KR102002365B1 - Radiant heat plate for battery cell module and battery cell module comprising the same - Google Patents
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Abstract
실시예는 열전도도 및 유연성이 높은 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트 및 이를 포함하는 배터리 셀 모듈에 관한 것으로, 상기 방열 계면 플레이트는 가벼우면서도 방열 효과가 뛰어나며, 이로 인해, 이를 포함하는 배터리 셀 모듈은 배터리 셀의 안정성이 우수하다.The present invention relates to a heat dissipating interface plate for a battery cell module having a high thermal conductivity and flexibility and a battery cell module including the heat dissipating interfacial plate. The heat dissipating interface plate is light and excellent in heat radiation effect, Cell stability is excellent.
Description
실시예는 열전도도 및 유연성이 높은 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트 및 이를 포함하는 배터리 셀 모듈에 관한 것으로, 상기 방열 계면 플레이트는 가벼우면서도 방열 효과가 뛰어나며, 이로 인해, 이를 포함하는 배터리 셀 모듈은 배터리 효율이 우수하다.The present invention relates to a heat dissipating interface plate for a battery cell module having a high thermal conductivity and flexibility and a battery cell module including the heat dissipating interfacial plate. The heat dissipating interface plate is light and excellent in heat radiation effect, The efficiency is excellent.
전기자동차용 배터리는 고출력, 고속 및 반복 충전 등으로 인하여 발생하는 열로 인해 국부적인 온도 차이나 고열이 발생하게 되고, 이에 배터리의 효율 및 안정성을 저해하는 열폭주(thermal runaway) 현상이 발생하게 된다. 이러한 문제는 배터리 내부에서 발생되는 열보다 외부로의 열 방출 및 확산 능력이 부족하여 초래된다.The electric vehicle battery generates a local temperature difference or a high temperature due to heat generated due to high output, high speed and repeated charging, thereby causing a thermal runaway phenomenon which hinders the efficiency and stability of the battery. This problem is caused by insufficient heat dissipation and diffusion ability to the outside than heat generated inside the battery.
상기 문제를 해결하기 위해, 전기자동차용 배터리에 열을 방출해주는 히트 싱크와 같은 부품을 장착하고 있다. 방열 부품의 소재로서 종래에는 알루미늄이 많이 사용되어 왔으나, 최근 열확산 특성이 우수한 그라파이트를 이용하여 알루미늄을 대체하려는 시도가 이루어지고 있다. 그러나 그라파이트의 경우 소재 특성상 성형이 용이하지 않은 단점이 있다.In order to solve the above problem, a component such as a heat sink for discharging heat is mounted on a battery for an electric vehicle. Aluminum has been conventionally used as a material for heat dissipation parts, but attempts have recently been made to replace aluminum with graphite having excellent thermal diffusion characteristics. However, graphite has a disadvantage in that it is not easy to shape due to its material properties.
한편, 리튬이온 배터리는 셀의 작동전압이 3.6V 이상으로, 휴대용 전자기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수개의 셀을 직렬로 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차(HEV)나 순수 전기자동차(EV) 등과 같은 친환경 자동차의 동력원으로 주목받고 있다. 이러한 리튬이온 배터리는 다양한 형태로 제조하는 것이 가능하며, 최근 널리 사용되고 있는 파우치형(pouched type) 배터리 셀의 경우, 케이스 자체가 유연성을 가지므로 그 형상이 비교적 자유로운 특징을 갖는다.On the other hand, the lithium ion battery is used as a power source of a portable electronic device with a cell operating voltage of 3.6 V or higher, or a plurality of cells connected in series to be connected to a high output such as a hybrid electric vehicle (HEV) or a pure electric vehicle It is attracting attention as a power source of environment-friendly vehicles. Such a lithium ion battery can be manufactured in various forms, and in case of a pouch type battery cell which is widely used in recent years, the case itself has a flexibility and is relatively free from the shape.
이와 같은 파우치형 배터리 셀은 배터리 셀 내 전극판의 팽창으로 인한 세퍼레이터의 손상이 내부 저항의 발생과 함께 전압의 증가 및 최종 배터리 용량의 감소 등을 초래하므로, 배터리의 부피 팽창에 대응하기 위한 방열용 계면 플레이트(배터리의 셀과 셀 사이에 위치되는 부재)가 필요하다. 상기 방열용 계면 플레이트는 배터리 셀의 부피 변화에 대응할 수 있는 소재의 탄성 및 방열 성능 모두가 우수해야 한다.Such a pouch-type battery cell causes damage to the separator due to expansion of the electrode plate in the battery cell, resulting in an increase in voltage and a reduction in the final battery capacity as well as generation of internal resistance. Therefore, An interfacial plate (a member positioned between the cell and the cell of the battery) is required. The heat dissipating interface plates should have excellent elasticity and heat radiation performance of the material that can cope with the volume change of the battery cell.
종래 방열용 계면 플레이트는 알루미늄과 같은 금속 부재를 포함하여 우수한 방열 효율을 가졌다(대한민국 공개특허 제2013-0091506호 참조).Conventional heat dissipating interface plates include metal members such as aluminum and have excellent heat dissipation efficiency (see Korean Patent Publication No. 2013-0091506).
그러나, 종래 방열용 계면 플레이트는 알루미늄과 같은 금속 부재를 포함하므로 단소박형화되는 최근 추세에 부합하지 않으며, 열전도 이방성과 낮은 열전도로 인해 파우치 타입의 배터리에서 발생하는 열을 효과적으로 방출하는 데에는 한계가 있다.However, since the conventional heat dissipating interface plate includes a metal member such as aluminum, it does not meet the recent trend of becoming thinner and thinner, and there is a limit to effectively dissipate heat generated from a pouch-type battery due to heat anisotropy and low heat conduction.
따라서, 실시예는 그라파이트 시트를 포함하여 금속 소재 대비 가볍고 열전도도 및 유연성이 우수한 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트, 및 이를 포함하는 배터리 셀 모듈을 제공하고자 한다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a heat dissipating interface plate for a battery cell module including a graphite sheet, which is light in weight, has excellent thermal conductivity and flexibility, and a battery cell module including the same.
