 코팅된 것인 이차전지 팩.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 구조물의 적어도 일부분에 포함되는 상기 물질은 스테인리스 스틸 상에, 은, 구리, 금 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질이 코팅된 것인 이차전지 팩.
  13. 하우징과,
    상기 하우징 내부를 공간적으로 분리하는 적어도 하나 이상의 격벽과,
    상기 하우징 내부 공간의 격벽과 격벽 사이에 수용된 하나 이상의 전극 셀과,
    상기 하우징 내부에 수용되는 전해액을 포함하고,
    상기 전극 셀은 양극 집전체 상에 코팅된 양극 활물질을 포함하는 양극과, 음극 집전체 상에 코팅된 음극 활물질을 포함하는 음극과, 상기 양극과 음극 사이에 위치하여 양극과 음극을 전기적으로 분리하기 위한 분리막을 포함하며,
    상기 하우징 및 격벽 중 하나 이상의 적어도 일부분은 상기 양극 집전체 구성 물질의 저항률보다 더 작은 저항률을 가지는 물질로 이루어진 것인 이차전지 팩.
  14. 하우징과,
    상기 하우징 내부를 공간적으로 분리하는 적어도 하나 이상의 격벽과,
    상기 하우징 내부 공간의 격벽과 격벽 사이에 수용된 하나 이상의 전극 셀과,
    상기 하우징 내부에 수용되는 전해액을 포함하고,
    상기 전극 셀은 양극 집전체 상에 코팅된 양극 활물질을 포함하는 양극과, 음극 집전체 상에 코팅된 음극 활물질을 포함하는 음극과, 상기 양극과 음극 사이에 위치하여 양극과 음극을 전기적으로 분리하기 위한 분리막을 포함하며,
    상기 하우징의 적어도 일부분은 상기 양극 집전체 구성 물질의 저항률보다 더 작은 저항률을 가지는 물질로 이루어진 것인 이차전지 팩.
  15. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    상기 양극 집전체는 알루미늄으로 이루어진 것인 이차전지 팩.
  16. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    상기 양극 집전체는 알루미늄에 구리, 니켈, 철, 스테인리스 스틸 및 티타늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 금속이 추가로 코팅된 것인 이차전지 팩.
  17. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    상기 하우징 및 격벽 중 하나 이상의 적어도 일부분은 상기 양극 집전체를 구성하는 적어도 하나의 물질의 저항률에 대해 0.5 배 내지 1 배의 저항률을 갖는 물질을 포함하는 것인 이차전지 팩.
  18. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    상기 하우징 및 격벽 중 하나 이상의 적어도 일부분에 포함되는 상기 물질의 저항률은 1 μΩ·㎝ 내지 8 μΩ·㎝인 것인 이차전지 팩.
  19. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    상기 하우징 및 격벽 중 하나 이상의 적어도 일부분에 포함되는 상기 물질의 저항률은 1 μΩ·㎝ 내지 3 μΩ·㎝인 것인 이차전지 팩.
  20. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    상기 하우징 및 격벽 중 하나 이상의 적어도 일부분에 포함되는 상기 물질은 은, 구리, 금, 알루미늄, 텅스텐, 아연, 황동 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상인 것인 이차전지 팩.
  21. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    상기 하우징 및 격벽 중 하나 이상의 적어도 일부분에 포함되는 상기 물질은 은, 구리, 금 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상인 것인 이차전지 팩.
  22. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    상기 하우징 및 격벽 중 하나 이상의 적어도 일부분에 포함되는 상기 물질은 스테인리스 스틸 상에, 은, 구리, 금, 알루미늄, 텅스텐, 아연, 황동 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질이 코팅된 것인 이차전지 팩.
  23. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    상기 하우징 및 격벽 중 하나 이상의 적어도 일부분에 포함되는 상기 물질은 스테인리스 스틸 상에, 은, 구리, 금 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질이 코팅된 것인 이차전지 팩.
  24. 청구항 1, 청구항 13 및 청구항 14 중 어느 한 항의 이차전지 팩을 전원으로 포함하는 차량.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102282482B1 (ko) * 2018-02-06 2021-07-26 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
US11984611B2 (en) * 2021-08-17 2024-05-14 Beta Air, Llc Stack battery pack for electric vertical take-off and landing aircraft
CN115275460A (zh) * 2022-08-30 2022-11-01 宁德新能源科技有限公司 电芯、电池和用电设备

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09284904A (ja) * 1996-04-05 1997-10-31 Toyota Motor Corp 車両の安全装置
JP2000182572A (ja) * 1998-12-15 2000-06-30 Yuasa Corp 非水電解質電池
JP4366101B2 (ja) * 2003-03-31 2009-11-18 キヤノン株式会社 リチウム二次電池
KR100870461B1 (ko) * 2005-03-09 2008-11-25 주식회사 엘지화학 저융점 접착성 수지에 의해 안전성이 향상된 이차전지
US20100216000A1 (en) * 2006-09-19 2010-08-26 Hideaki Fujita Method of producing electrode for secondary battery and secondary battery
KR100876268B1 (ko) 2007-10-09 2008-12-26 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차전지
KR101065379B1 (ko) * 2009-07-10 2011-09-16 삼성에스디아이 주식회사 전지 모듈
KR101209461B1 (ko) * 2010-02-01 2012-12-07 주식회사 엘지화학 신규한 구조의 전지셀 접합체 및 이를 포함하는 전지팩
KR101124893B1 (ko) * 2010-06-21 2012-03-27 지에스칼텍스 주식회사 안전성이 향상된 음극활물질 및 이를 포함하는 이차전지
CN103168377A (zh) * 2010-11-05 2013-06-19 株式会社Lg化学 具有改善的安全性的二次电池
JP2013037999A (ja) * 2011-08-10 2013-02-21 Toyota Motor Corp 金属空気電池
US20130216872A1 (en) * 2012-02-21 2013-08-22 Johnson Controls Technology Company Prismatic electrochemical cell
EP2939292B1 (en) * 2012-12-28 2018-03-28 Johnson Controls Technology Company Welding techniques for polymerized lithium ion battery cells and modules
DE102013202288A1 (de) * 2013-02-13 2014-08-14 Robert Bosch Gmbh Batteriezelle mit einem ein elastisch federndes Element aufweisenden Arretierkörper
JP2014197521A (ja) * 2013-03-29 2014-10-16 株式会社 東北テクノアーチ バナジウム固体塩電池及びその製造方法
DE102013209391A1 (de) * 2013-05-22 2014-11-27 Robert Bosch Gmbh Batteriezellenverbund
CN103456998A (zh) * 2013-08-16 2013-12-18 超威电源有限公司 一种铅酸蓄电池及其装配工艺
US9260024B1 (en) * 2013-11-17 2016-02-16 Lawrence Michael Lau Distance-based charging for electric vehicles
KR101776885B1 (ko) * 2014-09-25 2017-09-08 주식회사 엘지화학 둘 이상의 케이스 부재들을 포함하는 각형 전지셀

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