KR20070069860A - Secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타내는 분리 사시도, 1 is an exploded perspective view illustrating a secondary battery according to an embodiment of the present invention;
도 2 는 도 1 에 나타낸 이차전지의 캔의 넓은 측면의 정면도,2 is a front view of a wide side of the can of the secondary battery shown in FIG. 1;
도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 캔의 넓은 측면의 정면도, 3 is a front view of a wide side of a can of a secondary battery according to another embodiment of the present invention;
도 4 는 전지 내압에 의하여 발생하는 캔의 넓은 측면의 응력분포도이다.4 is a stress distribution diagram of a wide side of a can generated by battery internal pressure.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1: 이차전지 10: 캔 1: secondary battery 10: can
10a: 캔의 넓은 측면 11: 전극조립체10a: wide side of the can 11: electrode assembly
12: 전지부 100: 캡조립체12: battery unit 100: cap assembly
200, 200': 벤트의 개구부200, 200 ': vent opening
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캔의 넓은 측면에 형성되는 벤트의 위치를 조절함으로써 전지 내부에서 발생한 가스가 원활하게 배출되는 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to a secondary battery in which gas generated inside a battery is smoothly discharged by adjusting a position of a vent formed on a wide side of a can.
통상적으로, 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 작동전압이 3.6V로서, 전자장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위중량당 에너지밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.In general, a secondary battery refers to a battery that can be charged and discharged, unlike a primary battery that cannot be charged, and is widely used in the field of advanced electronic devices such as a cellular phone, a notebook computer, a camcorder, and the like. In particular, lithium secondary batteries have an operating voltage of 3.6V, which is three times higher than nickel-cadmium batteries or nickel-hydrogen batteries, which are widely used as electronic equipment power sources, and are rapidly increasing in terms of high energy density per unit weight.
이러한 리튬 이차전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 또한, 리튬 이차전지는 여러가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.Such lithium secondary batteries mainly use lithium-based oxides as positive electrode active materials and carbon materials as negative electrode active materials. Moreover, although lithium secondary batteries are manufactured in various shapes, typical shapes include cylindrical shape, square shape, and pouch type.
이 중 각형 이차전지는 전극조립체와, 이 전극조립체를 수용하는 캔과, 이 캔에 결합되는 캡조립체를 포함하여 이루어진다.Among these, the rectangular secondary battery includes an electrode assembly, a can containing the electrode assembly, and a cap assembly coupled to the can.
전극조립체는 전지부와 전극탭을 포함한다. 전지부는 양극과 음극 및 이들 두 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 권취되어 젤리롤 형태를 이루며, 이 전지부의 양극 및 음극으로부터 양극 및 음극탭이 각각 인출되어 있다.The electrode assembly includes a battery part and an electrode tab. The battery part is wound around a positive electrode and a negative electrode and a separator interposed between these two electrodes to form a jelly roll, and the positive and negative electrode tabs are drawn out from the positive and negative electrodes of the battery part, respectively.
캔은 각형 이차전지에서 대략 직육면체의 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 딥 드로잉(deep drawing) 등의 가공방법으로 형성한다. 따라서 캔 자체가 단자역할을 수행하는 것도 가능하다. 캔을 이루는 재질로는 경량의 전도성 금속인 알미늄 또는 알미늄 합금이 바람직하다. 캔은 전극조립체와 전해액의 용기가 되고, 전극조립체가 투입되도록 개방된 상부는 캡조립체에 의해 봉해진다. The can is a metal container having a substantially rectangular parallelepiped shape in a rectangular secondary battery, and is formed by a processing method such as deep drawing. It is therefore possible for the can itself to act as a terminal. As the material for forming the can, aluminum or aluminum alloy, which is a lightweight conductive metal, is preferable. The can becomes a container of the electrode assembly and the electrolyte solution, and the upper portion opened to insert the electrode assembly is sealed by the cap assembly.
캡조립체는 캔의 상부에 결합되는 캡플레이트와, 단자통공을 통하여 설치되 고 그 외면에 캡플레이트와의 절연을 위한 가스켓이 위치하는 전극단자와, 캡플레이트의 아랫면에 설치되는 절연플레이트와, 이 절연플레이트의 아랫면에 설치되어 전극단자와 통전되는 단자플레이트를 포함하여 이루어진다. 전극조립체의 음극은 음극탭과 단자플레이트를 통해 전극단자와 전기적으로 연결되고, 양극은 양극탭을 통해 캡플레이트나 캔에 전기적으로 연결된다. The cap assembly includes a cap plate coupled to an upper portion of the can, an electrode terminal provided through a terminal hole, and a gasket for insulating the cap plate on an outer surface thereof, an insulating plate installed on a lower surface of the cap plate, It is provided on the bottom surface of the insulating plate and comprises a terminal plate that is energized with the electrode terminal. The negative electrode of the electrode assembly is electrically connected to the electrode terminal through the negative electrode tab and the terminal plate, and the positive electrode is electrically connected to the cap plate or the can through the positive electrode tab.
