KR102270352B1 - 세퍼레이터 원단의 제조 방법, 세퍼레이터의 제조 방법, 세퍼레이터 원단, 및 세퍼레이터 원단 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

세퍼레이터의 결함 위치를 용이하게 특정한다. 세퍼레이터 원단(12b)의 제조 방법은, 세퍼레이터 원단(12c)에 내열층을 도공한 세퍼레이터 원단(12b)을 형성하는 형성 공정과, 상기 형성 공정에 의해 형성한 세퍼레이터 원단(12b)에 존재하는 결함(D)을 검출하는 결함 검출 공정과, 상기 세퍼레이터 원단(12b)의 폭 방향에 있어서의 결함(D)의 위치 정보를 포함하는 결함 정보를 기록하는 결함 정보 기록 공정을 포함한다.

Description

세퍼레이터 원단의 제조 방법, 세퍼레이터의 제조 방법, 세퍼레이터 원단, 및 세퍼레이터 원단 제조 장치{METHOD FOR MANUFACTURING SEPARATOR WEB, METHOD FOR MANUFACTURING SEPARATOR, SEPARATOR WEB, AND APPARATUS FOR MANUFACTURING SEPARATOR WEB}
본 발명은, 리튬 이온 이차 전지에 사용되는 세퍼레이터 원단의 제조 방법, 세퍼레이터의 제조 방법, 세퍼레이터 원단, 및 세퍼레이터 원단 제조 장치에 관한 것이다.
광학 필름을 갖는 시트상 제품의 결점 검사 장치가 알려져 있다(특허문헌 1). 이 결점 검사 장치는, 보호 필름 검사부에서 얻어진 결점 정보를 그 위치 정보, 제조 식별 정보와 함께 코드 데이터(2차원 코드, QR 코드(등록 상표))로서, PVA 필름 원단의 편단면에 소정 피치로 형성한다.
일본 특허 공개 제2008-116437호 공보(2008년 5월 22일 공개)
그러나, 리튬 이온 이차 전지에 사용되는 세퍼레이터의 제조에 있어서, 세퍼레이터 원단에 결함이 발생하고, 세퍼레이터 원단에 발생한 당해 결함의 위치를 특정하기 위해 엄청난 노동력이 투입되고 있다.
본 발명의 목적은, 세퍼레이터 원단의 결함 위치를 용이하게 특정할 수 있는 세퍼레이터 원단의 제조 방법, 세퍼레이터의 제조 방법, 세퍼레이터 원단, 및 세퍼레이터 원단 제조 장치를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 세퍼레이터 원단의 제조 방법은, 세퍼레이터 원단을 형성하는 형성 공정과, 상기 형성 공정에 의해 형성한 세퍼레이터 원단에 존재하는 결함을 검출하는 결함 검출 공정과, 상기 세퍼레이터 원단의 폭 방향에 있어서의 상기 결함의 위치 정보를 포함하는 결함 정보를 기록하는 결함 정보 기록 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 「세퍼레이터 원단」이란, 슬릿되기 전의 폭이 넓은 세퍼레이터를 의미하는 것으로 한다.
이 특징에 의하면, 세퍼레이터 원단의 폭 방향에 있어서의 상기 결함의 위치 정보를 포함하는 결함 정보를 기록하므로, 당해 기록된 위치 정보에 기초하여, 세퍼레이터 원단에 존재하는 결함을 용이하게 특정할 수 있다. 따라서, 세퍼레이터 원단에 존재하는 결함을 용이하게 제거할 수 있다.
본 발명에 따른 세퍼레이터 원단의 제조 방법에서는, 상기 결함 정보는, 상기 세퍼레이터 원단의 길이 방향에 있어서의 상기 결함의 위치 정보를 더 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 「세퍼레이터 원단의 길이 방향」은, 세퍼레이터의 제조 공정에 있어서 제조 대상물이 반송되는 방향에 상당하는 것으로 한다.
상기 구성에 의하면, 상기 결함의 길이 방향에 있어서의 위치 정보에 기초하여, 권회된 세퍼레이터 원단으로부터 세퍼레이터 원단을 권출할 때에 상기 결함을 용이하게 발견할 수 있다.
본 발명에 따른 세퍼레이터 원단의 제조 방법에서는, 상기 결함 정보는, 상기 세퍼레이터 원단의 길이 방향에 있어서의 상기 결함 위치에 대응하는 개소에 기록되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의하면, 결함 정보가 기록된 위치에 기초하여, 세퍼레이터 원단의 길이 방향에 있어서의 결함 위치를 특정할 수 있다. 또한, 세퍼레이터 원단의 길이 방향에 있어서의 상기 결함 위치에 대응하는 개소에 결함 정보가 기록되므로, 세퍼레이터 원단이 길이 방향으로 늘어나도, 결함과 결함 정보의 길이 방향의 위치가 실질적으로 어긋나지 않는다. 따라서, 세퍼레이터 원단이 길이 방향으로 늘어나도, 결함의 길이 방향의 위치를 용이하게 특정할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 세퍼레이터의 제조 방법은, 세퍼레이터 원단을 형성하는 형성 공정과, 상기 형성 공정에 의해 형성한 세퍼레이터 원단에 존재하는 결함을 검출하는 결함 검출 공정과, 상기 세퍼레이터 원단의 폭 방향에 있어서의 상기 결함의 위치 정보를 포함하는 결함 정보를 기록하는 결함 정보 기록 공정과, 상기 결함 정보 기록 공정에 의해 상기 위치 정보가 기록된 결함을 갖는 세퍼레이터 원단을 상기 원단의 길이 방향을 따라서 절단한 복수의 세퍼레이터를 형성하는 절단 공정과, 상기 위치 정보를 판독하는 판독 공정과, 상기 판독 공정에 의해 판독된 위치 정보에 기초하여, 상기 절단 공정에 의해 절단된 복수의 세퍼레이터 중 적어도 하나에, 상기 결함의 위치를 특정하기 위한 표시를 부여하는 표시 부여 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 특징에 의하면, 판독 공정에 의해 판독된 위치 정보에 기초하여, 절단 공정에 의해 절단된 복수의 세퍼레이터 중 적어도 하나에, 결함의 위치를 특정하기 위한 표시를 부여하므로, 세퍼레이터 원단을 슬릿한 복수의 세퍼레이터 중 당해 결함을 포함하는 세퍼레이터의 결함 부위를 용이하게 제거할 수 있다.
