KR20160063217A - 부착력이 우수한 이차전지용 cid조립체의 제조방법 및 그에 의한 cid조립체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 부착력이 우수한 이차전지용 CID조립체의 제조방법 및 그에 의한 CID조립체를 개시한다.
본 발명에 따르는 이차전지용 CID조립체의 제조방법 및 그의 조립체는 박형안전밴트를 판재 형상의 캡다운부를 대향시키고, 상기 박형안전밴트와 캡다운부와의 사이에 접착절연부재를 개재시키는 단계를 포함하며, 상기 박형안전밴트 또는 캡다운부의 접착절연부재와 대면하는 면에는 레이저빔 조사에 의한 음각패턴부가 구비된 것을 특징으로 하는데, 이에 의할 때 캡어셈블리의 부품들간에 끼워맞춤에 의한 마찰력만으로 유지된 구조를 개선하여 회전저항력과 부착력을 향상시켜 진동에 의한 불량을 대폭 감소시키고, CID조립체의 두께를 근본적으로 감소시켜 구조적 안정성을 확보하며 이차전지의 용량을 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따르는 이차전지용 CID조립체의 제조방법 및 그의 조립체는 박형안전밴트를 판재 형상의 캡다운부를 대향시키고, 상기 박형안전밴트와 캡다운부와의 사이에 접착절연부재를 개재시키는 단계를 포함하며, 상기 박형안전밴트 또는 캡다운부의 접착절연부재와 대면하는 면에는 레이저빔 조사에 의한 음각패턴부가 구비된 것을 특징으로 하는데, 이에 의할 때 캡어셈블리의 부품들간에 끼워맞춤에 의한 마찰력만으로 유지된 구조를 개선하여 회전저항력과 부착력을 향상시켜 진동에 의한 불량을 대폭 감소시키고, CID조립체의 두께를 근본적으로 감소시켜 구조적 안정성을 확보하며 이차전지의 용량을 증가시킬 수 있다.
Description
본 발명은 이차전지용 CID조립체의 제조방법 및 이의 조립체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 캡어셈블리의 부품들간에 끼워맞춤에 의한 마찰력만으로 유지된 구조를 개선하여 회전저항력과 부착력을 향상시켜 진동에 의한 불량을 대폭 감소시키고, CID조립체의 두께를 근본적으로 감소시켜 구조적 안정성을 확보하며 이차전지의 용량을 증가시키는 이차전지용 CID조립체 및 이의 이차전지에 관한 것이다.
종래 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
또한, 전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형 구조와, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형 구조로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어 가장 널리 제작되고 있으며, 젤리-롤형 전극조립체는 통상적으로 원통형 전지로 제작된다.
그런데, 전지의 충방전시 젤리-롤형 전극조립체는 반복적인 팽창과 수축을 겪으면서 변형되는 경향이 있다. 이러한 과정에서 응력이 중심부로 집중되어 전극이 분리막을 뚫고 금속 센터 핀에 접촉됨으로써 내부 단락이 유발한다.
상기 내부 단락으로 인한 발열에 의해 유기 용매가 분해되어 가스가 발생하고, 전지 내의 가스압 상승에 의해 전지가 파열될 수 있다. 이러한 전지 내부의 가스압 상승은 외부 충격에 의해 내부 단락이 발생하였을 때에도 일어날 수 있다.
상기와 같은 전지의 안전성 문제를 해결하기 위하여, 원통형 전지의 캡 어셈블리에는 고압가스를 배출하는 안전밴트, 고온에서 전류를 차단하는 PTC 소자, 전지 내압의 상승시 전류를 차단하는 전류차단소자(Current Interrupt Device: CID) 등의 안전 소자들과 상기 소자들을 보호하는 돌출형 단자를 형성하는 탑캡 등이 가스켓에 의해 고정된 구조로 이루어져 있다.
상기 캡 어셈블리의 구조는, 가스켓이 안전밴트, PTC 소자, CID, 탑캡 등의 외주면을 감쌈으로써, 본질적으로 전지 내부의 전해액이 외부로 누출되는 것을 방지한다. 따라서, 전지의 최내측에 위치하는 안전밴트와 그것의 외주면을 감싸는 가스켓의 계면을 통해 전해액이 누출되지 않는다면, 안전밴트와 PTC 소자의 계면, PTC 소자와 탑캡의 계면 등 금속 소재들 간의 계면에서도 전해액 누출이 발생하지 않는다.
그러나, 전지의 충방전 작동 과정, 낙하, 외부 충격 등에 의해, 실질적으로 가스켓과 안전밴트의 계면을 통해 일부 전해액이 누출되며, 이렇게 누출된 전해액이 금속 소재들 간의 계면을 통해 외부로 쉽게 누출될 수 있는 문제점이 있다. 즉, 금속 소재들 간의 상호 계면 부위는 상대적으로 밀착성이 떨어지므로, 일단 금속 소재들의 계면으로 유입된 전해액은 가스켓과 관련 소자들의 계면 부위에 비해 외부로 쉽게 누출될 수 있어서, 캡 어셈블리에서 전해액이 누출되는 현상을 감소시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
이와 관련하여, 일본 특허출원공개 제2006-286561호, 일본 특허출원 공개 제2005-100927호, 일본 특허출원공개 제2002-373711호 등에는 탑캡 하방에 가스켓이 구비된 캡 어셈블리가 개시되어 있다. 그러나, 이들 출원들에 개시되어 있는 캡 어셈블리는 안전소자들의 외주면을 감싸면서 밀봉하는 가스켓의 형상이 복잡하므로 제조하기가 용이하지 않고, 금속소재들(안전밴트, PTC 소자 및 탑캡)의 상호 계면 부위에서 전해액 누액이 발생하므로, 상기의 문제점을 근원적으로 해결하고 있지는 못하고 가스켓이 여러개 사용되는 구조이어서 두께가 두꺼워질 수 밖에 없는 문제가 있었다.