한편, 캡플레이트의 일 측에 벤트가 형성될 수도 있고, 혹은 캔의 넓은 측면에 벤트(vent)가 형성될 수도 있다. 캔의 넓은 측면에 형성되는 벤트(이하, '측면벤트'라고도 함)는 일정 깊이의 홈을 갖는 개구부가 형성된 부분이다. 이러한 벤트의 개구부는 과충전 등으로 인하여 전지의 내부압력이 증가할 때 다른 부분보다 우선적으로 파단되어 내부가스를 방출시킴으로써 전지의 안전성을 확보하는 역할을 한다. Meanwhile, a vent may be formed at one side of the cap plate, or a vent may be formed at a wide side of the can. Vents formed on the wide sides of the can (hereinafter, also referred to as 'side vents') are portions in which openings having grooves having a predetermined depth are formed. The vent opening breaks preferentially than other parts when the internal pressure of the battery increases due to overcharging, and thus releases the internal gas, thereby ensuring safety of the battery.
기존의 측면벤트를 설계함에 있어서는, 전지의 내부가스의 압력에 의하여 캔이 스웰링될 때 생기는 응력의 분포만을 고려하여 벤트의 형상 및 위치와 개구부의 두께를 정하였다. In designing the existing side vent, the shape and position of the vent and the thickness of the opening were determined in consideration of only the distribution of stress generated when the can is swelled by the pressure of the internal gas of the battery.
예를 들어, 스웰링시 캔의 넓은 측면의 귀퉁이부분에 가장 큰 응력이 가해지기 때문에, 캔의 귀퉁이부분에 측면벤트를 형성하여 내압의 증가에 민감하게 반응하도록 하였다. 이 경우, 비교적 두꺼운 개구부를 가질 수 있으므로 벤트 형성 작업에 드는 시간 및 비용을 절감할 수 있었다. For example, since the greatest stress is applied to the corner of the wide side of the can during swelling, a side vent is formed at the corner of the can to make it sensitive to the increase in internal pressure. In this case, it is possible to have a relatively thick opening, thereby reducing the time and cost of the vent forming operation.
또 다른 예로, 캔의 넓은 측면의 네 귀퉁이부분 가운데 상부의 두 귀퉁이부분 사이 중앙에 측면벤트를 형성할 수도 있다. 캔의 귀퉁이부분에 형성된 측면벤트 는, 파단시 크랙(crack)이 전지의 전(全) 부분으로 번져나가게 되고, 캔의 상부에 결합된 캡플레이트의 용접부위까지 파손될 수 있어 전극조립체 및/또는 전극탭이 손상되는 것뿐만 아니라 전지의 안정성에 대한 신뢰를 떨어뜨리는 문제가 발생하는데, 이를 해결하기 위함이다.As another example, a side vent may be formed in the center between two upper corners of the four corners of the wide side of the can. The side vents formed at the corners of the can may cause cracks to spread to all parts of the cell upon breakage, and may break up to the welds of the capplates coupled to the top of the can, thus causing an electrode assembly and / or an electrode. Not only is the tab damaged, but there is a problem that reduces the reliability of the battery, to solve this problem.
그러나, 측면벤트를 설계함에 있어 상기 요소 외에 내부가스의 원활한 배출이 일어날 수 있는지가 매우 중요한 요소가 된다. 벤트는 파단압 자체도 중요하지만, 그보다는 내부가스가 원활히 배출되어 전지의 안정성을 확보하는 것이 본래의 목적이기 때문이다. However, in designing the side vents, it is very important that smooth discharge of internal gas can occur in addition to the above elements. Vent is also important to break pressure itself, but rather because the internal gas is smoothly discharged to ensure the stability of the battery is the original purpose.
그런데, 기존의 측면벤트는 그 개구부의 상단부가 캔 내부에 수납된 전지부의 상단보다 하부에 위치하거나 같은 기준선 상에 위치하여 있다. 이에 따라, 스웰링에 의하여 벤트의 파단압에 이르러 벤트의 개구부가 열리더라도 내부가스가 원활하게 배출되지 못하는 문제가 있다. However, in the existing side vents, the upper end of the opening is positioned below the upper end of the battery unit housed in the can or on the same reference line. Accordingly, even if the vent opening is opened due to the break pressure of the vent, the internal gas may not be discharged smoothly.