본 발명에 따른 세퍼레이터의 제조 방법에서는, 상기 표시 부여 공정에 의해 결함의 위치를 특정하기 위한 표시가 부여된 복수의 세퍼레이터 중 적어도 하나를 권취하는 권취 공정과, 상기 권취 공정에 의해 권취된 복수의 세퍼레이터 중 적어도 하나를 되감으면서 상기 표시를 검지하는 표시 검지 공정과, 상기 표시 검지 공정에 의한 표시의 검지에 따라서 되감기 동작을 정지시켜 상기 결함을 제거하는 결함 제거 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의하면, 권취 공정 후에 결함을 제거하므로, 권취 공정에서 권취를 정지할 필요가 없어 작업 효율이 향상된다.
본 발명에 따른 세퍼레이터의 제조 방법에서는, 상기 결함 제거 공정은, 상기 결함의 길이 방향의 양측의 세퍼레이터의 개소를 폭 방향을 따라서 절단하여 상기 결함을 상기 세퍼레이터로부터 제거한 후, 상기 절단한 세퍼레이터를 연결시키는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의하면, 세퍼레이터 원단에 존재하는 결함을 제거한 세퍼레이터를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 세퍼레이터의 제조 방법에서는, 상기 결함 정보 기록 공정은, 상기 위치 정보를 상기 세퍼레이터 원단의 폭 방향의 단부에 기록하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의하면, 세퍼레이터 원단의 폭 방향의 단부를 판독함으로써 결함 부위를 인식할 수 있다.
본 발명에 따른 세퍼레이터의 제조 방법에서는, 상기 결함 정보 기록 공정은, 상기 위치 정보를 정보 기억 장치에 기록해도 된다.
상기 구성에 의하면, 정보 기억 장치에 기록된 정보를 판독함으로써 결함 부위를 인식할 수 있다.
본 발명에 따른 세퍼레이터의 제조 방법에서는, 상기 표시 부여 공정은, 라벨을 붙임으로써 행하는 것이 바람직하다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 세퍼레이터 원단은, 자기의 결함의 폭 방향에 있어서의 위치 정보를 폭 방향의 단부에 기록하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 세퍼레이터 원단 제조 장치는, 세퍼레이터 원단을 형성하는 형성부와, 상기 형성부에 의해 형성된 세퍼레이터 원단에 존재하는 결함을 검출하는 결함 검출부와, 상기 세퍼레이터 원단의 폭 방향에 있어서의 상기 결함의 위치 정보를 포함하는 결함 정보를 기록하는 결함 정보 기록부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 세퍼레이터의 결함 위치를 용이하게 특정할 수 있는 세퍼레이터 원단의 제조 방법, 세퍼레이터의 제조 방법, 세퍼레이터 원단, 및 세퍼레이터 원단 제조 장치를 제공할 수 있다는 효과를 발휘한다.
도 1은 실시 형태 1에 관한 리튬 이온 이차 전지의 단면 구성을 도시한 모식도이다.
도 2는 도 1에 도시된 리튬 이온 이차 전지의 상세 구성을 도시한 모식도이다.
도 3은 도 1에 도시된 리튬 이온 이차 전지의 다른 구성을 도시한 모식도이다.
도 4는 상기 세퍼레이터 원단의 결함 마킹 방법의 결함 검출 공정 및 결함 정보 기록 공정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5는 상기 결함 검출 공정에 있어서의 기재 결함 검사 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 상기 결함 검출 공정에 있어서의 도공 결함 검사 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 상기 결함 검출 공정에 있어서의 핀 홀 결함 검사 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 상기 세퍼레이터를 슬릿하는 슬릿 장치의 구성을 도시한 모식도이다.
도 9는 도 8에 도시된 슬릿 장치의 절단 장치의 구성을 나타내는 확대도·측면도·정면도이다.
도 10은 상기 세퍼레이터의 결함 위치 특정 방법의 판독 공정, 표시 부여 공정 및 권취 공정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 11은 상기 세퍼레이터의 결함 위치 특정 방법의 표시 검지 공정, 및 결함 제거 공정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 12는 실시 형태 2에 관한 세퍼레이터 원단의 결함 마킹 방법의 결함 검출 공정 및 결함 정보 기록 공정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 13은 상기 세퍼레이터의 결함 위치 특정 방법의 판독 공정, 표시 부여 공정 및 권취 공정을 설명하기 위한 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다.
(실시 형태 1)
이하, 실시 형태 1에 관한 리튬 이온 이차 전지, 세퍼레이터, 내열 세퍼레이터, 내열 세퍼레이터의 제조 방법, 슬릿 장치, 절단 장치에 대하여 순서대로 설명한다.
(리튬 이온 이차 전지)
리튬 이온 이차 전지로 대표되는 비수 전해액 이차 전지는, 에너지 밀도가 높고, 그로 인해, 현재, 퍼스널 컴퓨터, 휴대 전화, 휴대 정보 단말기 등의 기기, 자동차, 항공기 등의 이동체에 사용되는 전지로서, 또한 전력의 안정 공급에 이바지하는 정치용 전지로서 널리 사용되고 있다.
도 1은, 리튬 이온 이차 전지(1)의 단면 구성을 도시한 모식도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 리튬 이온 이차 전지(1)는, 캐소드(11)와, 세퍼레이터(12)와, 애노드(13)를 구비한다. 리튬 이온 이차 전지(1)의 외부에 있어서, 캐소드(11)와 애노드(13) 사이에, 외부 기기(2)가 접속된다. 그리고, 리튬 이온 이차 전지(1)의 충전시에는 방향 A로, 방전시에는 방향 B로, 전자가 이동한다.