이를 해소하기 위하여 대한민국공개특허공보 제 2011-35625 호에서는, 도 11에서 볼 수 있는 바와 같이, 캡 어셈블리(400a)는 캔(200a)의 상부 비딩부(210a)에 장착되는 기밀유지용 가스켓(500a) 내부에 탑캡(410a), 전류차단용 안전소자(PTC 소자: 420a) 및 내부 압력 강하용 안전밴트(430a), 및 CID(440a)가 밀착되어 있는 구조로 이루어져 있다. 원통형 이차전지(100a)는 캔(200a)의 내부에 전극조립체(110a)를 삽입하여 캡어셈블리(400a)와 리드탭(300a)을 통하여 전기적으로 접속하도록 하고, 여기에 전해액(111a)을 주입하며, 캔(200a)의 개방 상단에 캡 어셈블리(400a)를 장착하고 상부 비딩부(210a)의 끝단을 캡어셈블리(400a)를 감싸도록 하여 밀봉하고 있으나, 이 역시 부품들간에 끼워맞춤에 의한 마찰력만으로 구조가 유지되고 있어 진동시 불량이나 이상작동이 발생될 수 있고, 부분적으로 용접에 의하여 구조안정성을 향상시키고는 있으나 가스켓이 여러개 사용되고 안전벤트의 Z벤딩 형상으로 두께가 두꺼워지고 복잡한 조립공정으로 제조비용 상승의 원인이 되고 있으며 외부의 진동으로 인하여 구성부품간의 결합력이 느슨해져 불량이 다발하고 있는 실정이다.
또 다른 기술로 대한민국공개특허공보 제1999-67165호에서는 도 12에서 볼 수 있는 바와 같이, 두께 0.10mm, 직경 12.7mm의 알루미늄으로 이루어진 상부금속박(7)의 중앙부에 직경 4.0mm의 C형형상의 각인을 사용해서 얇은 두께부(7a)를 형성하고, 상부금속박(7)의 중앙부를 그 둘레가장자리부보다 0.5mm의 단차로 역사다리꼴형상으로 아래쪽으로 드리워지게 하고, 두께 0.10mm, 직경 13.5mm이고, 직경 1.5mm의 4개의 통기구멍을 가진 알루미늄으로 이루어진 하부금속박(8)(캡다운부(34) 대응)에 직경 2.5mm의 ○형형상의 각인을 사용해서 얇은 두께부(8a)를 형성하고, 이 2매의 금속박의 둘레가장자리부에 절연가스킷(3)을 개재시키고, 또한 상부금속박(7)의 역사다리꼴형상으로 아래쪽으로 드리워지게한 중앙부와 하부금속박(8)의 중앙부를 용접아며, 이것을 직경1.5mm의 4개의 통기구멍을 가진 알루미늄제어금속케이스(4)의 속에 삽입하고, 그 상부에 온도저항체(5) 및 직경 1.5mm의 4개의 통기구멍을 가진 금속제캡(6)을 얹어 놓고, 금속케이스(4)의 둘레가장자리부를 봉하여 붙임으로써 실링판을 구성하고 있으나, 이 역시 가스켓, 벤딩부를 사용하여 물리적 마찰력을 확보하도록 하여 두께가 두꺼워지고 복잡한 조립공정으로 제조비용 상승의 원인이 되고 있으며 사용시 외부의 진동으로 인하여 구성부품간의 결합력이 느슨해져 불량이 다발하는 문제를 여전히 안고 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫번째 기술적 과제는 캡어셈블리의 부품들간에 끼워맞춤에 의한 마찰력만으로 유지된 구조를 개선하여 회전저항력과 부착력을 향상시켜 진동에 의한 불량을 대폭 감소시키고, CID조립체의 두께를 근본적으로 감소시켜 구조적 안정성을 확보하며 이차전지의 용량을 증가시키는 부착력이 우수한 이차전지용 CID조립체의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 두번째 기술적 과제는 캡어셈블리의 부품들간에 끼워맞춤에 의한 마찰력만으로 유지된 구조를 개선하여 회전저항력과 부착력을 향상시켜 진동에 의한 불량을 대폭 감소시키고, CID조립체의 두께를 근본적으로 감소시켜 구조적 안정성을 확보하며 이차전지의 용량을 증가시키는 CID조립체를 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 첫번째 기술적 과제를 해결하기 위하여, 박형안전밴트를 판재 형상의 캡다운부를 대향시키고, 상기 박형안전밴트와 캡다운부와의 사이에 절연부재를 개재시키는 단계를 포함하며, 상기 박형안전밴트 또는 캡다운부의 절연부재와 대면하는 면에는 레이저빔 조사에 의한 음각패턴부가 구비된 것을 특징으로 하는 이차전지용 CID조립체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 레이저빔의 조사량(dosage)은 1 내지 12mJ/㎠인 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 음각패턴부는 점선형 음각인 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 점선형 음각은 연속된 원형이나 타원형 형상의 음각 또는 연결된 원형이나 타원 형상의 음각 그루브인 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 음각 그루브의 인접변으로는 복수개의 부정형돌출부가 돌출된 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 점선형 음각은 상기 돌출부를 중심으로 상기 박형안전밴트 또는 캡다운부의 외주 형상에 대응되는 형상으로 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 점선형 음각은 상기 돌출부에서 상기 박형안전밴트와 