특히, 1차 반응에 의해 전지 내부의 가스압이 점점 증가하게 되면 벤트의 개구부가 파단되어 내부가스가 배출되고, 그 후에도 계속 열이 가해져 다시 전지 내부에서 보다 많은 양의 가스가 생성되는 2차 반응이 일어나게 되는데, 이 2차 반응에 의한 내부가스를 원활하게 배출하지 못하게 되어 전지가 폭발하는 등 전지의 안정성에 문제가 있다.In particular, when the gas pressure inside the battery is gradually increased by the first reaction, the opening of the vent is broken and the internal gas is discharged, and afterwards, the secondary reaction in which a larger amount of gas is generated inside the battery is continued. In this case, the internal gas may not be discharged smoothly by the secondary reaction, and the battery may explode.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 캔의 넓은 측면에 형성되는 벤트의 위치를 조절함으로써 전지 내부에서 발생한 가스를 원활하게 배출하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve this problem, and an object thereof is to smoothly discharge gas generated inside a battery by adjusting a position of a vent formed on a wide side of a can.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이차전지는,In order to achieve this object, the secondary battery according to the present invention,
전지부와, 상기 전지부의 두 전극에서 각각 인출된 전극탭을 구비한 전극조립체; 상기 전극조립체가 수용되는 캔; 및 상기 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡조립체를 포함하여 이루어지고, An electrode assembly having a battery unit and electrode tabs respectively drawn from the two electrodes of the battery unit; A can containing the electrode assembly; And a cap assembly coupled with the open top of the can,
상기 캔의 넓은 측면에 일정 깊이로 홈이 파여 개구부를 갖는 벤트가 형성되며, 상기 벤트의 개구부 중 적어도 일부는 상기 캔의 넓은 측면 중 상기 전지부의 상단에 대응되는 부분보다 상부에 위치하는 것을 특징으로 한다.A vent is formed in the wide side of the can with a groove formed at a predetermined depth, and at least some of the opening of the vent is positioned above the portion corresponding to the upper end of the battery unit among the wide sides of the can. It is done.
이때, 상기 벤트의 개구부의 한 변은 상기 캔의 넓은 측면의 상변에 평행하면서 상기 전지부의 상단에 대응되는 부분보다 상부에 위치할 수도 있다.In this case, one side of the opening of the vent may be located above the portion corresponding to the upper end of the battery unit while being parallel to the upper side of the wide side of the can.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 이차전지에 관한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of a secondary battery according to the present invention.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타내는 분리 사시도이다.1 is an exploded perspective view illustrating a rechargeable battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 이차전지는 전극조립체(11)와, 이 전극조립체(11)를 수용하는 캔(10)과, 이 캔(10)과 결합되는 캡조립체(100)를 포함하여 이루어진다. Referring to the drawings, the secondary battery includes an