(세퍼레이터)
세퍼레이터(12)는 리튬 이온 이차 전지(1)의 정극인 캐소드(11)와, 그의 부극인 애노드(13) 사이에 협지되도록 배치된다. 세퍼레이터(12)는 캐소드(11)와 애노드(13)의 사이를 분리하면서, 이들 사이에 있어서의 리튬 이온의 이동을 가능하게 한다. 세퍼레이터(12)는 그의 재료로서, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀을 포함한다.
도 2는, 도 1에 도시된 리튬 이온 이차 전지(1)의 상세 구성을 도시한 모식도이며, (a)는 통상적인 구성을 나타내고, (b)는 리튬 이온 이차 전지(1)가 승온하였을 때의 모습을 나타내고, (c)는 리튬 이온 이차 전지(1)가 급격하게 승온하였을 때의 모습을 나타낸다.
도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터(12)에는, 다수의 구멍(P)이 설치되어 있다. 통상, 리튬 이온 이차 전지(1)의 리튬 이온(3)은, 구멍(P)을 통해 왕래할 수 있다.
여기서, 예를 들어 리튬 이온 이차 전지(1)의 과충전, 또는 외부 기기의 단락에 기인하는 대전류 등에 의해, 리튬 이온 이차 전지(1)가 승온되는 경우가 있다. 이 경우, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터(12)가 융해 또는 유연화되어, 구멍(P)이 폐색된다. 그리고, 세퍼레이터(12)는 수축한다. 이에 의해, 리튬 이온(3)의 왕래가 정지되므로, 상술한 승온도 정지한다.
그러나, 리튬 이온 이차 전지(1)가 급격하게 승온할 경우, 세퍼레이터(12)는 급격하게 수축한다. 이 경우, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터(12)가 파괴되는 경우가 있다. 그리고, 리튬 이온(3)이, 파괴된 세퍼레이터(12)로부터 누출되므로, 리튬 이온(3)의 왕래는 정지되지 않는다. 따라서, 승온은 계속된다.
(내열 세퍼레이터)
도 3은, 도 1에 도시된 리튬 이온 이차 전지(1)의 다른 구성을 도시한 모식도이며, (a)는 통상적인 구성을 나타내고, (b)는 리튬 이온 이차 전지(1)가 급격하게 승온하였을 때의 모습을 나타낸다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 리튬 이온 이차 전지(1)는 내열층(4)을 더 구비해도 된다. 내열층(4)과 세퍼레이터(12)는 내열 세퍼레이터(12a)(세퍼레이터)를 형성하고 있다. 내열층(4)은 세퍼레이터(12)의 캐소드(11)측의 편면에 적층되어 있다. 또한, 내열층(4)은 세퍼레이터(12)의 애노드(13)측의 편면에 적층되어도 되고, 세퍼레이터(12)의 양면에 적층되어도 된다. 그리고, 내열층(4)에도, 구멍(P)과 동일한 구멍이 설치되어 있다. 통상, 리튬 이온(3)은 구멍(P)과 내열층(4)의 구멍을 통해 왕래한다. 내열층(4)은, 그의 재료로서, 예를 들어 전방향족 폴리아미드(아라미드 수지)를 포함한다.
도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 리튬 이온 이차 전지(1)가 급격하게 승온하고, 세퍼레이터(12)가 융해 또는 유연화되어도, 내열층(4)이 세퍼레이터(12)를 보조하고 있기 때문에, 세퍼레이터(12)의 형상은 유지된다. 따라서, 세퍼레이터(12)가 융해 또는 유연화되어, 구멍(P)이 폐색되는 것에 그친다. 이에 의해, 리튬 이온(3)의 왕래가 정지되므로, 상술한 과방전 또는 과충전도 정지한다. 이와 같이, 세퍼레이터(12)의 파괴가 억제된다.
(내열 세퍼레이터 원단(세퍼레이터 원단)의 제조 공정)
리튬 이온 이차 전지(1)의 내열 세퍼레이터(12a)의 제조는 특별히 한정되는 것은 아니며, 공지된 방법을 이용하여 행할 수 있다. 이하에서는, 세퍼레이터(12)가 그의 재료로서 주로 폴리에틸렌을 포함하는 경우를 가정해서 설명한다. 그러나, 세퍼레이터(12)가 다른 재료를 포함하는 경우에도, 동일한 제조 공정에 의해 세퍼레이터(12)를 제조할 수 있다.
예를 들어, 열가소성 수지에 가소제를 첨가해서 필름 성형한 후, 당해 가소제를 적당한 용매로 제거하는 방법을 들 수 있다. 예를 들어, 세퍼레이터(12)가, 초고분자량 폴리에틸렌을 포함하는 폴리에틸렌 수지로 형성되어 이루어지는 경우에는, 이하에 나타낸 바와 같은 방법에 의해 제조할 수 있다.
이 방법은, (1) 초고분자량 폴리에틸렌과, 탄산칼슘 등의 무기 충전제를 혼련하여 폴리에틸렌 수지 조성물을 얻는 혼련 공정, (2) 폴리에틸렌 수지 조성물을 사용해서 필름을 성형하는 압연 공정, (3) 공정(2)에서 얻어진 필름 내에서 무기 충전제를 제거하는 제거 공정, 및 (4) 공정(3)에서 얻어진 필름을 연신시켜 세퍼레이터(12)를 얻는 연신 공정을 포함한다.
제거 공정에 의해, 필름 내에 다수의 미세 구멍이 설치된다. 연신 공정에 의해 연신된 필름의 미세 구멍은, 상술한 구멍(P)이 된다. 이에 의해, 소정의 두께와 투기도를 갖는 폴리에틸렌 미세 다공막인 세퍼레이터(12)가 형성된다.
또한, 혼련 공정에 있어서, 초고분자량 폴리에틸렌 100중량부와, 중량 평균 분자량 1만 이하의 저분자량 폴리올레핀 5 내지 200중량부와, 무기 충전제 100 내지 400중량부를 혼련해도 된다.
그 후, 도공 공정에 있어서, 세퍼레이터(12)의 표면에 내열층(4)을 형성한다. 예를 들어, 세퍼레이터(12)에 아라미드/NMP(N-메틸-피롤리돈) 용액(도공액)을 도포하고, 아라미드 내열층인 내열층(4)을 형성한다. 내열층(4)은, 세퍼레이터(12)의 편면에만 설치되어도, 양면에 설치되어도 된다. 또한, 내열층(4)으로서, 알루미나/카르복시메틸셀룰로오스를 도공해도 된다.
도공액을 세퍼레이터(12)에 도공하는 방법은, 균일하게 웨트 코팅할 수 있는 방법이라면 특별히 제한은 없고, 종래 공지된 방법을 채용할 수 있다. 예를 들어, 모세관 코팅법, 스핀 코팅법, 슬릿 다이 코팅법, 스프레이 코팅법, 딥 코팅법, 롤 코팅법, 스크린 인쇄법, 플렉소 인쇄법, 바 코터법, 그라비아 코터법, 다이 코터법 등을 채용할 수 있다. 내열층(4)의 두께는 도공 웨트 막의 두께, 도공액 내의 바인더 농도와 필러 농도의 합으로 나타내어지는 고형분 농도, 필러의 바인더에 대한 비를 조절함으로써 제어할 수 있다.
또한, 도공할 때에 세퍼레이터(12)를 고정 또는 반송하는 지지체로서는, 수지제의 필름, 금속제의 벨트, 드럼 등을 사용할 수 있다.
이상과 같이, 내열층(4)이 적층된 세퍼레이터 원단(12c)인 내열 세퍼레이터 원단(12b)을 제조할 수 있다(형성 공정)(도 4). 제조된 내열 세퍼레이터 원단(12b)은, 원통 형상의 코어(53)에 권취된다(도 4). 또한, 이상의 제조 방법으로 제조되는 대상은, 내열 세퍼레이터 원단(12b)으로 한정되지 않는다. 이 제조 방법은 도공 공정을 포함하지 않아도 된다. 이 경우, 제조되는 대상은 세퍼레이터 원단(12c)이다.
리튬 이온 이차 전지에 사용되는 내열 세퍼레이터의 제조에 있어서는, 세퍼레이터 원단에 내열층을 도공한 내열 세퍼레이터 원단을 형성하는 도공 공정에 있어서, 검사 장치에 의해 결함을 검출하면, 당해 결함을 갖는 원단에 마커에 의해 선을 긋고 내열 세퍼레이터 원단을 권취한다. 그리고, 다음의 슬릿 공정에 있어서 내열 세퍼레이터 원단을 권출한다. 그 후, 권출된 내열 세퍼레이터 원단에 상기 마커에 의한 선을 작업원이 시인하면, 작업원은 상기 내열 세퍼레이터 원단의 권출 동작을 정지시킨다. 이어서, 작업원은 상기 마커에 의한 선에 대응하는 결함의 내열 세퍼레이터 원단의 폭 방향의 위치를 눈으로 확인한다. 이어서, 상기 마커에 의한 선에 대응하는 내열 세퍼레이터 원단의 부분이, 절단 장치에 의해 길이 방향을 따라서 절단되어 복수의 내열 세퍼레이터가 형성된다. 그 후, 작업원은, 상기 마커에 의한 선에 대응하는 결함의 폭 방향의 위치에 대응하는 내열 세퍼레이터의 결함에 대응하는 위치에, 테이프를 당해 내열 세퍼레이터로부터 비어져 나오도록 붙인다. 그리고, 상기 테이프가 비어져 나오도록 붙여진 내열 세퍼레이터는 권취 롤러에 권취된다.
이어서, 권취 롤러에 권취된 상기 내열 세퍼레이터는 되감기 공정에 있어서, 권취 롤러로부터 되감기 롤러에 되감긴다. 그 후, 당해 내열 세퍼레이터로부터 비어져 나오도록 붙여진 테이프를 되감는 도중에 작업원이 발견하면, 되감기 동작을 정지한다. 그리고, 당해 테이프에 대응하는 결함이 존재하는 내열 세퍼레이터의 개소를 폭 방향을 따라서 작업원이 절단해서 제거한다. 이어서, 권취 롤러측의 내열 세퍼레이터와 되감기 롤러측의 내열 세퍼레이터를 연결시킨다. 그 후, 되감기 동작을 재개하여, 내열 세퍼레이터를 모두 되감기 롤러에 되감는다.
그러나, 내열 세퍼레이터 원단에 결함을 검출하면 상기 마커에 의한 선을 긋는 것뿐이므로, 다음의 슬릿 공정에서, 작업원이 상기 마커를 시인하면, 작업원은, 상기 내열 세퍼레이터 원단의 권출 동작을 정지시켜, 상기 결함의 폭 방향의 위치를 눈으로 확인할 필요가 있다. 이로 인해, 내열 세퍼레이터 원단을 절단한 복수의 내열 세퍼레이터에서의 결함 위치를 특정하기 위해 매우 많은 수고를 요한다.
도 4는, 상기 내열 세퍼레이터 원단(12b)의 결함 마킹 방법의 결함 검출 공정 및 결함 정보 기록 공정을 설명하기 위한 모식도이며, 도 4의 (a)는 양 공정의 정면도이며, 도 4의 (b)는 양 공정의 평면도이다. 도 5는 결함 검출 공정에 있어서의 기재 결함 검사 장치(55)의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 결함 검출 공정에 있어서의 도공 결함 검사 장치(57)의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 결함 검출 공정에 있어서의 핀 홀 결함 검사 장치(58)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
세퍼레이터 원단(12c)에, 도공부(54)에서 내열층이 도포된 내열 세퍼레이터 원단(12b)이 코어(53)에 권취된다. 세퍼레이터 원단(12c)의 결함(D)을 검사하는 기재 검사 공정(결함 검출 공정)은, 세퍼레이터 원단(12c)의 조출 공정과 도공 공정의 사이에 배치된 기재 결함 검사 장치(55)(결함 검출부, 세퍼레이터 원단 제조 장치)에 의해 실시된다. 기재 결함 검사 장치(55)는, 광원(55a)과 검출기(55b)가 세퍼레이터 원단(12c)을 사이에 두도록 배치되고, 광원(55a)으로부터 세퍼레이터 원단(12c)의 표면, 이면에 수직인 방향으로 출사되어 세퍼레이터 원단(12c)을 투과한 투과광을 검출기(55b)가 검출함으로써, 세퍼레이터 원단(12c)에 존재하는 결함(D)을 검사한다(결함 검출 공정). 상기 세퍼레이터 원단(12c)에 존재하는 결함(D)은, 관통 구멍(핀 홀)에 따른 결함, 막 두께 부정(不正)에 따른 결함, 및 이물에 따른 결함을 포함한다.
세퍼레이터 원단(12c)에 도포된 내열층(4)의 결함(D)을 검사하는 도공 검사 공정(결함 검출 공정)은, 도공 공정과, 코어(53)에 의한 권취 공정의 사이에 배치된 도공 결함 검사 장치(57)(결함 검출부, 세퍼레이터 원단 제조 장치)에 의해 실시된다. 도공 결함 검사 장치(57)는, 내열 세퍼레이터 원단(12b)의 내열층(4)측에 배치된 광원(57a) 및 검출기(57b)를 갖는다. 도공 결함 검사 장치(57)는, 광원(57a)으로부터 출사되어 내열층(4)에 의해 반사된 반사광을 검출기(57b)로 검출함으로써, 내열층(4)에 존재하는 결함(D)을 검출한다. 상기 내열층(4)에 존재하는 결함(D)은, 줄무늬에 따른 결함, 박리에 따른 결함, 튕김에 따른 결함, 및 표면 불량에 따른 결함을 포함한다. 상기 튕김에 따른 결함이란, 이물, 유분 등으로 도공액이 세퍼레이터 원단(12c)의 표면으로부터 튕겨져서 국소적으로 내열층(4)이 형성되지 않거나, 또는 형성되어도, 지극히 얇은 내열층(4)이 되는 결함을 의미한다. 상기 표면 불량에 따른 결함이란, 내열층(4)의 막 두께 불량에 따른 결함을 의미한다.
내열 세퍼레이터 원단(12b)에 발생하는 핀 홀에 의한 결함(D)을 검사하는 핀 홀 검사 공정(결함 검출 공정)은, 도공 결함 검사 장치(57)와 결함 정보 기록 장치(56)(결함 정보 기록부, 세퍼레이터 원단 제조 장치)의 사이에 배치된 핀 홀 결함 검사 장치(58)(결함 검출부, 세퍼레이터 원단 제조 장치)에 의해 실시된다. 핀 홀 결함 검사 장치(58)는, 내열 세퍼레이터 원단(12b)의 세퍼레이터 원단(12c)측에 배치된 광원(58a)과, 광원(58a)으로부터 내열 세퍼레이터 원단(12b)의 표면, 이면에 수직인 방향을 향해 출사된 광을 통과시키는 슬릿(58c)과, 슬릿(58c)을 통과해서 내열 세퍼레이터 원단(12b)을 투과한 광에 기초하여 결함(D)을 검출하는 검출기(58b)를 갖고 있다. 상기 핀 홀에 의한 결함(D)은 수백㎛ 내지 수mm의 직경을 갖는다.
핀 홀 결함 검사 장치(58)와 코어(53)의 사이에 결함 정보 기록 장치(56)가 배치되어 있다. 결함 정보 기록 장치(56)는, 기재 결함 검사 장치(55), 도공 결함 검사 장치(57), 핀 홀 결함 검사 장치(58)에 의해 검출된 결함(D)의 위치 정보를 나타내는 결함 코드(DC)(결함 정보)를, 2차원 코드, QR 코드(등록 상표) 등의 코드 데이터에 의해, 내열 세퍼레이터 원단(12b)의 길이 방향에 있어서의 결함(D)의 위치에 대응하는 내열 세퍼레이터 원단(12b)의 폭 방향의 단부에 기록한다. 상기 위치 정보는, 내열 세퍼레이터 원단(12b)의 길이 방향 및 폭 방향에 있어서의 결함(D)의 위치를 나타낸다. 상기 위치 정보는, 결함(D)의 종류를 구별할 수 있는 정보를 포함해도 된다. 결함(D)의 종류는, 예를 들어 기재 결함 검사 장치(55)에 의해 검사되는 기재의 구조적 결함, 도공 결함 검사 장치(57)에 의해 검사되는 도포에 따른 결함, 핀 홀 결함 검사 장치(58)에 의해 검사되는 구멍 뚫림에 따른 결함이다.
세퍼레이터 원단(12c), 내열 세퍼레이터 원단(12b)의 필름 장력은, 통상 200N/m 이하이며, 바람직하게는 120N/m 이하이다. 여기서, 「필름 장력」이란, 주행하는 필름의 폭 방향의 단위 길이당 가해지는 주행 방향의 장력을 의미한다. 예를 들어 필름 장력이 200N/m이면, 필름의 폭 1m에 대하여 200N의 힘이 가해진다. 필름 장력이 200N/m보다도 높으면 필름의 주행 방향으로 주름이 생겨, 결함 검사의 정밀도가 저하될 우려가 있다. 또한, 필름 장력은 통상 10N/m 이상이며, 바람직하게는 30N/ｍ 이상이다. 필름 장력이 10N/m보다도 낮으면 필름의 이완이나 사행이 발생할 우려가 있다. 세퍼레이터 원단(12c), 내열 세퍼레이터 원단(12b)에는, 구멍(P)이 형성되어 있고, 그의 필름 장력은, 광학 필름 등의 구멍이 없는 필름의 필름 장력보다도 작다. 따라서, 세퍼레이터 원단(12c), 내열 세퍼레이터 원단(12b)은, 광학 필름 등의 구멍이 없는 필름보다도 늘어나기 쉬운 물성을 갖는다. 이로 인해, 내열 세퍼레이터 원단(12b)의 길이 방향에 있어서의 결함(D)의 위치에 대응하는 내열 세퍼레이터 원단(12b)의 폭 방향의 단부에 결함 코드(DC)를 기록하면, 내열 세퍼레이터 원단(12b)이 길이 방향으로 늘어나도, 결함(D)의 길이 방향의 위치와 결함 코드(DC)의 길이 방향의 위치가 실질적으로 어긋나지 않는다. 따라서, 내열 세퍼레이터 원단(12b)이 길이 방향으로 늘어나도, 결함(D)의 길이 방향의 위치를 용이하게 특정할 수 있다.
결함 코드(DC)가 단부에 기록된 내열 세퍼레이터 원단(12b)은 코어(53)에 권취된다. 내열 세퍼레이터 원단(12b)을 권취한 코어(53)는 다음의 슬릿 공정으로 옮겨진다.
(슬릿 장치)
내열 세퍼레이터 원단(12b)(이하 「세퍼레이터 원단」)으로부터 형성되는 내열 세퍼레이터(12a), 또는 세퍼레이터 원단(12c)으로부터 형성되는 세퍼레이터(12)(이하 「세퍼레이터」)는, 리튬 이온 이차 전지(1) 등의 응용 제품에 적합한 폭(이하 「제품 폭」)인 것이 바람직하다. 그러나, 생산성을 높이기 위해서, 세퍼레이터 원단은, 그의 폭이 제품 폭 이상이 되도록 제조된다. 그리고, 일단 제조된 후에, 세퍼레이터 원단은, 제품 폭으로 절단(슬릿)되어 세퍼레이터가 된다. 또한, 「세퍼레이터의 폭」이란, 세퍼레이터가 연장되는 평면에 대하여 평행하고, 또한 세퍼레이터의 길이 방향에 대하여 수직인 방향의 세퍼레이터의 길이를 의미한다.
도 8은, 세퍼레이터 원단(12b)을 슬릿하는 슬릿 장치(6)의 구성을 도시한 모식도이며, (a)는 전체 구성을 나타내고, (b)는 세퍼레이터 원단(12b)을 슬릿하는 전후의 구성을 나타낸다.
도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 슬릿 장치(6)는 회전 가능하게 지지된 원기둥 형상의, 권출 롤러(61)와, 롤러(62 내지 65)와, 복수의 권취 롤러(69)를 구비한다. 슬릿 장치(6)에는, 후술하는 절단 장치(7)(도 9)가 더 설치되어 있다.
(슬릿 전)
슬릿 장치(6)에서는, 세퍼레이터 원단(12b)을 감은 원통 형상의 코어(53)가 권출 롤러(61)에 끼워져 있다. 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터 원단(12b)은, 코어(53)로부터 경로 U 또는 L로 권출된다. 권출된 세퍼레이터 원단(12b)은 롤러(63)를 경유하여, 롤러(64)에, 예를 들어 속도 100m/분으로 반송된다. 반송되는 공정에 있어서 세퍼레이터 원단(12b)은, 복수의 세퍼레이터(12a)에 길이 방향을 따라서 슬릿된다.
(슬릿 후)
도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 복수의 세퍼레이터(12a)의 일부는, 각각, 복수의 권취 롤러(69)에 끼워진 각 코어(81)에 권취된다. 또한, 복수의 세퍼레이터(12a)의 다른 일부는, 각각, 복수의 권취 롤러(69)에 끼워진 각 코어(81)에 권취된다. 또한, 롤 형상으로 권취된 세퍼레이터를 「세퍼레이터 권회체」라 칭한다.
(절단 장치)
도 9는, 도 8의 (a)에 도시된 슬릿 장치(6)의 절단 장치(7)의 구성을 도시한 도면이며, (a)는 절단 장치(7)의 측면도이며, (b)는 절단 장치(7)의 정면도이다.
도 9의 (a), (b)에 도시된 바와 같이, 절단 장치(7)는, 홀더(71)와, 날(72)을 구비한다. 홀더(71)는, 슬릿 장치(6)에 구비되어 있는 하우징 등에 고정되어 있다. 그리고, 홀더(71)는 날(72)과, 반송되는 세퍼레이터 원단(12b)과의 위치 관계가 고정되도록, 날(72)을 유지하고 있다. 날(72)은, 날카롭게 갈아진 에지에 의해 세퍼레이터의 원단을 슬릿한다.
도 10은, 세퍼레이터(12a)의 결함 위치 특정 방법의 판독 공정, 표시 부여 공정 및 권취 공정을 설명하기 위한 모식도이다. 세퍼레이터 원단(12b)은, 코어(53)(도 8)로부터 일정 속도(예를 들어, 80m/분)로 권출된다. 판독부(73)는, 세퍼레이터 원단(12b)의 폭 방향의 단부에 기록된 결함 코드(DC)를 판독한다(판독 공정). 그리고, 슬릿 장치(6)에 설치된 복수의 절단 장치(7)는, 세퍼레이터 원단(12b)을 길이 방향을 따라서 절단하여 복수개의 세퍼레이터(12a)를 형성한다(절단 공정).
이어서, 표시 부여 장치(74)는, 판독부(73)에 의해 판독된 결함 코드(DC)에 의해 표시되는 결함(D)의 폭 방향의 위치 정보에 기초하여, 절단 장치(7)에 의해 절단된 복수개의 세퍼레이터(12a) 중 하나를 특정하고, 상기 특정한 하나의 세퍼레이터(12a)의 결함(D)에 대응하는 위치에 표시(L)를 부여한다(표시 부여 공정). 또한, 결함(D)이 복수개 존재할 때는, 표시 부여 장치(74)는, 복수개의 세퍼레이터(12a)를 특정한다. 여기서, 바람직한 표시(L)로서는, 라벨을 들 수 있고, 바람직한 표시 부여 장치(74)로서는, 라벨러를 들 수 있다.