캡다운부의 외주를 향하는 방향으로 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 절연부재는 변성폴리올레핀계 수지인 것일 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 변성폴리올레핀계 수지는 에틸렌 또는 프로필렌과 극성기를 갖는 모노머의 공중합체로서, 에틸렌/아크릴산 공중합체, 에틸렌/메타크릴산 공중합체, 에틸렌/에틸 아크릴레이트, 에틸렌-부틸 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌/이타콘산 공중합체, 에틸렌/모노메틸 말레이트 공중합체, 에틸렌/말레산 공중합체, 에틸렌/아크릴산/메틸 메타크릴레이트 공중합체, 에틸렌/메타크릴산/에틸 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌/모노메틸 말레이트/에틸 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌/메타크릴산/비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌/아크릴산/비닐알콜 공중합체, 에틸렌/프로필렌/아크릴산 공중합체, 에틸렌/스티렌/아크릴산 공중합체, 에틸렌/메타크릴산/아크릴로 니트릴 공중합체, 에틸렌/푸마린산/비닐 메틸에테르 공중합체, 에틸렌/염화비닐/아크릴산 공중합체, 에틸렌/비닐리덴클로라이드/아크릴산 공중합체, 에틸렌/염화삼불화에틸렌/메타크릴산 공중합체, 에틸렌/메타 아크릴산 나트륨 염 공중합체, 에틸렌/아크릴산 아연 염 공중합체, 에틸렌/스티렌 술폰산 나트륨 염 공중합체, 스티렌-에틸렌-프로필렌 공중합체, 프로필렌/아크릴산 공중합체, 프로필렌/메타크릴산 공중합체, 프로필렌/에틸 아크릴레이트, 프로필렌-부틸 아크릴레이트 공중합체, 프로필렌-비닐 아세테이트 공중합체, 프로필렌/이타콘산 공중합체, 프로필렌/모노메틸 말레이트 공중합체, 프로필렌/말레산 공중합체, 프로필렌/아크릴산/메틸 메타크릴레이트 공중합체, 프로필렌/메타크릴산/에틸 아크릴레이트 공중합체, 프로필렌/모노메틸 말레이트/에틸 아크릴레이트 공중합체, 프로필렌/메타크릴산/비닐 아세테이트 공중합체, 프로필렌/아크릴산/비닐알콜 공중합체, 프로필렌/프로필렌/아크릴산 공중합체, 프로필렌/스티렌/아크릴산 공중합체, 프로필렌/메타크릴산/아크릴로 니트릴 공중합체, 프로필렌/푸마린산/비닐 메틸에테르 공중합체, 프로필렌/염화비닐/아크릴산 공중합체, 프로필렌/비닐리덴클로라이드/아크릴산 공중합체, 프로필렌/염화삼불화에틸렌/메타크릴산 공중합체, 프로필렌/메타 아크릴산 나트륨 염 공중합체, 프로필렌/아크릴산 아연 염 공중합체, 프로필렌/스티렌 술폰산 나트륨 염 공중합체, 스티렌-프로필렌-프로필렌 공중합체, 무수 말레산이 그라프트된 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌인 치환된 폴리올레핀계 수지로서, 무수 말레산이 그라프트된 고밀도 폴리에틸렌 (m-HDPE), 무수 말레산이 그라프트된 프로필렌 (m-PP), 무수 말레산이 그라프트된 폴리에틸렌/프로필렌 공중합체 (m-cpp), 염소화 폴리에틸렌, 폴리 프로필렌(CM), 클로로술폰화 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌(CSM)인 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 절연부재는 호모 폴리프로필렌 수지, 폴리프로필렌과 PBT의 혼합수지, 폴리프로필렌과 PBT가 공중합된 수지 또는 전자선 가교가 가능한 변성 프로필렌 수지와 가교조제의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 절연부재에는 탄산칼슘, 실리카, 클레이, 산화티타늄, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탈크, 유리섬유 또는 탄소섬유가 더 포함되는 것일 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 두번째 기술적 과제를 해결하기 위하여, 상술한 제조방법에 의하여 제조된 상기 박형안전밴트 또는 캡다운부의 절연부재와 대면하는 면에는 레이저빔 조사에 의한 음각패턴부가 구비된 것을 특징으로 하는 이차전지용 CID조립체를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 음각패턴부는 점선형 음각인 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 점선형 음각은 연속된 원형이나 타원형 형상의 음각 또는 연결된 원형이나 타원 형상의 음각 그루브인 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 음각 그루브의 인접변으로는 복수개의 부정형돌출부가 돌출된 것일 수 있다.
본 발명에 의하면, 캡어셈블리의 부품들간에 끼워맞춤에 의한 마찰력만으로 유지된 구조를 개선하여 회전저항력과 부착력을 향상시켜 진동에 의한 불량을 대폭 감소시키고, CID조립체의 두께를 근본적으로 감소시켜 구조적 안정성을 확보하며 이차전지의 용량을 증가시킨다.