상기 목적을 달성하기 위해, 일실시예는,In order to achieve the above object,
열전도층 및 상기 열전도층의 일면에 형성된 완충층을 포함하고,A thermally conductive layer and a buffer layer formed on one surface of the thermally conductive layer,
상기 열전도층이 그라파이트 시트를 포함하며,Wherein the thermally conductive layer comprises a graphite sheet,
상기 완충층이 고분자 수지를 포함하고,Wherein the buffer layer comprises a polymer resin,
상기 그라파이트 시트가 위사와 경사가 직조된 직물 형태의 표면 구조를 갖는, 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트를 제공한다.There is provided a heat radiation interface plate for a battery cell module, wherein the graphite sheet has a surface structure in the form of a fabric in which weft and warp are woven.
다른 실시예에 따르면,According to another embodiment,
복수 개의 배터리 셀; 배터리 셀들 사이에 삽입된 방열 계면 플레이트; 및 상기 방열 계면 플레이트와 결합된 히트 싱크를 포함하고,A plurality of battery cells; A heat dissipation interface plate inserted between battery cells; And a heat sink coupled to the heat dissipation interface plate,
상기 방열 계면 플레이트가 열전도층 및 상기 열전도층의 일면에 형성된 완충층을 포함하고, 상기 열전도층이 그라파이트 시트를 포함하며, 상기 완충층이 고분자 수지를 포함하고,Wherein the heat dissipation interface plate includes a thermally conductive layer and a buffer layer formed on one surface of the thermally conductive layer, the thermally conductive layer includes a graphite sheet, the buffer layer includes a polymer resin,
상기 그라파이트 시트가 위사와 경사가 직조된 직물 형태의 표면 구조를 갖는, 배터리 셀 모듈을 제공한다.Wherein the graphite sheet has a surface structure in the form of a fabric in which weft and warp are woven.
실시예에 따른 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트는 그라파이트 시트 및 고분자 수지를 포함하여 금속 소재보다 가볍고 열전도도 및 유연성이 우수하다. 또한, 상기 방열 계면 플레이트를 포함하는 배터리 셀 모듈은 방열 효율이 우수하여 배터리 효율이 향상되고 지속적인 온도 관리가 가능한 장점이 있다.The heat dissipation interface plate for a battery cell module according to the embodiment includes a graphite sheet and a polymer resin, and is lighter than a metal material, and has excellent thermal conductivity and flexibility. In addition, the battery cell module including the heat dissipation interface plate has an advantage of excellent heat dissipation efficiency, which improves battery efficiency and enables continuous temperature management.
도 1은 일실시예의 그라파이트 시트의 표면의 개략도이다.
도 2는 일실시예에 따른 그라파이트 시트의 표면 사진이다.
도 3은 일실시예에 따른 그라파이트 시트의 표면을 원자간력 현미경(AFM)으로 관찰한 사진이다.
도 4 및 5는 일실시예에 따른 배터리 셀 모듈의 모식도이다.
도 6 및 7은 일실시예에 따른 배터리 셀 모듈의 단면도이다.1 is a schematic view of the surface of a graphite sheet of one embodiment.
2 is a photograph of a surface of a graphite sheet according to one embodiment.
3 is a photograph of the surface of the graphite sheet according to one embodiment observed with an atomic force microscope (AFM).
4 and 5 are schematic diagrams of a battery cell module according to an embodiment.
6 and 7 are cross-sectional views of a battery cell module according to an embodiment.
실시예의 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트는 The heat dissipation interface plates for the battery cell module of the embodiment
열전도층 및 상기 열전도층의 일면에 형성된 완충층을 포함하고,A thermally conductive layer and a buffer layer formed on one surface of the thermally conductive layer,
상기 열전도층이 그라파이트 시트를 포함하며,Wherein the thermally conductive layer comprises a graphite sheet,
상기 완충층이 고분자 수지를 포함하고,Wherein the buffer layer comprises a polymer resin,
상기 그라파이트 시트가 위사와 경사가 직조된 직물 형태의 표면 구조를 갖는다.The graphite sheet has a surface structure in the form of a fabric in which weft and warp are woven.
열전도층Heat conduction layer
상기 열전도층이 그라파이트 시트를 포함할 경우, 금속 소재를 포함하는 방열 계면 플레이트보다 가볍고 방열 효과가 우수하며, 유연성이 우수하여 가공성이 우수한 방열 계면 플레이트를 제공할 수 있다.When the heat conduction layer includes a graphite sheet, it is possible to provide a heat dissipating interface plate which is lighter than the heat dissipation interface plate including a metal material, has excellent heat dissipation effect, and is excellent in flexibility and excellent in workability.
상기 그라파이트 시트는 위사와 경사가 직조된 직물 형태의 표면 구조를 갖는다. 구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 흑연화된 섬유를 포함하는 내층과 흑연 외층을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 흑연화된 섬유를 포함하는 내층 및 상기 내층의 단면 또는 양면을 덮는 흑연 외층을 포함할 수 있다.The graphite sheet has a surface structure in the form of a fabric in which weft and warp are woven. In particular, the graphite sheet may comprise an inner layer comprising graphitized fibers and an outer graphite layer. More specifically, the graphite sheet may comprise an inner layer comprising graphitized fibers and a graphite outer layer covering either or both surfaces of the inner layer.
상기 그라파이트 시트의 표면 구조는, 내층을 이루는 섬유의 표면과 동일할 수 있다. 상기 섬유는 직물 기재로서, 이를 이용해 제조된 상기 그라파이트 시트의 표면 구조가 전술한 구조를 갖게 하는 직조 구조의 기재일 수 있다.The surface structure of the graphite sheet may be the same as the surface of the fibers constituting the inner layer. The fiber may be a woven base material, and the surface structure of the graphite sheet produced using the fiber base material may have a structure as described above.