표시(L)는, 라벨 대신에, 펜에 의해 묘화된 마크여도 되고, 인젝터에 의해 도포된 마크여도 된다. 또한, 표시(L)는 수지로 구성되는 세퍼레이터(12a)를 가열함으로써 인자되는 서모 라벨이어도 되고, 또한 세퍼레이터(12a)에 레이저로 구멍을 뚫음으로써 표시(L)를 형성해도 된다.
절단 장치(7)에 의해 절단된 복수개의 세퍼레이터(12a)는, 복수개의 코어(81)에 각각 권취된다(권취 공정).
그리고, 표시 부여 장치(74)는, 결함 코드(DC)에 의해 표시되는 결함(D)의 세퍼레이터 원단(12b)의 길이 방향의 위치 정보를 결함 코드(DC2)로서, 상기 특정한 하나의 세퍼레이터(12a)를 권취한 최외주부(86) 및/또는 코어(81)에 기록한다.
도 11은, 세퍼레이터(12a)의 결함 위치 특정 방법의 표시 검지 공정, 및 결함 제거 공정을 설명하기 위한 모식도이며, 도 11의 (a)는 표시 검지 공정을 설명하기 위한 모식도이며, 도 11의 (b)는 결함 제거 공정을 설명하기 위한 모식도이다. 먼저, 표시 검지 장치(83)가 최외주부(86) 및/또는 코어(81)에 기록된 결함 코드(DC2)를 판독한다. 그리고, 표시 검지 장치(83)가 판독한 정보를 받아, 표시 부여 장치(74)에 의해 표시(L)가 부착된 세퍼레이터(12a)의 코어(81)로부터, 코어(82)로의 되감기 동작을 개시한다. 이어서, 표시 검지 장치(83)는, 판독한 결함 코드(DC2)에 의해 표시되는 결함(D)의 세퍼레이터 원단(12b)의 길이 방향의 위치 정보에 기초하여, 결함(D)의 위치가 가까워지면, 세퍼레이터(12a)의 상기 되감기 동작의 속도를 감속한다.
그리고, 세퍼레이터(12a)의 결함(D)에 대응하는 위치에 붙여진 표시(L)가, 표시 검지 장치(83)에 의해 검지된다(표시 검지 공정). 표시 검지 장치(83)에 의해 표시(L)가 검지되면, 표시 검지 장치(83)가 세퍼레이터(12a)의 되감기 동작을 정지한다. 그 후, 결함 제거 장치(84)는, 표시(L)에 대응하는 결함(D)의 상류측 및 하류측의 세퍼레이터(12a)의 개소를 폭 방향을 따라서 절단하여 결함(D)을 세퍼레이터(12a)로부터 제거한다(결함 제거 공정). 이러한 결함 제거 공정은 결함 제거 장치(84) 대신에 작업자가 수작업으로 실시해도 된다. 그리고, 연결 장치(85)는, 절단된 세퍼레이터(12a)를 연결시킨다(연결 공정). 이러한 연결 공정은, 연결 장치(85) 대신에 작업자가 수작업으로 실시해도 된다. 이어서, 연결 장치(85)는, 세퍼레이터(12a)의 되감기 동작을 재개한다. 그리고, 세퍼레이터(12a)의 코어(81)로부터 코어(82)로의 되감기가 완료된다. 여기서, 2개로 분할된 세퍼레이터(12a)는 연결하지 않고, 각각 별도의 코어에 되감아도 된다. 즉, 절단되기 전의 부분을 코어(82)에 되감고, 절단된 후의 부분을 코어(82) 이외의 코어에 되감으면 된다.
(실시 형태 2)
실시 형태 1에서는, 세퍼레이터 원단(12b)에 존재하는 결함(D)의 위치 정보를 세퍼레이터 원단(12b)의 단부에 기록하는 예를 나타냈다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 결함(D)의 위치 정보는, 정보 기억 장치에 기록하도록 구성해도 된다.
도 12는, 실시 형태 2에 관한 세퍼레이터 원단(12b)의 결함 마킹 방법의 결함 검출 공정 및 결함 정보 기록 공정을 설명하기 위한 모식도이다. 도 13은, 세퍼레이터(12a)의 결함 위치 특정 방법의 판독 공정, 표시 부착 공정, 및 권취 공정을 설명하기 위한 모식도이다. 실시 형태 1에서 상술한 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 붙이고 있다. 따라서, 이들 구성 요소의 상세한 설명은 반복하지 않는다.
결함 정보 기록 장치(56a)(결함 정보 기록부, 세퍼레이터 원단 제조 장치)는, 기재 결함 검사 장치(55), 도공 결함 검사 장치(57), 핀 홀 결함 검사 장치(58)에 의해 검출된 세퍼레이터 원단(12c·12b)에 존재하는 결함(D)의 길이 방향 및 폭 방향에 있어서의 위치를 나타내는 위치 정보를 정보 기억 장치(91)에 기록한다. 그리고, 판독부(73a)는, 결함(D)의 길이 방향 및 폭 방향에 있어서의 위치 정보를 정보 기억 장치(91)로부터 판독한다(판독 공정).
본 발명은 상술한 각 실시 형태에 한정되지 않고, 청구항에 나타낸 범위에서 다양한 변경이 가능하고, 상이한 실시 형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적절히 조합해서 얻어지는 실시 형태에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
본 발명은, 리튬 이온 이차 전지에 사용되는 세퍼레이터 원단의 결함 마킹 방법, 세퍼레이터의 결함 위치 특정 방법, 세퍼레이터 원단, 및 세퍼레이터 원단 제조 장치에 이용할 수 있다.
4 내열층
6 슬릿 장치
7 절단 장치(절단기)
12 세퍼레이터
12a 내열 세퍼레이터(세퍼레이터)
12b 내열 세퍼레이터 원단(세퍼레이터 원단)
12c 세퍼레이터 원단
54 도공부(세퍼레이터 원단 제조 장치)
55 기재 결함 검사 장치(결함 검출부, 세퍼레이터 원단 제조 장치)
57 도공 결함 검사 장치(결함 검출부, 세퍼레이터 원단 제조 장치)
58 핀 홀 결함 검사 장치(결함 검출부, 세퍼레이터 원단 제조 장치)
56, 56a 결함 정보 기록 장치(결함 정보 기록부, 세퍼레이터 원단 제조 장치)
73 판독부
74 표시 부여 장치
81 코어
82 코어
83 표시 검지 장치
84 결함 제거 장치
85 연결 장치
86 최외주부
91 정보 기억 장치
D 결함
DC, DC2 결함 코드(위치 정보)
L 표시

Claims (11)

  1. 다공질인 전지용의 세퍼레이터 원단을 형성하는 형성 공정과,
    상기 형성 공정에 의해 형성한 세퍼레이터 원단에 존재하는 결함을 검출하는 결함 검출 공정과,
    상기 세퍼레이터 원단의 폭 방향에 있어서의 상기 결함의 위치 정보를 포함하는 결함 코드를, 상기 세퍼레이터 원단의 길이 방향에 있어서의 상기 결함의 위치에 대응하는 개소에 형성함으로써, 상기 결함 코드의 형성 위치에 의해 상기 세퍼레이터 원단의 길이 방향에 있어서의 상기 결함의 위치를 표시하는 결함 정보 기록 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 세퍼레이터 원단의 제조 방법.
  2. 다공질인 전지용의 세퍼레이터 원단을 형성하는 형성 공정과,
    상기 형성 공정에 의해 형성한 세퍼레이터 원단에 존재하는 결함을 검출하는 결함 검출 공정과,
    상기 세퍼레이터 원단의 폭 방향에 있어서의 상기 결함의 위치 정보를 포함하는 결함 코드를, 상기 세퍼레이터 원단의 길이 방향에 있어서의 상기 결함의 위치에 대응하는 개소에 형성함으로써, 상기 결함 코드의 형성 위치에 의해 상기 세퍼레이터 원단의 길이 방향에 있어서의 상기 결함의 위치를 표시하는 결함 정보 기록 공정과,
    상기 결함 정보 기록 공정에 의해 상기 위치 정보가 기록된 결함을 갖는 세퍼레이터 원단을 상기 원단의 길이 방향을 따라서 절단한 복수의 세퍼레이터를 형성하는 절단 공정과,
    상기 위치 정보를 판독하는 판독 공정과,
    상기 판독 공정에 의해 판독된 위치 정보에 기초하여, 상기 절단 공정에 의해 절단된 복수의 세퍼레이터 중 적어도 하나에, 상기 결함의 위치를 특정하기 위한 표시를 부여하는 표시 부여 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 세퍼레이터의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 표시 부여 공정에 의해 결함의 위치를 특정하기 위한 표시가 부여된 복수의 세퍼레이터 중 적어도 하나를 권취하는 권취 공정과,
    상기 권취 공정에 의해 권취된 복수의 세퍼레이터 중 적어도 하나를 되감으면서 상기 표시를 검지하는 표시 검지 공정과,
    상기 표시 검지 공정에 의한 표시의 검지에 따라서 되감기 동작을 정지시켜 상기 결함을 제거하는 결함 제거 공정을 포함하는, 세퍼레이터의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 결함 제거 공정은, 상기 결함의 길이 방향의 양측의 세퍼레이터의 개소를 폭 방향을 따라서 절단하여 상기 결함을 상기 세퍼레이터로부터 제거한 후, 상기 절단한 세퍼레이터를 연결시키는, 세퍼레이터의 제조 방법.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결함 정보 기록 공정은, 상기 결함 코드를 상기 세퍼레이터 원단의 폭 방향의 단부에 형성하는, 세퍼레이터의 제조 방법.
  6. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표시 부여 공정은, 라벨을 붙임으로써 행해지는, 세퍼레이터의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 표시 부여 공정은, 라벨을 붙임으로써 행해지는, 세퍼레이터의 제조 방법.
  8. 다공질인 전지용의 세퍼레이터 원단이며,
    자기의 결함의 폭 방향에 있어서의 위치 정보를 포함하는 결함 코드를, 길이 방향에 있어서의 상기 결함의 위치에 대응하는 개소이며 또한 폭 방향의 단부에 형성함으로써, 상기 결함 코드의 형성 위치에 의해 길이 방향에 있어서의 상기 결함의 위치가 표시되는 것을 특징으로 하는, 세퍼레이터 원단.
  9. 다공질인 전지용의 세퍼레이터 원단을 형성하는 형성부와,
    상기 형성부에 의해 형성된 세퍼레이터 원단에 존재하는 결함을 검출하는 결함 검출부와,
    상기 세퍼레이터 원단의 폭 방향에 있어서의 상기 결함의 위치 정보를 포함하는 결함 코드를, 상기 세퍼레이터 원단의 길이 방향에 있어서의 상기 결함의 위치에 대응하는 개소에 형성함으로써, 상기 결함 코드의 형성 위치에 의해 상기 세퍼레이터 원단의 길이 방향에 있어서의 상기 결함의 위치를 표시하는 결함 정보 기록부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 세퍼레이터 원단 제조 장치.
  10. 세퍼레이터 원단을 형성하는 형성 공정과,
    상기 형성 공정에 의해 형성한 세퍼레이터 원단에 존재하는 결함을 검출하는 결함 검출 공정과,
    상기 세퍼레이터 원단의 폭 방향에 있어서의 상기 결함의 위치 정보를 포함하는 결함 정보를 기록하는 결함 정보 기록 공정과,
    상기 결함 정보 기록 공정에 의해 상기 위치 정보가 기록된 결함을 갖는 세퍼레이터 원단을 상기 원단의 길이 방향을 따라서 절단한 복수의 세퍼레이터를 형성하는 절단 공정과,
    상기 위치 정보를 판독하는 판독 공정과,
    상기 판독 공정에 의해 판독된 위치 정보에 기초하여, 상기 절단 공정에 의해 절단된 복수의 세퍼레이터 중 적어도 하나에, 상기 결함의 위치를 특정하기 위한 표시를 부여하는 표시 부여 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 세퍼레이터의 제조 방법.
  11. 삭제
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