전극조립체(11)는 전기를 발생시키는 전지부(12)와, 이 전지부(12)에 결합되어 전기를 외부로 인출하는 전극탭(16, 17)으로 이루어진다. 전지부(12)는 통상 전기용량을 높이기 위해 양극(13) 및 음극(15)을 넓은 판형으로 형성한 뒤, 이들을 상호 절연시키는 세퍼레이터(14)를 양극(13)과 음극(15) 사이에 개재하여 적층하 고, 와형으로 권취하여 이른바 '젤리롤(Jelly Roll)' 형태로 만든다. 음극(15) 및 양극(13)은 각각 구리 및 알미늄 포일로 이루어진 집전체 각각에 음극 활물질인 탄소와 양극 활물질인 코발트산 리튬 등을 코팅시켜 형성할 수 있다. 세퍼레이터(14)는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 공중합체(co-polymer)로 이루어져 있다. 세퍼레이터(14)는 양극(13) 및 음극(15)보다 폭을 넓게 하여 형성하는 것이 극판 간의 단락을 방지하는 데 유리하다. 전지부(12)에는 각 전극과 연결된 양극 및 음극탭(16, 17)이 인출되어 있다. 상기 양극 및 음극탭(16, 17)에는 전지부(12)의 외부로 인출되는 경계부에 극판(13, 15) 간의 단락을 방지하기 위하여 절연테이프(18)가 감겨져 있다.The
캔(10)은 도시된 바와 같은 각형 이차전지에서 대략 직육면체의 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 딥 드로잉(deep drawing) 등의 가공방법으로 형성한다. 따라서 캔 자체가 단자역할을 수행하는 것도 가능하다. 캔을 이루는 재질로는 경량의 전도성 금속인 알미늄 또는 알미늄 합금이 바람직하다. 캔(10)은 전극조립체(11)와 전해액의 용기가 되고, 전극조립체(11)가 투입되도록 개방된 상부는 캡조립체(100)에 의해 봉해진다. 캔의 넓은 측면에는 벤트(200)가 형성되는데, 이 벤트(200)에 관해서는 후술하기로 한다.The
캡조립체(100)는 캡플레이트(110)와, 전극단자(130)와, 절연플레이트(140)와, 단자플레이트(150)를 포함하여 이루어진다. 캡플레이트(110)에는 단자통공(111)이 형성되어 있는데, 전극단자(130)가 그 외면에 캡플레이트(110)와의 절연을 위하여 가스켓(120)을 위치시킨 채 단자통공(111)을 관통하여 설치된다. 캡플레이 트(110)의 아랫면에는 절연플레이트(140)가 설치되어 있고, 이 절연플레이트(140)의 아랫면에는 단자플레이트(150)가 설치되어 있다. 이 단자플레이트(150)에는 전극단자(130)의 하단부가 결합되어 있다. The
전극조립체(11)의 음극(15)은 음극탭(17)과 단자플레이트(150)를 통하여 전극단자(130)와 전기적으로 연결되어 있다. 전극조립체(11)의 양극(13)의 경우에는 양극탭(16)이 캡플레이트(110)나 캔(10)에 용접되어 있다. 상기 단자플레이트(150)의 하부에는 절연케이스(190)가 더 설치될 수도 있다. 한편, 극성을 달리하여 전지를 설계할 수도 있을 것이다.The
캡플레이트(110)의 일 측에는 캔(10)의 내부에 전해액을 주입하기 위한 전해액주입공(112)이 형성되어 있으며, 전해액 주입 후 상기 전해액주입공(112)을 밀폐시키는 밀봉부(160)가 형성된다.An
캔의 넓은 측면에 형성된 벤트(200)에 관하여 보다 상세하게는 다음과 같다.Vent 200 formed on the wide side of the can in more detail as follows.
도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 캔의 넓은 측면(10a)에 일정 깊이로 홈이 파여 개구부(200)를 갖는 벤트가 형성되며, 상기 벤트의 개구부(200) 중 적어도 일부는 상기 캔의 넓은 측면(10a) 중 전지부(12)의 상단에 대응되는 부분보다 상부에 위치하여 있다.Referring to FIG. 2, in the rechargeable battery according to the exemplary embodiment, a vent having a
벤트는 일정 깊이의 홈을 갖는 개구부(200)가 형성된 부분으로서 과충전 등으로 인하여 전지의 내부가스에 의한 압력이 증가할 때 다른 부분보다 우선적으로 파단되어 내부가스를 방출시킴으로써 전지의 안전성을 확보하는 역할을 한다. Vent is a part in which the
이러한 벤트의 개구부는 스웰링시 전지 내부의 응력분포 및 전지부 상단의 높이 등을 고려하여 다양한 위치에서 다양한 형상을 가질 수 있다. The opening of the vent may have various shapes at various positions in consideration of the stress distribution inside the battery and the height of the upper end of the battery during swelling.
먼저, 전지부 상단의 높이를 고려하여 벤트의 개구부의 위치를 살펴본다. First, the position of the opening of the vent is considered in consideration of the height of the upper end of the battery unit.
전지부 상단의 높이를 고려한다는 의미는, 스웰링시 내부가스압에 의해 벤트의 개구부가 열릴 때 가스가 원활하게 배출될 수 있어야 하는데, 이를 위해 벤트의 개구부 중 적어도 일부가 전지부의 상단보다 상부에 위치할 필요가 있다는 것을 의미한다. The consideration of the height of the top of the battery compartment means that the gas can be smoothly discharged when the opening of the vent is opened by the internal gas pressure during swelling. For this purpose, at least a part of the opening of the vent is located above the top of the battery compartment. It means that it needs to be located.