도 1은 본 발명에 따르는 제조방법의 순서를 나타낸 공정순서도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 박형안전밴트, 절연부재, 캡다운부 및 서브플레이트가 결합된 상태를 단면적으로 보여주는 그림이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 접착절연부재의 상하부로 박형안전밴트와 캡다운부에 음각패턴부가 형성된 단면을 나타내는 그림이고,
도 4는 본 발명의 레이저빔 주파수와 피드레이트에 따라 형성되는 음각 형상을 그 상부에서 보는 그림이며,
도 5는 본 발명의 레이저빔의 조사량과 피드레이트의 관계에 따른 불량영역을 표시한 그래프이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따르는 점선형 음각을 촬영한 사진이며,
도 7은 본 발명에 따르는 음각패턴부의 일형상을 보여주는 그림이고,
도 8은 본 발명에 따르는 음각패턴부의 다른 형상을 나타낸 그림이며,
도 9는 본 발명에 따르는 박형안전밴트, 절연부재, 캡다운부 및 서브플레이트를 결합제조한 CID조립체의 부착강도를 전해질용액 함침 후에 경시적으로 측정한 그래프이고,
도 10은 본 발명에 따르는 박형안전밴트, 절연부재, 캡다운부 및 서브플레이트를 결합제조한 CID조립체의 회전토크를 전해질용액 함침 후에 경시적으로 측정한 그래프이며,
도 11은 종래의 캡 어셈블리가 이차전지 캔 상부 비딩부에 장착되는 단면을 보여주는 그림이고,
도 12는 종래의 이차전지 캡조립체의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 박형안전밴트, 절연부재, 캡다운부 및 서브플레이트가 결합된 상태를 단면적으로 보여주는 그림이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 접착절연부재의 상하부로 박형안전밴트와 캡다운부에 음각패턴부가 형성된 단면을 나타내는 그림이고,
도 4는 본 발명의 레이저빔 주파수와 피드레이트에 따라 형성되는 음각 형상을 그 상부에서 보는 그림이며,
도 5는 본 발명의 레이저빔의 조사량과 피드레이트의 관계에 따른 불량영역을 표시한 그래프이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따르는 점선형 음각을 촬영한 사진이며,
도 7은 본 발명에 따르는 음각패턴부의 일형상을 보여주는 그림이고,
도 8은 본 발명에 따르는 음각패턴부의 다른 형상을 나타낸 그림이며,
도 9는 본 발명에 따르는 박형안전밴트, 절연부재, 캡다운부 및 서브플레이트를 결합제조한 CID조립체의 부착강도를 전해질용액 함침 후에 경시적으로 측정한 그래프이고,
도 10은 본 발명에 따르는 박형안전밴트, 절연부재, 캡다운부 및 서브플레이트를 결합제조한 CID조립체의 회전토크를 전해질용액 함침 후에 경시적으로 측정한 그래프이며,
도 11은 종래의 캡 어셈블리가 이차전지 캔 상부 비딩부에 장착되는 단면을 보여주는 그림이고,
도 12는 종래의 이차전지 캡조립체의 단면도이다.
이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에 대하여 아래에서와 같이, 실시 가능한 예를 들어 설명하나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 속하는 기술 분야의 통상 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따르는 제조방법의 순서를 나타낸 공정순서도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 박형안전밴트, 접착절연부재, 캡다운부 및 서브플레이트가 결합된 상태를 단면적으로 보여주는 그림이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 접착절연부재의 상하부로 박형안전밴트와 캡다운부에 음각패턴부가 형성된 단면을 나타내는 그림이고, 도 4는 본 발명의 레이저빔 주파수와 피드레이트에 따라 형성되는 음각 형상을 그 상부에서 보는 그림이며, 도 5는 본 발명의 레이저빔의 조사량과 피드레이트의 관계에 따른 불량영역을 표시한 그래프이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따르는 점선형 음각을 촬영한 사진이며, 도 7은 본 발명에 따르는 음각패턴부의 일형상을 보여주는 그림이고, 도 8은 본 발명에 따르는 음각패턴부의 다른 형상을 나타낸 그림이며, 도 9는 본 발명에 따르는 박형안전밴트, 접착절연부재, 캡다운부 및 서브플레이트를 결합제조한 CID조립체의 부착강도를 전해질용액 함침 후에 경시적으로 측정한 그래프이고, 도 10은 본 발명에 따르는 박형안전밴트, 접착절연부재, 캡다운부 및 서브플레이트를 결합제조한 CID조립체의 회전토크를 전해질용액 함침 후에 경시적으로 측정한 그래프인데, 이를 참고하여 보면, 본 발명에 따르는 이차전지용 CID조립체의 제조방법은 박형안전밴트(300)를 판재 형상의 캡다운부(330)를 대향시키고, 상기 박형안전밴트와 캡다운부와의 사이에 절연부재(350)를 개재시키는 단계를 포함하며, 상기 박형안전밴트 또는 캡다운부의 절연부재와 대면하는 면에는 레이저빔 조사에 의한 음각패턴부(305, 355)가 구비되는 특징이 있다.
먼저, 상기 음각패턴부(305, 355)는 레이저빔 조사에 의하여 상기 박형안전밴트 또는 캡다운부의 접착절연부재와 대면하는 면에 미세 패턴(fine pattern)으로 식각하는 공정(S1)을 볼 수 있다.
상기 음각패턴부는 점선형 음각으로 구비될 수도 있는데, 상기 점선형은 원형(3051)이나 타원형의 복수개 형상으로 음각이나 이들이 연속적으로 이어진 음각을 의미하는 것으로, 레이저빔이 특정 주파수를 가지고 조사되므로 레이저빔의 표적물체에 조사되는 표면이 원형이나 타원 형상으로 고 에너지를 전달하고, 이 에너지에 의하여 박형안전밴트(300) 또는 캡다운부(330)의 조사면이 음각으로 식각(etching)되는데, 이러한 원형이나 타원 형상을 조밀한 간격으로 할 수록 선형(3052)에 가까워지고 멀게 할 수록 원형이나 타원 형상이 명확하게 발현될 수 있는데, 본 발명의 음각패턴부는 선형에 가까운 음각이든 원형이나 타원 형상의 점들의 연속체이든 상관없이 박형안전밴트 또는 캡다운부의 뒤틀림이나 휨이 없이 인장강도, 작동파단압과 같은 물성을 만족하는 범위내에서 사용할 수 있어서, 상기 점선형 음각을 연속된 원형이나 타원형 형상의 음각 또는 연결된 원형이나 타원 형상의 음각 그루브(groove, 3053)로 성형할 수 있다.
또한, 상기 음각패턴부(305, 355)의 형성을 위한 레이저빔의 조사량(dosage)은 1 내지 12mJ/㎠를 사용할 수 있는데, 만일 1 mJ/㎠ 미만이면, 인장강도와 작동파단압을 만족할 수 없을 수 있고, 반대로 12mJ/㎠를 초과하면 박형안전밴트(300) 또는 캡다운부(330)의 뒤틀림이나 휨이 발생할 수 있으며, 또한 상기 음각 그루브(3053)의 인접변으로는 돌출되는 복수개의 부정형돌출부(3054)가 고에너지로 인하여 기화 또는 미세 입자(fine particles)로 손실될 수 있다.
즉, 동일한 조사량이나 주파수에서 레이저빔 이동속도(feed rate)를 증가시키면 조사량이 감소하여 그루브홈(3053)의 깊이가 부족할 수 있고, 반대로 이동속도를 감소시키면 박형안전밴트(300) 또는 캡다운부(330)의 뒤틀림이나 휨이 발생할 수 있다.
여기서 상기 부정형돌출부(3054)는 고에너지의 레이저빔에 의하여 금속표면이 식각되며 형성되는 돌출편들로 순간적으로 형성되며, 이러한 돌출편들이 경화되거나 건조된 접착절연부재의 내부로 다양한 형태로 삽입고정되어 CID조립체 부품들간의 부착력 및 회전저항력을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 음각패턴부(305, 355)를 이루는 점선형 음각(3051, 3052)은 상기 돌출부(310)를 중심으로 상기 박형안전밴트 또는 캡다운부의 외주 형상에 대응되는 형상으로 형성할 수 있으며(도 7 참조), 부착력이나 인장강도 확보 측면외에 특별히 회전저항력을 부여하기 위하여 상기 점선형 음각을 상기 돌출부에서 상기 박형안전밴트와 캡다운부의 외주를 향하는 방향으로 형성되도록 하여(도 8 참조), 접착절연부재를 개재한 박형안전밴트와 캡다운부와의 계면에서 발생될 수 있는 회전외력에 대한 저항력의 향상을 유도할 수 있다.
다음으로, 박형안전밴트(300)와 캡다운부(340)와의 사이에 절연부재(350)를 개재하게 되는데, 앞서 언급한 종래기술인 상/하부금속박의 결합구조 타입이나 하부금속박(캡다운부)에 서브플레이트를 웰딩한 구조 타입에서 서브플레이트를 채용한 타입을 예로 들어 설명하면, 돌출부(310)를 구비한 박형안전밴트(300)를 상기 돌출부가 개구인 중앙부에 위치되도록 판재 형상의 캡다운부(330)를 대향시키고, 상기 박형안전밴트와 캡다운부와의 사이에 상기 돌출부와 중앙부가 노출되도록 개재되어 부착되는 절연부재를 개재시키고, 상기 중앙부를 덮도록 고정되데, 상기 돌출부에 접촉되는 서브플레이트(360)를 상기 캡다운부에 부착하게 된다.
상기 박형안전밴트(slim vent, 300)의 돌출부(310)는 캡다운부(Cap-down, 330)의 중앙부(340)로 노출되며, 절연부재(350)의 개재로 인해 서로 이격되어 있고, 상기 절연부재(350)의 개재되는 폭은 이상작동으로 내부압력이 상승되어, 돌출부(310)와 서브플레이트(360)의 접착면이 파단되어도 상호 단락(short)을 방지할 수 있도록 넓게 개재되는 것이 바람직한데, 상기 절연부재(350)는 그 중앙이 상기 중앙부(340) 직경 이상 크기의 홀부(미도시)를 구비하도록 하여 이를 실현할 수 있다.
도 1의 공정순서도에서는 절연부재를 개재하고 서브플레이트를 상기 캡다운부에 부착하는 순서로 나열되어 있으나, 서브플레이트와 캡다운부를 먼저 부착하고 절연부재를 개재하여도 무방하다 하겠다.
또한, 상기 돌출부(310)의 주위로 동심원 형상으로 적어도 하나의 노치(320)를 구비하여 이상 고압시에 파단되거나 형태가 변하도록 하여 아웃개싱(outgasing)이나 돌출부와 서브플레이트와의 접촉면을 파단하여 전류의 흐름을 차단할 수 있다.
또한, 상기 캡다운부착재는 캡다운부(330)에 열을 가함으로써 접착절연부재(350)가 늘러붙는 것을 방지할 수 있음은 물론, 균일한 열을 전달할 수 있어 부착면 전체에 일정한 부착력을 확보할 수 있다.
여기서, 상기 캡다운부(330)가 아닌 박형안전밴트부(300)를 먼저 열융착하게 되면, 접착절연부재(350)와 부착된 박형안전밴트조립체를 제조된 이후, 여기에 직경이 작은 캡다운부를 부착해야 하는데, 정위치에 정렬(align)하기 위해서는 별도의 가이드 지그(guiding jig)가 필요하며, 직경이 작은 것을 하부에, 직경이 큰 것을 상부에 위치할 수 밖에 없고(보여야 하므로), 이 경우 캡다운부를 하부에 위치시키고 상부에 박형안전밴트조립체를 위치시키게 되면 상부에서 가열이 불리할 수 있다.
즉, 하부에서 가열(heating)을 하게 되면, 이미 가열이 되어 있는 가이드 지그에 정렬할 때 배치되는 시간과 압착하는 시간을 모두 고려해야 하는 불이익이 있다.
반대로, 상부에서 가열이 이루어 지면, 하부로 구동 및 접촉하여 압착하는 시간만 고려하므로 공정이 유리하게 된다.
한편, 상부와 하부를 동시에 가열하여 부착하는 경우도 마찬가지로 하부에는 과열 및 과용융이 되어 치수안정정을 유지하는데 매우 불리하게 된다.
아울러, 상기 절연부재(350)는 절연성과 내열성을 구비한 고분자재료인 한 특별하게 제한하여 사용할 것은 아니며, 더 접착성을 아울러 구비하여도 무방하며 일례로 변성폴리올레핀계 수지, 호모 폴리프로필렌 수지, 폴리프로필렌과 PBT(Polybutylene Terephthalate)의 혼합수지, 폴리프로필렌과 PBT가 공중합된 수지 또는 전자선 가교가 가능한 변성 프로필렌 수지와 가교조제의 혼합물을 사용할 수 있으며, 여기서, 상기 변성폴리올레핀계 수지는 에틸렌 또는 프로필렌과 극성기를 갖는 모노머의 공중합체로서, 에틸렌/아크릴산 공중합체, 에틸렌/메타크릴산 공중합체, 에틸렌/에틸 아크릴레이트, 에틸렌-부틸 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌/이타콘산 공중합체, 에틸렌/모노메틸 말레이트 공중합체, 에틸렌/말레산 공중합체, 에틸렌/아크릴산/메틸 메타크릴레이트 공중합체, 에틸렌/메타크릴산/에틸 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌/모노메틸 말레이트/에틸 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌/메타크릴산/비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌/아크릴산/비닐알콜 공중합체, 에틸렌/프로필렌/아크릴산 공중합체, 에틸렌/스티렌/아크릴산 공중합체, 에틸렌/메타크릴산/아크릴로 니트릴 공중합체, 에틸렌/푸마린산/비닐 메틸에테르 공중합체, 에틸렌/염화비닐/아크릴산 공중합체, 에틸렌/비닐리덴클로라이드/아크릴산 공중합체, 에틸렌/염화삼불화에틸렌/메타크릴산 공중합체, 에틸렌/메타 아크릴산 나트륨 염 공중합체, 에틸렌/아크릴산 아연 염 공중합체, 에틸렌/스티렌 술폰산 나트륨 염 공중합체, 스티렌-에틸렌-프로필렌 공중합체, 프로필렌/아크릴산 공중합체, 프로필렌/메타크릴산 공중합체, 프로필렌/에틸 아크릴레이트, 프로필렌-부틸 아크릴레이트 공중합체, 프로필렌-비닐 아세테이트 공중합체, 프로필렌/이타콘산 공중합체, 프로필렌/모노메틸 말레이트 공중합체, 프로필렌/말레산 공중합체, 프로필렌/아크릴산/메틸 메타크릴레이트 공중합체, 프로필렌/메타크릴산/에틸 아크릴레이트 공중합체, 프로필렌/모노메틸 말레이트/에틸 아크릴레이트 공중합체, 프로필렌/메타크릴산/비닐 아세테이트 공중합체, 프로필렌/아크릴산/비닐알콜 공중합체, 프로필렌/프로필렌/아크릴산 공중합체, 프로필렌/스티렌/아크릴산 공중합체, 프로필렌/메타크릴산/아크릴로 니트릴 공중합체, 프로필렌/푸마린산/비닐 메틸에테르 공중합체, 프로필렌/염화비닐/아크릴산 공중합체, 프로필렌/비닐리덴클로라이드/아크릴산 공중합체, 프로필렌/염화삼불화에틸렌/메타크릴산 공중합체, 프로필렌/메타 아크릴산 나트륨 염 공중합체, 프로필렌/아크릴산 아연 염 공중합체, 프로필렌/스티렌 술폰산 나트륨 염 공중합체, 스티렌-프로필렌-프로필렌 공중합체, 무수 말레산이 그라프트된 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌인 치환된 폴리올레핀계 수지로서, 무수 말레산이 그라프트된 고밀도 폴리에틸렌 (m-HDPE), 무수 말레산이 그라프트된 프로필렌 (m-PP), 무수 말레산이 그라프트된 폴리에틸렌/프로필렌 공중합체 (m-cpp), 염소화 폴리에틸렌, 폴리 프로필렌(CM), 클로로술폰화 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌(CSM)인 것일 수 있다.
또한, 상기 캡다운부(330)와 대면하는 서브플레이트(360)는 레이저용접으로 고정되거나, 상기 서브플레이트(360)와 대면하는 돌출부(310)는 초음파용접으로 고정된 것일 수 있는데, 고에너지의 레이저로 서브플레이트(360)의 1곳 이상에 적소에 스팟(spot)으로 순간 융착하여 상기 서브플레이트를 고정하게 되어, 상기 서브플레이트(360)와 캡다운부(330)와는 레이저용접에 의한 접촉개소와 상기 서브플레이트(360)와 박형안전밴트(300)와는 초음파용접에 의한 접촉개소에 의하여 부착되어 있으며, 캡다운부(330)와는 고정을 위하여 부착하는 것임에 반해, 박형안전밴트(300)와는 통전(for current)을 위한 부착임과 동시에 내부의 이상고온과 압력 발생시 파단이나 탈락이 발생되어 안전사고를 예방할 수 있게 된다.
한편, 상술한 이차전지는 가스배출공(412a)이 구비되고, 돌출 단자를 형성하는 탑캡(Cap-up, 410a)과 적층되고 그 외주면을 감싸서 밀봉하는 가스켓(430a)을 끼운 채 캔(200a)의 상부 비딩부(210a)에 장착하는 종래의 전극조립체(110a), 전해액(111a), 리드탭(300a) 등을 포함하는 이차전지를 구성할 수 있는데, 특히 상술한 제조방법에 의한 상기 박형안전밴트 또는 캡다운부의 접착절연부재와 대면하는 면에는 레이저빔 조사에 의한 음각패턴부가 구비된 CID조립체를 포함하는 특징이 있으며, 또한, 상기 음각패턴부는 점선형 음각일 수 있으며, 상기 점선형 음각은 연속된 원형이나 타원형 형상의 음각 또는 연결된 원형이나 타원 형상의 음각 그루브인 것일 수 있으며, 상기 음각 그루브의 인접변으로는 복수개의 부정형돌출부가 돌출된 것일 수 있는데, 이에 대한 상세한 설명은 제조방법 설명과 같아 생략한다.
아울러, 상기 탑캡(410a)과 박형안전밴트(300)와의 사이에 PTC부를 더 포함할 수 있는데, 상기 PTC부는 이차전지의 온도가 상승하면 그 저항이 따라서 상승하여 이차전지의 전류를 트랩시키므로, 더 이상의 온도 상승을 방지하는 안전소자로서, 이상 고온 발생시 내부 압력에 의하여 돌출부(310)와 서브플레이트(360)와 부착면이 파단되는 안정성이 보장되는 경우에는 생략할 수 있다.
또한, 상기 중앙부(340) 주위로 적어도 하나의 제2가스배출공(미도시)을 두어, 내부 압력상승시 기체의 유출을 원활하게 할 수 있음은 물론이다.
실시예
돌출부를 구비한 박형안전밴트의 외주 형상과 동일하게 절연부재와 대면하는 면에 레이저빔(입력power 17W, 효율(%) 95%, 출력power 16.15 W, Max frequency 120kHz)을 250Hz/㎜(6.73mJ/㎠)으로 조사하여 깊이 50㎛ 음각패턴부를 형성하였다. 다음으로 돌출부를 구비한 박형안전밴트를 상기 돌출부가 개구인 중앙부에 위치되도록 판재 형상의 캡다운부를 대향시키고, 상기 박형안전밴트와 캡다운부와의 사이에 상기 돌출부와 중앙부가 노출되도록 개재되어 부착되는 300㎛ 두께 폴리프로필렌수지 혼합물로 접착절연부재를 개재시켜서 250℃로 열융착시키고, 서브플레이트를 상기 돌출부에 정렬하여 초음파용접을 하고, 캡다운부와 겹쳐지는 4개소를 레이저로 스팟 용접하여 이차전지용 CID조립체를 제조하였다.
비교예
돌출부를 구비한 박형안전밴트를 상기 돌출부가 개구인 중앙부에 위치되도록 판재 형상의 캡다운부를 대향시키고, 상기 박형안전밴트와 캡다운부와의 사이에 상기 돌출부와 중앙부가 노출되도록 개재되어 부착되는 300㎛ 두께 폴리프로필렌수지 혼합물로 접착절연부재를 개재시켜서 250℃로 열융착시키고, 서브플레이트를 상기 돌출부에 정렬하여 초음파용접을 하고, 캡다운부와 겹쳐지는 4개소를 레이저로 스팟 용접하여 이차전지용 CID조립체를 제조하였다.
실험예 1. 내전해 실험 전후의 부착강도
실시예와 비교예에 의한 CID조립체를 전해질용액에 함침하기전, 3시간, 1일 그리고 1개월 동안 함침한 후 각각의 CID조립체의 박형안전밴트를 인장강도측정장치(심포(SHIMPO)사, FGN-20B모델)의 스테이지에 클램프를 이용하여 고정시키고, 캡다운부에 고리를 연결하여 텐션을 인가하여 탈착될 때까지 인가되는 텐션변화를 측정하여 그 결과를 도 9에 나타내었다.
도 9를 참고하면, 본 발명에 따르는 CID조립체의 부착강도가 전해질용액 함침 후에도 비교예에 비하여 우수하게 유지됨을 알 수 있다.
실험예 2. 내전해성 실험 전후의 토크
실시예와 비교예에 의한 CID조립체를 전해질용액에 함침하기전, 1일 부터 7일간 함침한 후 각각의 CID조립체의 박형안전밴트를 회전토크측정장치(TOHNCHI사, 503887T모델)의 스테이지에 클램프를 이용하여 고정시키고, 캡다운부에 회전토크헤드를 밀착하여 캡다운부가 탈착될 때까지 인가되는 토크변화를 측정하여 그 결과를 도 10에 나타내었다.
도 10을 참고하면, 본 발명에 따르는 CID조립체의 회전토크가 전해질용액 함침 후에도 비교예에 비하여 우수하게 유지됨을 알 수 있다.
박형안전밴트 300, 돌출부 310,
노치 320, 캡다운부 330,
중앙부 340, 접착절연부재 350,
서브플레이트 360
노치 320, 캡다운부 330,
중앙부 340, 접착절연부재 350,
서브플레이트 360
Claims (15)
- 박형안전밴트를 판재 형상의 캡다운부를 대향시키고, 상기 박형안전밴트와 캡다운부와의 사이에 접착절연부재를 개재시키는 단계를 포함하며,
상기 박형안전밴트 또는 캡다운부의 접착절연부재와 대면하는 면에는 레이저빔 조사에 의한 음각패턴부가 구비된 것을 특징으로 하는 이차전지용 CID조립체의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 레이저빔의 조사량(dosage)은 1 내지 12mJ/㎠인 것을 특징으로 하는 이차전지용 CID조립체의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 음각패턴부는 점선형 음각인 것을 특징으로 하는 이차전지용 CID조립체의 제조방법.
- 제 3 항에 있어서,
상기 점선형 음각은 연속된 원형이나 타원형 형상의 음각 또는 연결된 원형이나 타원 형상의 음각 그루브인 것을 특징으로 하는 이차전지용 CID조립체의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 음각 그루브의 인접변으로는 복수개의 부정형돌출부가 돌출된 것을 특징으로 하는 이차전지용 CID조립체의 제조방법.
- 제 3 항에 있어서,
상기 점선형 음각은 상기 돌출부를 중심으로 상기 박형안전밴트 또는 캡다운부의 외주 형상에 대응되는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 CID조립체의 제조방법.
- 제 3 항에 있어서,
상기 점선형 음각은 상기 돌출부에서 상기 박형안전밴트와 캡다운부의 외주를 향하는 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 CID조립체의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 접착절연부재는 변성폴리올레핀계 수지인 것을 특징으로 하는 이차전지용 CID조립체의 제조방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 변성폴리올레핀계 수지는 에틸렌 또는 프로필렌과 극성기를 갖는 모노머의 공중합체로서, 에틸렌/아크릴산 공중합체, 에틸렌/메타크릴산 공중합체, 에틸렌/에틸 아크릴레이트, 에틸렌-부틸 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌/이타콘산 공중합체, 에틸렌/모노메틸 말레이트 공중합체, 에틸렌/말레산 공중합체, 에틸렌/아크릴산/메틸 메타크릴레이트 공중합체, 에틸렌/메타크릴산/에틸 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌/모노메틸 말레이트/에틸 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌/메타크릴산/비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌/아크릴산/비닐알콜 공중합체, 에틸렌/프로필렌/아크릴산 공중합체, 에틸렌/스티렌/아크릴산 공중합체, 에틸렌/메타크릴산/아크릴로 니트릴 공중합체, 에틸렌/푸마린산/비닐 메틸에테르 공중합체, 에틸렌/염화비닐/아크릴산 공중합체, 에틸렌/비닐리덴클로라이드/아크릴산 공중합체, 에틸렌/염화삼불화에틸렌/메타크릴산 공중합체, 에틸렌/메타 아크릴산 나트륨 염 공중합체, 에틸렌/아크릴산 아연 염 공중합체, 에틸렌/스티렌 술폰산 나트륨 염 공중합체, 스티렌-에틸렌-프로필렌 공중합체, 프로필렌/아크릴산 공중합체, 프로필렌/메타크릴산 공중합체, 프로필렌/에틸 아크릴레이트, 프로필렌-부틸 아크릴레이트 공중합체, 프로필렌-비닐 아세테이트 공중합체, 프로필렌/이타콘산 공중합체, 프로필렌/모노메틸 말레이트 공중합체, 프로필렌/말레산 공중합체, 프로필렌/아크릴산/메틸 메타크릴레이트 공중합체, 프로필렌/메타크릴산/에틸 아크릴레이트 공중합체, 프로필렌/모노메틸 말레이트/에틸 아크릴레이트 공중합체, 프로필렌/메타크릴산/비닐 아세테이트 공중합체, 프로필렌/아크릴산/비닐알콜 공중합체, 프로필렌/프로필렌/아크릴산 공중합체, 프로필렌/스티렌/아크릴산 공중합체, 프로필렌/메타크릴산/아크릴로 니트릴 공중합체, 프로필렌/푸마린산/비닐 메틸에테르 공중합체, 프로필렌/염화비닐/아크릴산 공중합체, 프로필렌/비닐리덴클로라이드/아크릴산 공중합체, 프로필렌/염화삼불화에틸렌/메타크릴산 공중합체, 프로필렌/메타 아크릴산 나트륨 염 공중합체, 프로필렌/아크릴산 아연 염 공중합체, 프로필렌/스티렌 술폰산 나트륨 염 공중합체, 스티렌-프로필렌-프로필렌 공중합체, 무수 말레산이 그라프트된 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌인 치환된 폴리올레핀계 수지로서, 무수 말레산이 그라프트된 고밀도 폴리에틸렌 (m-HDPE), 무수 말레산이 그라프트된 프로필렌 (m-PP), 무수 말레산이 그라프트된 폴리에틸렌/프로필렌 공중합체 (m-cpp), 염소화 폴리에틸렌, 폴리 프로필렌(CM), 클로로술폰화 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌(CSM)인 것을 특징으로 하는 이차전지용 CID조립체의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 접착절연부재는 호모 폴리프로필렌 수지, 폴리프로필렌과 PBT의 혼합수지, 폴리프로필렌과 PBT가 공중합된 수지 또는 전자선 가교가 가능한 변성 프로필렌 수지와 가교조제의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 CID조립체의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 접착절연부재에는 탄산칼슘, 실리카, 클레이, 산화티타늄, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탈크, 유리섬유 또는 탄소섬유가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 CID조립체의 제조방법.
- 제 1 내지 11 항중 어느 한 항에 의하여 제조된 상기 박형안전밴트 또는 캡다운부의 접착절연부재와 대면하는 면에는 레이저빔 조사에 의한 음각패턴부가 구비된 것을 특징으로 하는 이차전지용 CID조립체.
- 제 12 항에 있어서,
상기 음각패턴부는 점선형 음각인 것을 특징으로 하는 이차전지용 CID조립체.
- 제 13 항에 있어서,
상기 점선형 음각은 연속된 원형이나 타원형 형상의 음각 또는 연결된 원형이나 타원 형상의 음각 그루브인 것을 특징으로 하는 이차전지용 CID조립체.
- 제 14 항에 있어서,
상기 음각 그루브의 인접변으로는 복수개의 부정형돌출부가 돌출된 것을 특징으로 하는 이차전지용 CID조립체.
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|---|---|---|---|---|
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| KR20180093837A (ko) * | 2017-02-14 | 2018-08-22 | 신흥에스이씨주식회사 | 내전해성이 우수한 이차전지용 캡조립체 |
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| CN113728498A (zh) * | 2019-06-18 | 2021-11-30 | 株式会社Lg新能源 | 包括其中形成有槽部的衬垫的圆柱形二次电池 |
-
2015
- 2015-03-11 KR KR1020150033752A patent/KR20160063217A/ko not_active Application Discontinuation
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