상기 내층은 복수의 흑연 섬유를 포함하는 섬유 다발을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 내층은 복수의 흑연 섬유를 포함하는 섬유 다발로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 섬유 다발은 복수의 흑연 섬유 사이에 형성된 공극을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 내층은 흑연 섬유 또는 흑연 섬유 다발로 이루어진, 위사와 경사가 직조된 직물 형태를 포함할 수 있다.The inner layer may comprise a fiber bundle comprising a plurality of graphite fibers. Specifically, the inner layer may be composed of a fiber bundle containing a plurality of graphite fibers. In addition, the fiber bundle may include voids formed between a plurality of graphite fibers. Further, the inner layer may comprise a weft and warp-woven fabric form consisting of graphite fibers or graphite fiber bundles.
상기 내층은 천연 섬유 또는 인조 섬유가 흑연화된 섬유를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 내층은 천연 섬유 또는 인조 섬유가 탄화 및 흑연화된 섬유일 수 있다. The inner layer may comprise natural fibers or graphitized fibers. Specifically, the inner layer may be natural fibers or synthetic fibers that are carbonized and graphitized.
상기 천연 섬유는 셀룰로오스 섬유, 단백질 섬유 및 광물성 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 셀룰로오스 섬유는, 예를 들어, (i) 면 또는 케이폭 등과 같은 종자섬유, (ii) 아마, 저마, 대마, 또는 황마 등과 같은 줄기섬유, (iii) 야자섬유와 같은 과실섬유, 및 (iv) 마닐라마, 아바카 또는 사이잘마와 같은 잎섬유를 들 수 있다. 또한, 상기 단백질 섬유는, 예를 들어, (i) 양모 섬유, (ii) 견 섬유 및 (iii) 헤어 섬유를 들 수 있다. 상기 광물성 섬유는, 예를 들어, (i) 글라스울 및 미네라울과 같은 인조광물섬유, 및 (ii) 유리, 암석, 기타 광물질이 고온에서 액화시켜 섬유화된 석면을 들 수 있다. 구체적으로, 상기 천연 섬유는 면, 마, 모 및 견으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The natural fibers may be at least one selected from the group consisting of cellulose fibers, protein fibers and mineral fibers. The cellulose fibers may be, for example, (i) seed fibers such as cotton or kerosene, (ii) stem fibers such as flax, jute, hemp or jute, (iii) Leaf fibers such as Manila hemp, Abaca or Sisalma. The protein fiber may be, for example, (i) wool fiber, (ii) silk fiber and (iii) hair fiber. The mineral fibers include, for example, artificial mineral fibers such as (i) glass wool and minerals, and (ii) fiberized liquefied glass, rock and other minerals at high temperatures. Specifically, the natural fiber may include at least one member selected from the group consisting of cotton, hemp, wool, and silk.
상기 인조 섬유는 유기질 섬유 및 무기질 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 유기질 섬유는, 예를 들어, (i) 레이온, 텐셀(라이오셀), 모달 등과 같은 셀룰로오스계 섬유, 또는 단백질계 섬유를 포함하는 재생 섬유, (ii) 아세테이트, 트리아세테이트 등과 같은 셀룰로오스계 섬유를 포함하는 반합성 섬유, 또는 (iii) 폴리아미드계 섬유, 폴리에스테르계 섬유, 폴리우레탄계 섬유, 폴리에틸렌계 섬유, 폴리염화비닐계 섬유, 폴리플루오르에틸렌계 섬유, 폴리비닐알코올계 섬유, 아크릴계 섬유 또는 폴리프로필렌계 섬유와 같은 합성 섬유를 들 수 있다. 구체적으로, 상기 인조 섬유는 나일론, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 폴리플루오로에틸렌, 폴리비닐알코올, 아크릴 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 합성 섬유; 또는 레이온, 아세테이트 및 트리아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 셀룰로오스계 섬유를 포함할 수 있다.The man-made fibers may be at least one selected from the group consisting of organic fibers and inorganic fibers. The organic fibers may be, for example, (i) cellulose-based fibers such as rayon, tencel (lyocell), modal and the like, or regenerated fibers containing protein-based fibers, (ii) cellulose fibers such as acetate, triacetate, Based fibers, polyvinyl alcohol-based fibers, polyvinyl alcohol-based fibers, acrylic fibers or polypropylene fibers, or (iii) semisynthetic fibers including polyamide fibers, polyester fibers, polyurethane fibers, polyethylene fibers, And synthetic fibers such as synthetic fibers. Specifically, the synthetic fiber may be at least one synthetic fiber selected from the group consisting of nylon, polyester, polyurethane, polyethylene, polyvinyl chloride, polyfluoroethylene, polyvinyl alcohol, acrylic and polypropylene; Or at least one cellulosic fiber selected from the group consisting of rayon, acetate, and triacetate.
예를 들면, 상기 내층은 피치 20 내지 200 ㎛ 및 폭 60 내지 200 ㎛의 격자구조를 포함할 수 있다.For example, the inner layer may comprise a lattice structure with a pitch of 20 to 200 mu m and a width of 60 to 200 mu m.
상기 흑연 외층은 상기 내층의 단면 또는 양면을 덮을 수 있다. 구체적으로, 상기 흑연 외층은 흑연 내층의 일면에 피복되는 제1 흑연 외층과 상기 흑연 내층의 다른 일면에 피복되는 제2 흑연 외층으로 이루어지며, 상기 제1 흑연 외층과 제2 흑연 외층의 일부가 서로 연결될 수 있다.The graphite outer layer may cover either or both surfaces of the inner layer. Specifically, the graphite outer layer is composed of a first graphite outer layer coated on one surface of the graphite inner layer and a second graphite outer layer coated on the other surface of the graphite inner layer, and a part of the first graphite outer layer and the second graphite outer layer Can be connected.
상기 흑연 외층은 고분자 수지가 흑연화된 것일 수 있다. 또한, 상기 흑연 외층은 천연 흑연 또는 팽창 흑연을 포함할 수 있다.The graphite outer layer may be one in which the polymer resin is graphitized. In addition, the graphite outer layer may comprise natural graphite or expanded graphite.
상기 고분자 수지는 폴리이미드, 폴리아믹산, 폴리염화비닐, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리플루오르에틸렌, 폴리비닐알코올, 아크릴 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 고분자 수지는 중량평균분자량 200,000 ~ 300,000 g/mol인 폴리이미드, 폴리아믹산 및 폴리염화비닐로 이루어진 군 중 1종 이상을 포함할 수 있다.The polymer resin may include at least one member selected from the group consisting of polyimide, polyamic acid, polyvinyl chloride, polyester, polyurethane, polyethylene, polyfluoroethylene, polyvinyl alcohol, acrylic and polypropylene. Specifically, the polymer resin may include at least one member selected from the group consisting of polyimide, polyamic acid and polyvinyl chloride having a weight average molecular weight of 200,000 to 300,000 g / mol.
구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 섬유 기재 및 상기 섬유 기재의 일면 또는 양면에 고분자 코팅층을 포함하는 적층체를 제조한 후, 상기 적층체를 일체로 탄화 및 흑연화시켜 제조될 수 있다. 소정의 온도에서 탄화 및 흑연화시키는 공정을 진행함으로써, 상기 적층체를 이루는 섬유 기재 및 고분자 코팅층은 모두 흑연화되며, 이로써 그라파이트 시트가 제조될 수 있다. Specifically, the graphite sheet may be produced by producing a laminate including a fibrous base material and a polymer coating layer on one side or both sides of the fibrous base material, and then carbonizing and graphitizing the laminate as one body. By carrying out the process of carbonization and graphitization at a predetermined temperature, the fiber base material and the polymer coating layer constituting the laminate are both graphitized, whereby a graphite sheet can be produced.
상기 그라파이트 시트를 상술한 바와 같은 적층체를 흑연화시켜 제조할 경우, 비교적 두꺼운 두께 및 우수한 열전도도를 갖는 그라파이트 시트를 저렴하게 제조하는 장점이 있다.When the graphite sheet is produced by graphitizing a laminate as described above, there is an advantage that a graphite sheet having a relatively thick thickness and excellent thermal conductivity can be produced at low cost.
이때, 상기 고분자 코팅층 하나의 두께는 30㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 코팅층을 상기 섬유 기재의 양면에 형성하는 경우, 이층의 고분자 코팅층의 총 두께는 60㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 상기 고분자 코팅층의 두께가 상기 두께 범위로 형성될 때, 상기 적층체는 탄화 및 흑연화된 이후 상기 그라파이트 시트의 표면 상에 상기 섬유 기재로부터 유래된 직조 구조가 드러날 수 있다.At this time, the thickness of one polymer coating layer may be 30 탆 to 50 탆. For example, when the polymer coating layer is formed on both surfaces of the fiber substrate, the total thickness of the polymer coating layer may be 60 to 100 탆. When the thickness of the polymer coating layer is formed within the above-mentioned thickness range, the laminate may be exposed on the surface of the graphite sheet after carbonization and graphitization, and a weaving structure derived from the fiber base material.
상기 섬유 기재는 천연 섬유 및 인조 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 천연 섬유 및 인조 섬유는 상기 내층에서 설명한 바와 같다.The fibrous base material may be at least one selected from the group consisting of natural fibers and man-made fibers. The natural fibers and the synthetic fibers are as described for the inner layer.
상기 고분자 코팅층은 상기 흑연 외층의 고분자 수지에서 설명한 바와 같다.The polymer coating layer is as described for the polymer resin of the graphite outer layer.
또한, 상기 그라파이트 시트는 피치 20 내지 200 ㎛ 및 폭 60 내지 200 ㎛의 격자구조를 포함할 수 있다.In addition, the graphite sheet may have a lattice structure with a pitch of 20 to 200 mu m and a width of 60 to 200 mu m.
도 1 및 2를 참조하면, 상기 그라파이트 시트는 위사와 경사가 직조된 직물 형태의 표면 구조를 가질 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, the graphite sheet may have a surface structure in the form of a fabric in which weft and warp are woven.
이때, 상기 위사(A) 및 상기 경사(B)는 그 폭(d1, d2)이 각각 20㎛ 내지 200㎛, 30㎛ 내지 170㎛, 또는, 50㎛ 내지 170㎛일 수 있다. 또한, 상기 위사(A) 및 상기 경사(B)는 그 피치(P1, P2)가 각각 20㎛ 내지 200㎛, 30㎛ 내지 170㎛, 또는 50㎛ 내지 170㎛일 수 있다.The warp yarns A and the warp yarns B may have widths d1 and d2 of 20 mu m to 200 mu m, 30 mu m to 170 mu m, or 50 mu m to 170 mu m, respectively. In addition, the weft (A) and the warp (B) may have pitches (P1 and P2) of 20 탆 to 200 탆, 30 탆 to 170 탆, or 50 탆 to 170 탆, respectively.
또한, 상기 그라파이트 시트의 표면 구조는 위사(A) × 경사(B)가 80 내지 130 × 100 내지 150 count/inch를 만족할 수 있다. 예를 들어, 상기 그라파이트 시트의 표면 구조는 위사(A) × 경사(B)가 130 × 150 count/inch, 100 × 120 count/inch, 또는 80 × 100 count/inch를 만족할 수 있다.Also, the surface structure of the graphite sheet may satisfy a warp (A) × warp (B) of 80 to 130 × 100 to 150 count / inch. For example, the surface structure of the graphite sheet can satisfy 130 × 150 counts / inch, 100 × 120 counts / inch, or 80 × 100 counts / inch of warp (A) × warp (B).
상기 그라파이트 시트는 전술한 표면 구조를 가짐으로써 표면에 소정의 조도를 가질 수 있다. 구체적으로, 도 1을 참조할 때, 상기 그라파이트 시트의 표면은 상기 위사(A) 및 상기 경사(B)가 중첩되는 부분(C)과 중첩되지 않는 부분(D) 사이의 단차가 발생하게 된다.The graphite sheet may have a predetermined surface roughness by having the surface structure described above. Specifically, referring to FIG. 1, the surface of the graphite sheet has a step between a portion (C) where the weft (A) and the warp (B) overlap and a portion (D) that is not overlapped.
구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 표면 조도(Ra)가 0.5㎛ 내지 10㎛일 수 있다(도 3 참조). 보다 구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 표면 조도(Ra)가 1㎛ 내지 8㎛, 또는 2㎛ 내지 6㎛일 수 있다.Specifically, the graphite sheet may have a surface roughness Ra of 0.5 탆 to 10 탆 (see Fig. 3). More specifically, the graphite sheet may have a surface roughness (Ra) of 1 탆 to 8 탆, or 2 탆 to 6 탆.
상기 그라파이트 시트는 평균 두께가 10 내지 500 ㎛일 수 있다. 구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 평균 두께가 50㎛ 내지 500㎛, 70㎛ 내지 500㎛, 70㎛ 내지 300㎛, 10㎛ 내지 300㎛, 10㎛ 내지 250㎛, 또는 70 내지 250㎛일 수 있다. 그라파이트 시트의 두께가 상기 범위 내일 때, 열용량 측면에서 유리할 수 있다.The graphite sheet may have an average thickness of 10 to 500 m. Specifically, the graphite sheet may have an average thickness of 50 탆 to 500 탆, 70 탆 to 500 탆, 70 탆 to 300 탆, 10 탆 to 300 탆, 10 탆 to 250 탆, or 70 to 250 탆. When the thickness of the graphite sheet is within the above range, it may be advantageous in terms of heat capacity.
상기 그라파이트 시트는 수직 열전도도가 1 내지 20 W/m·K이고, 수평 열전도도가 800 내지 2,000 W/m·K일 수 있다. 구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 수직 열전도도가 1 내지 15 W/m·K, 1 내지 10 W/m·K, 또는 5 내지 10 W/m·K이고, 수평 열전도도가 900 내지 2,000 W/m·K, 1,000 내지 1,800 W/m·K, 또는 1,200 내지 1,800 W/m·K일 수 있다.The graphite sheet may have a vertical thermal conductivity of 1 to 20 W / m · K and a horizontal thermal conductivity of 800 to 2,000 W / m · K. Specifically, the graphite sheet has a vertical thermal conductivity of 1 to 15 W / mK, 1 to 10 W / mK, or 5 to 10 W / mK, a horizontal thermal conductivity of 900 to 2,000 W / m · K, 1,000 to 1,800 W / m · K, or 1,200 to 1,800 W / m · K.
상기 그라파이트 시트는 5 mm의 곡률 반경(R), 180도의 절곡 각도, 0.98 N의 하중 및 90 회/분의 절곡 속도 조건에서 수행한 MIT 굴곡성 시험 결과, 파단되기까지의 왕복 절곡 횟수가 10,000회 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 상기 MIT 굴곡성 시험 결과, 파단되기까지의 왕복 절곡 횟수가 10,000 내지 20,000 회, 10,000 내지 18,000 회, 또는 10,000 내지 15,000 회일 수 있다.As a result of the MIT bending test conducted under conditions of a curvature radius (R) of 5 mm, a bending angle of 180 degrees, a load of 0.98 N, and a bending speed of 90 revolutions per minute, the graphite sheet had a number of bending cycles . Specifically, the graphite sheet may have 10,000 to 20,000 cycles, 10,000 to 18,000 cycles, or 10,000 to 15,000 cycles as a result of the MIT flexural test.
상기 그라파이트 시트는 50 ℃에서의 비열이 0.5 내지 1.0 J/g·K, 0.5 내지 0.9 J/g·K, 0.6 내지 0.9 J/g·K, 또는 0.7 내지 0.9 J/g·K일 수 있다. 또한, 상기 그라파이트 시트는 밀도가 0.5 내지 2.5 g/㎤, 0.5 내지 2.0 g/㎤, 또는 0.8 내지 2.0 g/㎤일 수 있다.The graphite sheet may have a specific heat of 0.5 to 1.0 J / g · K, 0.5 to 0.9 J / g · K, 0.6 to 0.9 J / g · K, or 0.7 to 0.9 J / g · K at 50 ° C. The graphite sheet may have a density of 0.5 to 2.5 g /
완충층Buffer layer
상기 완충층은 고분자 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 완충층은 비닐계 고분자를 포함할 수 있다.The buffer layer may include a polymer resin. Specifically, the buffer layer may include a vinyl-based polymer.
상기 비닐계 고분자는 폴리비닐 부티랄 및 에틸렌-비닐 아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 비닐계 고분자는 폴리비닐 부티랄 또는 에틸렌-비닐 아세테이트일 수 있다.The vinyl-based polymer may include at least one member selected from the group consisting of polyvinyl butyral and ethylene-vinyl acetate. Specifically, the vinyl-based polymer may be polyvinyl butyral or ethylene-vinyl acetate.
상기 고분자 수지는 중량평균분자량이 100,000 내지 500,000 g/mol, 100,000 내지 300,000 g/mol, 또는 100,000 내지 200,000 g/mol일 수 있다.The polymer resin may have a weight average molecular weight of 100,000 to 500,000 g / mol, 100,000 to 300,000 g / mol, or 100,000 to 200,000 g / mol.
상기 완충층의 두께는 10 내지 100 ㎛, 10 내지 70 ㎛, 또는 10 내지 30 ㎛일 수 있다. 완충층의 두께가 상기 범위 내일 때, 배터리 셀의 충·방전시 발생하는 수축 및 팽창을 완충하여 배터리의 안정성을 향상시킬 수 있다.The thickness of the buffer layer may be 10 to 100 mu m, 10 to 70 mu m, or 10 to 30 mu m. When the thickness of the buffer layer is within the above range, shrinkage and expansion occurring during charging and discharging of the battery cell can be buffered to improve the stability of the battery.
상기 완충층은 0 내지 50 ℃에서의 열팽창계수가 0.1 내지 0.5 ppm/℃이고, 온도 20 ℃ 및 주파수 50 내지 100 ㎐에서 동적 저장탄성률이 1×106 내지 3×107 Pa일 수 있다. 구체적으로, 상기 완충층은 0 내지 50 ℃에서의 열팽창계수가 0.1 내지 0.3 ppm/℃, 또는 0.15 내지 0.3 ppm/℃이고, 온도 20 ℃ 및 주파수 50 내지 100 ㎐에서 동적 저장탄성률이 1×106 내지 2×107 Pa, 또는 1×106 내지 5×106 Pa일 수 있다.The buffer layer may have a coefficient of thermal expansion of 0.1 to 0.5 ppm / 占 폚 at 0 to 50 占 폚 and a dynamic storage modulus of 1 占06 to 3 占07 Pa at a temperature of 20 占 폚 and a frequency of 50 to 100 Hz. Specifically, the buffer layer has a coefficient of thermal expansion of 0.1 to 0.3 ppm / 占 폚 or 0.15 to 0.3 ppm / 占 폚 at 0 to 50 占 폚, a dynamic storage modulus at a temperature of 20 占 폚 and a frequency of 50 to 100 Hz of 1 占06 2 may be a × 10 7 Pa, or 1 × 10 6 to 5 × 10 6 Pa.
상기 완충층은 인장 강도(tensile strength)가 10 내지 50 ㎫, 10 내지 40 ㎫, 또는 10 내지 30 ㎫이고, 상기 파단 신도가 150 내지 400 %, 150 내지 350 %, 또는 200 내지 300 %일 수 있다. 또한, 상기 완충층은 열전도도가 0.01 내지 0.8 W/m·K, 0.1 내지 0.8 W/m·K, 0.1 내지 0.6 W/m·K, 또는 0.1 내지 0.5 W/m·K일 수 있다.The buffer layer may have a tensile strength of 10 to 50 MPa, 10 to 40 MPa, or 10 to 30 MPa, and the elongation at break may be 150 to 400%, 150 to 350%, or 200 to 300%. The buffer layer may have a thermal conductivity of 0.01 to 0.8 W / mK, 0.1 to 0.8 W / mK, 0.1 to 0.6 W / mK, or 0.1 to 0.5 W / mK.
상기 인장 강도 및 파단 신도는 JIS K 6771에 기재된 방법으로 측정된 것일 수 있다. 또한, 상기 열전도도는 ASTM F 433에 기재된 방법으로 측정된 것일 수 있다.The tensile strength and the elongation at break may be those measured by the method described in JIS K 6771. In addition, the thermal conductivity may be measured by the method described in ASTM F 433.
상기 열전도층과 완충층이 가열 및 가압에 의해 접착되어 층 간에 물리적 경계가 없을 수 있다. 상기 가열 및 가압은 100 내지 150 ℃로 가열 및 0.1 내지 0.5 ㎫로 가압할 수 있다.The thermally conductive layer and the buffer layer may be bonded by heating and pressing so that there is no physical boundary between the layers. The heating and pressurization can be heated to 100 to 150 ° C and pressurized to 0.1 to 0.5 MPa.
상기 방열 계면 플레이트는 평균 두께가 20 내지 200 ㎛이고, 하기 수학식 1로 계산된 두께 팽창률이 1 내지 5 %일 수 있다. 구체적으로, 상기 방열 계면 플레이트는 평균 두께가 50 내지 100 ㎛이고, 하기 수학식 1로 계산된 두께 팽창률이 1 내지 3 %일 수 있다.The heat dissipation interface plate may have an average thickness of 20 to 200 탆 and a thickness expansion rate calculated by the following equation 1: 1 to 5%. Specifically, the heat dissipation interface plate has an average thickness of 50 to 100 탆, and a thickness expansion ratio calculated by Equation (1) may be 1 to 3%.
[수학식 1][Equation 1]
상기 수학식 1에서,In the above equation (1)
초기 플레이트의 두께는 25 ℃에서 측정한 플레이트의 두께이고,The thickness of the initial plate is the thickness of the plate measured at 25 占 폚,
팽창된 플레이트의 두께는 80 ℃에서 측정한 플레이트의 두께이다.The thickness of the expanded plate is the thickness of the plate measured at 80 占 폚.
배터리 셀 모듈Battery cell module
다른 실시예의 배터리 셀 모듈은The battery cell module of another embodiment
복수 개의 배터리 셀; 배터리 셀들 사이에 삽입된 방열 계면 플레이트; 및 상기 방열 계면 플레이트와 결합된 히트 싱크를 포함하고,A plurality of battery cells; A heat dissipation interface plate inserted between battery cells; And a heat sink coupled to the heat dissipation interface plate,
상기 방열 계면 플레이트가 열전도층 및 상기 열전도층의 일면에 형성된 완충층을 포함하고, 상기 열전도층이 그라파이트 시트를 포함하며, 상기 완충층이 고분자 수지를 포함하고,Wherein the heat dissipation interface plate includes a thermally conductive layer and a buffer layer formed on one surface of the thermally conductive layer, the thermally conductive layer includes a graphite sheet, the buffer layer includes a polymer resin,
상기 그라파이트 시트가 위사와 경사가 직조된 직물 형태의 표면 구조를 갖는다.The graphite sheet has a surface structure in the form of a fabric in which weft and warp are woven.
도 4를 참조하면, 실시예의 배터리 셀 모듈(A)은 복수 개의 배터리 셀(100); 배터리 셀들 사이에 삽입된 방열 계면 플레이트(200); 및 상기 방열 계면 플레이트와 결합된 히트 싱크(300)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 히트 싱크는 냉각수(400) 또는 냉각 공기(400)의 유로로 사용될 수 있다.Referring to FIG. 4, the battery cell module A of the embodiment includes a plurality of
상기 방열 계면 플레이트, 열전도층 및 완충층은 상기 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트에서 설명한 바와 같다.The heat dissipation interface plate, the heat conduction layer, and the buffer layer are as described for the heat dissipation interface plate for the battery cell module.
상기 방열 계면 플레이트는 ㄱ자 형태로 절곡되고, 상기 방열 계면 플레이트의 절곡된 일면이 상기 히트 싱크와 결합될 수 있다. The heat dissipation interface plate may be bent in a lattice shape and a bent one side of the heat dissipation interface plate may be coupled to the heat sink.
구체적으로, 상기 결합은 상기 방열 계면 플레이트의 절곡된 일면 및 이와 맞닿는 상기 히트 싱크의 일면에 관통홀을 형성한 후 결합 부재를 통한 결합일 수 있다. Specifically, the connection may be formed by forming a through-hole on one side of the heat-dissipating interface plate and the heat sink,
또한, 상기 배터리 셀 모듈은 추가 금속층을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 배터리 셀 모듈은 추가 금속층을 포함하며, 상기 히트 싱크, 상기 방열 계면 플레이트의 절곡된 면 및 상기 추가 금속층이 차례대로 적층되도록 관통홀을 형성한 후, 결합 부재를 통해 결합될 수 있다.In addition, the battery cell module may include an additional metal layer. Specifically, the battery cell module includes an additional metal layer, and after the through hole is formed so that the heat sink, the bent surface of the heat dissipating interface plate, and the additional metal layer are laminated in order, .
다르게는, 상기 방열 계면 플레이트의 절곡된 일면과 상기 히트 싱크는 열전도성 접착제를 통해 결합될 수 있다.Alternatively, the heat sink may be coupled to the bent one side of the heat dissipation interface plate through a thermally conductive adhesive.
도 5를 참조하면, 상기 방열 계면 플레이트(200)는 ㄱ자 형태로 절곡되고, 상기 방열 계면 플레이트의 절곡된 일면이 상기 히트 싱크(300)와 결합될 수 있다.5, the heat-dissipating
도 6을 참조하면, 상기 배터리 셀 모듈은 상기 히트 싱크(300), 상기 방열 계면 플레이트(200)의 절곡된 면 및 추가 금속층(500)이 차례대로 적층된 형태를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6, the battery cell module may include the
도 7을 참조하면, 상기 배터리 셀 모듈은 상기 방열 계면 플레이트(200)의 절곡된 면과 상기 히트 싱크(300)가 결합 부재(600)를 통해 결합된 형태를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, the battery cell module may include a shape in which the bent surface of the heat dissipating
상기 결합 부재는 열전도성 접착제 또는 볼트일 수 있다. 구체적으로, 상기 히트 싱크, 상기 방열 계면 플레이트의 절곡된 면 및 추가 금속층이 차례대로 적층되도록 관통홀을 형성한 후 결합 부재를 통해 결합될 경우, 상기 결합 부재는 볼트일 수 있다. 또한, 상기 방열 계면 플레이트의 절곡된 면과 히트 싱크가 결합 부재를 통해 결합될 경우, 상기 결합 부재는 열전도성 접착제일 수 있다.The joining member may be a thermally conductive adhesive or bolt. Specifically, when the heat sink, the bent surface of the heat dissipation interface plate, and the additional metal layer are stacked in order, and the through hole is formed, the through hole is coupled through the coupling member, the coupling member may be a bolt. Further, when the bent surface of the heat dissipating interface plate and the heat sink are coupled through the fitting member, the fitting member may be a thermally conductive adhesive.
상기 열전도성 접착제는 열전도성 부품에 사용되는 통상적으로 접착제라면 특별히 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 열전도성 접착제는 실리콘계, 에폭시계 및 폴리우레탄계 열전도성 접착제 등을 들 수 있다.The thermally conductive adhesive is not particularly limited as long as it is an adhesive commonly used for thermally conductive parts. For example, the thermally conductive adhesive may be a silicone-based, epoxy-based or polyurethane-based thermally conductive adhesive.
A: 배터리 셀 모듈 100: 배터리 셀
200: 방열 계면 플레이트 300: 히트 싱크
400: 냉각수 또는 냉각 공기 500: 추가 금속층
600: 결합 부재A: Battery cell module 100: Battery cell
200: Heat dissipation interface plate 300: Heat sink
400: cooling water or cooling air 500: additional metal layer
600: coupling member
Claims (16)
상기 열전도층이 그라파이트 시트를 포함하며,
상기 완충층이 고분자 수지를 포함하고,
상기 그라파이트 시트가 위사와 경사가 직조된 직물 형태의 표면 구조를 갖고,
하기 수학식 1로 계산된 두께 팽창률이 1 내지 3 %인, 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트:
[수학식 1]
상기 수학식 1에서,
초기 플레이트의 두께는 25 ℃에서 측정한 플레이트의 두께이고,
팽창된 플레이트의 두께는 80 ℃에서 측정한 플레이트의 두께이다.
A thermally conductive layer and a buffer layer formed on one surface of the thermally conductive layer,
Wherein the thermally conductive layer comprises a graphite sheet,
Wherein the buffer layer comprises a polymer resin,
Wherein the graphite sheet has a surface structure in the form of a fabric in which weft and warp are woven,
A heat dissipation interface plate for a battery cell module having a thickness expansion rate of 1 to 3% calculated by the following equation (1)
[Equation 1]
In the above equation (1)
The thickness of the initial plate is the thickness of the plate measured at 25 占 폚,
The thickness of the expanded plate is the thickness of the plate measured at 80 占 폚.
상기 그라파이트 시트가 흑연화된 섬유를 포함하는 내층과 흑연 외층을 포함하는, 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트.
The method according to claim 1,
Wherein the graphite sheet comprises an inner layer comprising graphitized fibers and a graphite outer layer.
상기 그라파이트 시트는 평균 두께가 50㎛ 내지 500㎛인, 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트.
The method according to claim 1,
Wherein the graphite sheet has an average thickness of 50 to 500 占 퐉.
상기 그라파이트 시트는 표면 조도(Ra)가 0.5㎛ 내지 10㎛인, 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트.
The method according to claim 1,
Wherein the graphite sheet has a surface roughness (Ra) of 0.5 占 퐉 to 10 占 퐉.
상기 그라파이트 시트는 수직 열전도도가 1 내지 20 W/m·K이고, 수평 열전도도가 800 내지 2,000 W/m·K인, 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트.
The method according to claim 1,
Wherein the graphite sheet has a vertical thermal conductivity of 1 to 20 W / m 占, and a horizontal thermal conductivity of 800 to 2,000 W / m 占..
상기 완충층은 인장강도가 10 내지 30 ㎫이고, 파단 신도가 200 내지 300 %이며, 열전도도가 0.1 내지 0.5 W/m·K인, 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트.
The method according to claim 1,
Wherein the buffer layer has a tensile strength of 10 to 30 MPa, a elongation at break of 200 to 300%, and a thermal conductivity of 0.1 to 0.5 W / m · K.
상기 완충층은 0 내지 50 ℃에서의 열팽창계수가 0.1 내지 0.3 ppm/℃이고, 온도 20 ℃ 및 주파수 50 내지 100 ㎐에서 동적 저장탄성률이 1×106 내지 3×107 Pa인, 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트.
The method according to claim 1,
Wherein the buffer layer has a thermal expansion coefficient of 0.1 to 0.3 ppm / 占 폚 at 0 to 50 占 폚 and a dynamic storage modulus of 1 占06 to 3 占07 Pa at a temperature of 20 占 폚 and a frequency of 50 to 100 Hz. Heat dissipation interface plate.
상기 완충층이 비닐계 고분자를 포함하는, 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트.
The method according to claim 1,
Wherein the buffer layer comprises a vinyl-based polymer.
상기 열전도층과 완충층이 가열 및 가압에 의해 접착되어 층 간에 물리적 경계가 없는, 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트.
The method according to claim 1,
Wherein the heat conduction layer and the buffer layer are bonded by heating and pressing so that there is no physical boundary between the layers.
상기 방열 계면 플레이트는 평균 두께가 50 내지 100 ㎛인, 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트.
The method according to claim 1,
Wherein the heat radiation interface plate has an average thickness of 50 to 100 占 퐉.
상기 열전도층이 그라파이트 시트를 포함하며,
상기 완충층이 고분자 수지를 포함하고,
상기 그라파이트 시트가 위사와 경사가 직조된 직물 형태의 표면 구조를 갖고,
상기 그라파이트 시트는 표면 구조가 피치 20 내지 200 ㎛ 및 폭 60 내지 200 ㎛의 격자구조를 포함하는, 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트.
A thermally conductive layer and a buffer layer formed on one surface of the thermally conductive layer,
Wherein the thermally conductive layer comprises a graphite sheet,
Wherein the buffer layer comprises a polymer resin,
Wherein the graphite sheet has a surface structure in the form of a fabric in which weft and warp are woven,
Wherein the graphite sheet has a lattice structure with a surface structure of 20 to 200 mu m in pitch and 60 to 200 mu m in width.
상기 방열 계면 플레이트가 열전도층 및 상기 열전도층의 일면에 형성된 완충층을 포함하고, 상기 열전도층이 그라파이트 시트를 포함하며, 상기 완충층이 고분자 수지를 포함하고,
상기 그라파이트 시트가 위사와 경사가 직조된 직물 형태의 표면 구조를 갖고,
하기 수학식 1로 계산된 두께 팽창률이 1 내지 3 %인, 배터리 셀 모듈:
[수학식 1]
상기 수학식 1에서,
초기 플레이트의 두께는 25 ℃에서 측정한 플레이트의 두께이고,
팽창된 플레이트의 두께는 80 ℃에서 측정한 플레이트의 두께이다.
A plurality of battery cells; A heat dissipation interface plate inserted between battery cells; And a heat sink coupled to the heat dissipation interface plate,
Wherein the heat dissipation interface plate includes a thermally conductive layer and a buffer layer formed on one surface of the thermally conductive layer, the thermally conductive layer includes a graphite sheet, the buffer layer includes a polymer resin,
Wherein the graphite sheet has a surface structure in the form of a fabric in which weft and warp are woven,
A battery cell module having a thickness expansion rate calculated by the following formula (1): 1 to 3%
[Equation 1]
In the above equation (1)
The thickness of the initial plate is the thickness of the plate measured at 25 占 폚,
The thickness of the expanded plate is the thickness of the plate measured at 80 占 폚.
상기 방열 계면 플레이트가 ㄱ자 형태로 절곡되고,
상기 방열 계면 플레이트의 절곡된 일면이 상기 히트 싱크와 결합된, 배터리 셀 모듈.
13. The method of claim 12,
The heat dissipation interface plates are bent in a lattice shape,
And a bent one side of the heat dissipation interface plate is coupled to the heat sink.
상기 결합이 상기 방열 계면 플레이트의 절곡된 일면 및 이와 맞닿는 상기 히트 싱크의 일면에 관통홀을 형성한 후 결합 부재를 통해 결합된, 배터리 셀 모듈.
14. The method of claim 13,
Wherein the coupling is formed on one side of the heat-dissipating interface plate and on one side of the heat sink, the through-hole being in contact with the heat-dissipating interface plate, and then joined through the coupling member.
상기 배터리 셀 모듈이 추가 금속층을 포함하며,
상기 히트 싱크, 상기 방열 계면 플레이트의 절곡된 면 및 상기 추가 금속층이 차례대로 적층되도록 관통홀을 형성한 후, 결합 부재를 통해 결합된, 배터리 셀 모듈.
15. The method of claim 14,
Wherein the battery cell module comprises an additional metal layer,
Wherein the through hole is formed so that the heat sink, the bent surface of the heat dissipation interface plate, and the additional metal layer are stacked in order, and then joined through the coupling member.
상기 방열 계면 플레이트의 절곡된 일면과 상기 히트 싱크가 열전도성 접착제를 통해 결합된, 배터리 셀 모듈.14. The method of claim 13,
And the heat sink is coupled to the bent one side of the heat dissipation interface plate through the thermally conductive adhesive.
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