도 2 및 도 3 을 참조하면, 개구부(200, 200')의 한 변(상변)은 캔의 넓은 측면(10a)의 상변에 평행하면서 캔의 넓은 측면(10a) 중 전지부(12)의 상단에 대응되는 부분보다 상부에 위치하여 있다. 따라서, 내부가스압에 의해 벤트의 개구부(200, 200')가 열리면 전지부(12)로 인해 가스의 배출이 방해받지 않으므로, 가스가 원활하게 배출될 수 있다. 2 and 3, one side (upper side) of the
벤트의 개구부(200)의 상변(210)은 캔의 넓은 측면(10a)의 상변에 평행하게 배치되어 있는데, 상변(210)이 직선으로 형성되는 것이 굴곡지게 형성되는 것보다 벤트의 개구부(200)의 파단이 용이하다. 또한, 캔의 중앙에 직선으로 형성된 상변(210)이 기울지 않고 캔의 상변에 평행하게 배치됨으로써 상기 벤트의 개구부(200)에 전지 내압가스에 의한 응력이 균일하게 작용하게 되어 벤트의 파단압 설계가 용이해진다.The
한편, 전지의 내부가스에 의하여 스웰링된 캔(여기서, 캔은 장변이 48.7mm, 단변이 33.8mm인 경우)의 넓은 측면(10a)의 응력분포를 보면, 도 4 에 도시한 바와 같이, 캔의 변부분(21), 평면부분(22), 제 1 귀퉁이부분(23), 제 2 귀퉁이부분(24) 의 순으로 응력이 증가하는 것을 알 수 있다. 즉, 캔이 내부가스의 압력에 의하여 스웰링될 때 귀퉁이부분(23, 24)에서 가장 큰 응력이 발생하고 있다.On the other hand, when looking at the stress distribution of the
벤트의 개구부(200)의 상변은 캔의 넓은 측면(10a)의 상변에서 2.0∼3.0㎜ 이격되는 것이 바람직하다. 전지부(12)의 상단은 캔의 넓은 측면(10a)의 상변에서 통상 3.0㎜ 정도 이격되어 있다. 따라서, 이격 거리가 3.0㎜보다 크면, 내부가스압에 의해 벤트의 개구부(200)가 열리더라도 전지부(12)로 인해 가스의 배출이 방해받게 되므로, 가스가 원활하게 배출될 수 없게 된다. 한편, 2.0㎜보다 작으면, 도 4 에 나타낸 바와 같이, 응력이 가장 약한 캔의 변부분(21)에 인접하여 상기 벤트의 상변의 파단이 용이하지 않으므로, 전지의 안정성을 해하게 된다.The upper side of the
다음으로, 스웰링시 전지 내부의 응력분포를 고려하여 벤트의 개구부의 위치 및 형상을 살펴본다.Next, the position and shape of the opening of the vent are considered in consideration of the stress distribution inside the battery during swelling.
도 2 및 도 3 을 살펴보면, 벤트의 개구부(200, 200')의 형상은 한 변이 열린 다각형이고, 상기 열린 부분은 캔의 넓은 측면(10a)의 중앙을 향하도록 위치하여 있다. 2 and 3, the
도 3 을 참조하면, 스웰링시 캔의 넓은 측면(10a)의 귀퉁이부분에 가장 큰 응력이 가해지기 때문에, 캔의 네 귀퉁이부분 가운데 상부의 두 귀퉁이부분 중 적어도 하나에 측면벤트(200')를 형성하여 내압의 증가에 민감하게 반응하도록 한다. 이 경우, 비교적 두꺼운 개구부(200')를 가질 수 있으므로 벤트 형성 작업에 드는 시간 및 비용을 절감할 수 있다. Referring to FIG. 3, since the greatest stress is applied to the corners of the
한편, 도 2 를 참조하면, 벤트의 개구부(200)는 한 변이 열린 사각의 형상 (-형)을 띄고 있다. 이때, 상기 벤트는 캔의 넓은 측면(10a)의 네 귀퉁이부분 가운데 상부의 두 귀퉁이부분 사이 중앙에 위치하여 있다. 이 경우, 내압에 의해 벤트의 개구부(200) 파단시 캔의 과도한 파손을 막아 전극조립체 및/또는 전극탭의 손상을 방지할 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 2, the
본 발명에 따른 이차전지는 캔의 넓은 측면에 형성되는 벤트의 개구부 중 적어도 일부가 전지부의 상단에 대응되는 부분보다 상부에 위치하도록 함으로써, 전지 내부에서 발생한 가스의 배출이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.In the secondary battery according to the present invention, at least a part of the opening of the vent formed on the wide side of the can is positioned above the portion corresponding to the upper end of the battery unit, so that the gas generated inside the battery can be discharged smoothly. have.
본 발명은 도시된 실시예를 중심으로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 할 수 있는 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 포괄할 수 있음을 이해할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the illustrated embodiments, it is merely exemplary, and the present invention may encompass various modifications and equivalent other embodiments that can be made by those skilled in the art. Will understand.
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- 2005-12-28 KR KR1020050132435A patent/KR20070069860A/en not_active Application Discontinuation
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Legal Events
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |