KR20200015994A - 배터리용 전극판 타발 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리용 전극판 타발 장치에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 다이에 구비된 돌출부로 인해 전극 집전체로부터 코팅층이 탈리되는 것을 방지하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 전극 집전체와 코팅층으로 이루어진 전극판을 하부에서 지지하는 다이와, 상기 다이 상부에 위치하며, 상하 승강되어 상기 전극판을 상기 다이와 사이에 고정하는 스트리퍼 및, 상기 다이와 상기 스트리퍼 사이에 고정된 상기 전극판에서, 상기 다이와 스트리퍼의 일측면으로 돌출된 전극판을 타발하는 펀치를 포함하며, 상기 다이는 상면에서 일측면과 인접한 끝단부에, 상부 방향으로 일정 높이로 돌출된 돌출부를 포함하는 배터리용 전극판 타발 장치를 개시한다.

Description

배터리용 전극판 타발 장치{Apparatus for punching electrode plate of battery}
본 발명은 배터리용 전극판 타발 장치에 관한 것이다.
이차 전지는 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장할 수 있는 우수한 에너지 밀도를 제공하는 전력 저장 시스템이다. 재충전이 불가능한 일차 전지에 비해 이차 전지는 재충전이 가능하여 스마트폰, 셀룰러폰, 노트북, 타블렛 PC 등 IT 기기에 많이 사용되고 있다.
이와 같은 이차 전지는 양극판과 음극판 및 이들 두 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터로 구성된 전극 조립체를 전해액과 함께 케이스에 수납하여 형성된다. 여기서 전극 조립체는 두 전극판과 세퍼레이터를 적층한 후 권취하여 형성되거나, 전극판을 타발한 후, 타발된 두 전극판과 세퍼레이터를 적층하여 형성될 수 있다. 여기서 양극판과 음극판은 호일 형태의 집전체 상에 활물질층이 코팅되어 형성되며, 전극판 타발시 집전체로부터 활물질이 분리될 경우 이차 전지의 용량을 저하시킬 수 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 돌출부로 인해 전극 집전체로부터 코팅층이 탈리되는 것을 방지할 수 있으므로 배터리의 전압강하를 개선하고, 배터리 특성을 향상시킬 수 있는 배터리용 전극판 타발 장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 의한 배터리용 전극판 타발 장치는 전극 집전체와 코팅층으로 이루어진 전극판을 하부에서 지지하는 다이와, 상기 다이 상부에 위치하며, 상하 승강되어 상기 전극판을 상기 다이와 사이에 고정하는 스트리퍼 및, 상기 다이와 상기 스트리퍼 사이에 고정된 상기 전극판에서, 상기 다이와 스트리퍼의 일측면으로 돌출된 전극판을 타발하는 펀치를 포함하며, 상기 다이는 상면에서 일측면과 인접한 끝단부에, 상부 방향으로 일정 높이로 돌출된 돌출부를 포함할 수 있다.
상기 돌출부는 상기 다이의 상면으로부터의 높이가 0.001 내지 1mm 중 어느 하나의 수치를 가질 수 있다.
상기 돌출부는 상기 일측면으로부터 제1방향으로의 길이인 폭이 일측면으로부터 0.1 내지 5mm 중 어느 하나의 수치를 가질 수 있다.
상기 돌출부는 상기 다이의 상면과 평행한 돌출부 상면과, 상기 돌출부 상면과 상기 다이의 상면 사이를 연결하는 경사면을 포함할 수 있다.
상기 돌출부의 경사면의 각도는 5 내지 45°중 어느 하나의 수치를 가질 수 있다.
상기 돌출부의 상면과 경사면 사이인 모서리는 곡선으로 이루어질 수 있다.
상기 모서리의 곡률 반경은 0.1 내지 5mm 중 어느 하나의 수치를 가질 수 있다.
상기 돌출부는 상기 다이의 상면 끝단부를 따라 일정 높이 및 일정 폭을 갖도록 연장될 수 있다.
상기 스트리퍼의 하면은 평평한 평면으로, 상기 돌출부가 상기 다이의 상면에 비해서 상기 스트리퍼의 하면과 더 인접할 수 있다.
본 발명에 의한 배터리용 전극판 타발 장치는 다이의 상면 일단부에 구비된 돌출부에 의해서 전극판의 고정영역을 다른 영역에 비해서 더 압착시킬 수 있으므로, 타발시 전극판의 타발라인에서 전극 집전체로부터 코팅층이 탈리되는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 2a 내지 2c는 도 1의 배터리용 전극판 타발 장치의 타발 과정을 순차적으로 도시한 구조도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1의 배터리용 전극판 타발 장치의 다이의 일부를 확대 도시한 확대 사시도 및 확대 단면도다.
도 4는 도 3b의 확대 단면도의 다른 예이다.
도 5a 및 도 5b는 도 1의 배터리용 전극판 타발 장치에 의해서 타발된 전극판의 타발라인과, 비교예의 타발라인이 도시되어 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리용 전극판 타발 장치를 도시한 구조도가 도시되어 있다. 또한 도 2a 내지 도 2c를 참조하면 도 1의 배터리용 전극판 타발 장치가 전극판을 타발하는 과정을 순차적으로 확대 도시한 구조도가 도시되어 있다. 또한 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 다이의 상면의 일측을 확대 도시한 확대단면도와, 확대사시도가 도시되어 있다.
도 1에서 도시된 바와 같이 배터리용 전극판 타발 장치(100)는 가이드 롤(110)과, 다이(120), 스트리퍼(130) 및 펀치(140)를 포함할 수 있다. 상기 배터리용 전극판 타발 장치(100)는 다이(120)와 스트리퍼(130) 사이로, 판 형상의 전극판(10)이 공급되면, 펀치(140)가 하강하면서 전극판(10)을 절단할 수 있다.
우선 가이드 롤(110)은 적어도 2개 이상 구비될 수 있으며, 상기 가이드 롤(110)은 박막의 전극판(10)이 일정 장력을 갖는 상태로 다이(120)와 스트리퍼(130) 사이로 공급되도록 한다. 즉, 가이드 롤(110)은 전극판(10)이 일정 장력을 갖은 상태로 이송시킬 수 있다. 상기 가이드 롤(110)을 통해 다이(120)와 스트리퍼(130) 사이로 전극판(10)이 제1방향(A)을 따라 연속적으로 공급될 수 있다. 여기서 제1방향(A)은 전극판(10)이 공급되는 방향을 의미한다.
상기 가이드 롤(110)은 다이(120)와 스트리퍼(130)의 전단에 구비될 수 있으며, 펀치(140)는 다이(120)와 스트리퍼(130)의 후단에 구비될 수 있다. 즉, 다이(120)와 스트리퍼(130)를 중심으로, 가이드 롤(110)과, 펀치(140)는 제1방향(A)을 따라 서로 다른측에 위치할 수 있다.
여기서 전극판(10) 배터리용 양극판 또는 음극판일 수 있다. 전극판(10)은 얇은 금속성 시트, 예를 들면 공지의 금속박인 전극 집전체(11)와, 전극 집전체(11)의 적어도 일면에 활물질이 포함된 슬러리가 코팅된 코팅층(12)이 형성될 수 있다. 전극판(10)이 양극판일 경우, 전극 집전체(11)로 알루미늄, 또는 니켈 등이 사용되며, 코팅층(12)인 양극 활물질로, 전이금속산화물이 사용될 수 있다. 또한 전극판(10)이 음극판일 경우, 전극 집전체(11)로 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금이 사용되며 코팅층(12)인 음극 활물질로 흑연 또는 탄소 등이 사용될 수 있다. 또한 본원 발명에서 전극판(10)은 전극 집전체(11)의 양면에 코팅층(12)이 형성된 것을 도시하였으나, 적어도 하나의 면에만 코팅층(12)이 형성될 수 있으며 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.
또한 전극판(10)은 롤 형태로 감겨서 배터리용 전극판 타발 장치(100)로 제공될 수 있으며, 상기 전극판(10)을 지지 및 고정하는 수단(미도시)으로부터 가이드 롤(110)로 전극판(10)을 제공할 수 있다.
다이(120)는 가이드 롤(110)을 통해 이동하는 전극판(10)을 하부에서 지지할 수 있다. 즉, 전극판(10)은 하면이 다이(120)의 상면(121)에 접촉된 상태로 가이드 롤(110)을 통해 이동할 수 있다. 또한 다이(120)는 측부 일 영역 또는, 하부 일영역이 배터리용 전극판 타발 장치(100)에 고정(미도시)될 수 있다. 이와 같은 다이(120)의 구체적인 형상은 하기에서 자세히 설명하고자 한다.
이와 같은 다이(120)의 상부에는 스트리퍼(130)가 위치할 수 있다. 여기서 스트리퍼(130)의 하면(131)은 다이(120)의 상면(121)과 마주볼 수 있으며, 평평한 평면일 수 있다. 스트리퍼(130)는 연속적으로 공급되는 전극판(10)을 상하 승강되면서, 다이(120)에 고정할 수 있다. 상기 스트리퍼(130)는 유압 또는 공압 실린더 등과 같은 통상의 구동수단(미도시) 등에 의해서 상하 승강 되도록 설치 구비된다. 상기 스트리퍼(130)는 직사각형 형상으로 도시하였으나, 하면이 평평한 평면이라면 다른 형상을 가져도 무방하며 본 발명에서 상기 스트리퍼(130)의 형상을 한정하는 것은 아니다. 상기 스트리퍼(130)가 하부로 하강하면, 상기 다이(120)의 상면(121)과 스트리퍼(130)의 하면(131) 사이에 전극판(10)이 고정될 수 있다. 또한 스트리퍼(130)가 상부로 승강하면, 가이드 롤(110)에 의해서 전극판(10)이 다이(120)의 상면(121)을 따라 이동될 수 있다.
펀치(140)는 스트리퍼(130)와 다이(120)의 일측면을 따라 상하 이동하여, 돌출된 전극판(10)을 타발할 수 있다. 이때, 전극판(10)은 다이(120)와 스트리퍼(130) 사이에 고정될 수 있다. 또한 스트리퍼(130)와 다이(120)의 일측면은 펀치(140)가 이동하기 위한 가이드라인이 될 수 있다. 상기 펀치(140)는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 다이(120)와 스트리퍼(130) 사이에 고정된 전극판(10)에서, 다이(120)와 스트리퍼(130)의 일측으로 돌출된 전극판(10)을 상하 이동을 통하여 타발할 수 있다. 상기 펀치(140)는 유압 또는 공압 실린더 등과 같은 통상의 구동수단(미도시) 등에 의해서 상하 승강 되도록 설치 구비된다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 다이(120)는 대략 평평한 상면(121)과, 상기 상면(121)으로부터 대략 수직방향으로 절곡된 평평한 일측면(123)을 포함한다. 상기 일측면(123)은 펀치(140)와 인접한 측면으로 펀치(140)가 타발시 이동 가이드라인이 되는 면일 수 있다. 또한 다이(120)는 상면(121)에서 상기 일측면(123)과 인접한 끝단부에는 상부 방향으로 돌출된 돌출부(122)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 일측면(123)과 인접한 끝단부는 다이(120)의 상면 일단부로 지칭하고자 한다.
상기 돌출부(122)는 상면(121)과 평행하게 연장된 돌출부 상면(122a)과, 상기 돌출부 상면(122b)과 다이 상면(121)사이를 연결하는 경사면(122b)을 포함할 수 있다.
상기 돌출부(122)는 다이(120)의 상면(121)의 일단부를 따라 제2방향(B)으로 연장될 수 있다. 여기서 제2방향(B)은 전극판(10)이 공급되는 방향인 제1방향(A)과 수직한 방향일 수 있으며, 바람직하게는 제1방향(A)과 수직한 전극판(10)의 폭 방향을 의미한다. 상기 돌출부(122)는 상면(121)의 일단부 전체에 동일한 높이를 갖도록 상부 방향으로 돌출될 수 있다. 또한 상기 돌출부(122)는 다이(120)의 상면(121)에 비해서 스트리퍼(130)의 하면(131)과 더 인접할 수 있다. 또한 돌출부(122)에 의해서, 다이(120)와 스트리퍼(130) 사이에 고정된 전극판(10)의 고정영역(10a)은 다른 부분에 비해서 더 압착될 수 있다. 여기서 전극판(10)의 고정영역(10a)은 전극판(10)을 타발할 때, 돌출부(122)의 상면(122a)과 스트리퍼(130)의 하면(131) 사이에 고정된 부분을 의미한다. 또한 전극판(10)은 고정영역(10a)으로부터, 펀치(140) 방향으로 돌출된 영역이 타발될 수 있다. 즉, 전극판(10)의 고정영역(10a)은 펀치(140)에 의해서 타발되는 타발 라인(10b)과 가장 인접한 영역일 수 있다. 바람직하게 다이(120)와, 스트리퍼(130) 사이에 고정된 전극판(10)의 타발 라인(10b)은 다이(120)의 일측면(123)과 동일선상에 위치할 수 있다.
상기 다이(120)는 돌출부(122)에 의해서 전극판(10)의 고정영역(10a)을 더 압착할 수 있으므로, 타발시 전극판(10)의 타발라인(10b)에서 전극 집전체(11)로 부터 코팅층(12)이 탈리되는 것을 방지할 수 있다.
상기 돌출부(122)는 다이(120)의 상면(121) 일단부를 따라 동일한 폭(W) 및 동일한 높이(H)를 갖도록 구비될 수 있다. 여기서 돌출부(122)의 폭(W)은 일측면(123)으로부터 제1방향(A)의 길이를 의미하며, 바람직하게는 돌출부(122) 상면(122a)의 제1방향(A) 길이를 의미한다. 또한 돌출부(122)의 높이(H)는 다이(120) 상면(121)으로부터 돌출부(122) 상면(122a)까지의 수직 선간 거리를 의미한다.
상기 돌출부(122)의 폭(W)은 일측면(123)으로부터 0.1 내지 5mm 중 어느 하나의 수치를 가질 수 있다. 돌출부(122)의 폭(W)이 0.1mm 보다 작을 경우, 전극판(10) 타발시 타발라인(10b)에서 전극 집전체(11)로부터 코팅층(12)이 탈리되는 것을 방지할 수 없으며, 5mm 보다 클 경우 돌출부(122)의 폭 증가로 인해 전극판(10)의 고정영역(10a)에 국부적으로 가해지는 압력이 감소되어 압착률이 저하되므로, 탈리되는 것을 방지할 수 없다.
또한 돌출부(122)의 높이(H)는 다이(120) 상면(121)으로부터 0.001 내지 1mm 중 어느 하나의 수치를 가질 수 있다. 돌출부(122)의 높이(H)가 0.001mm 보다 작을 경우, 전극판(10) 타발시 전극 집전체(11)로부터 코팅층(12)이 탈리되는 것을 방지할 수 없으며, 1mm 보다 클 경우 전극판(10)의 고정영역(10a)이 변형되어 손상될 수 있다. 보다 바람직하게는 돌출부(122)의 높이(H)는 0.05 내지 0.1mm 중 어느 하나의 수치를 갖는 것이 바람직하다.
상기 돌출부(122)의 경사면(122b)의 각도(C)는 5 내지 45°중 어느 하나의 수치를 가질 수 있다. 이와 같은 경사면(122b)의 각도(C)는 돌출부(122)의 폭(W)과 높이(H)의 수치를 변경할 경우, 경사면(122b)의 각도(C) 내에서 변경될 수 있다. 상기 경사면(122b)은 직선 또는 곡선으로 이루어질 수 있다.
예를 들어 돌출부(122)의 경사면(122b)은 도 3b에 도시된 바와 같이, 직선으로 이루어질 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이 곡선으로 이루어질 수 있다. 또한, 돌출부(122)는 경사면(122b)가 곡선으로 이루어질 경우, 돌출부(122)의 상면(122a)과 경사면(122b)을 연결하는 모서리가 곡선으로 이루어질 수 있다.
이와 같이 돌출부(122)의 상면(122a)과 경사면(122b)을 연결하는 모서리가 곡선으로 이루어질 경우, 곡률 반경은 0.1 내지 5mm 중 어느 하나의 수치를 가질 수 있다.
도 5a를 참조하면, 도 1에 도시된 배터리용 전극판 타발 장치(100)에 의해서 전극판(10)을 타발 후 타발라인(10b)과, 돌출부를 구비하지 않은 다이(비교예)를 통해 전극판(20)을 타발 후 타발 라인(20b)의 촬영 결과가 도시되어 있다.
여기서 도 5a에 도시된 전극판(10)은 돌출부(122)의 폭(W)이 1mm이고, 높이가 0.1mm인 배터리용 전극판 타발 장치(100)로 전극판(10)을 타발했을 경우를 촬영한 것이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 다이(120)의 상면(121) 일단부에 구비된 돌출부(122)에 의해서 전극판(10)의 고정영역(10a)을 다른 영역에 비해서 더 압착시킬 수 있으므로, 타발시 전극판(10)의 타발라인(10b)에서 전극 집전체(11)로 부터 코팅층(12)이 탈리되는 것을 방지할 수 있다. 이와 대조적으로 도 5b에 도시된 바와 같이 평평한 상면을 갖는 다이의 경우, 타발시 전극판(20)의 타발라인(20b)에서 전극 집전체(21)로 부터 코팅층(22)이 탈리되는 것을 볼 수 있다.
이와 같이 본원 발명의 배터리용 전극판 타발 장치(100)를 통해 전극판(10)을 타발할 경우, 돌출부(122)로 인해 전극 집전체(11)로부터 코팅층(12)이 탈리되는 것을 방지할 수 있으므로 배터리의 전압강하를 개선하고, 배터리 특성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 배터리용 전극판 타발 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100: 배터리용 전극판 타발 장치 110: 가이드 롤
120: 다이 122: 돌출부
130: 스트리퍼 140: 펀치
10: 전극판

Claims (9)

  1. 전극 집전체와 코팅층으로 이루어진 전극판을 하부에서 지지하는 다이;
    상기 다이 상부에 위치하며, 상하 승강되어 상기 전극판을 상기 다이와 사이에 고정하는 스트리퍼; 및
    상기 다이와 상기 스트리퍼 사이에 고정된 상기 전극판에서, 상기 다이와 스트리퍼의 일측면으로 돌출된 전극판을 타발하는 펀치를 포함하며,
    상기 다이는 상면에서 일측면과 인접한 끝단부에, 상부 방향으로 일정 높이로 돌출된 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리용 전극판 타발 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 다이의 상면으로부터의 높이가 0.001 내지 1mm 중 어느 하나의 수치를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리용 전극판 타발 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 일측면으로부터 제1방향으로의 길이인 폭이 일측면으로부터 0.1 내지 5mm 중 어느 하나의 수치를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리용 전극판 타발 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 다이의 상면과 평행한 돌출부 상면과, 상기 돌출부 상면과 상기 다이의 상면 사이를 연결하는 경사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리용 전극판 타발 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 돌출부의 경사면의 각도는 5 내지 45°중 어느 하나의 수치를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리용 전극판 타발 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 돌출부의 상면과 경사면 사이인 모서리는 곡선으로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리용 전극판 타발 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 모서리의 곡률 반경은 0.1 내지 5mm 중 어느 하나의 수치를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리용 전극판 타발 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 다이의 상면 끝단부를 따라 일정 높이 및 일정 폭을 갖도록 연장된 것을 특징으로 하는 배터리용 전극판 타발 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 스트리퍼의 하면은 평평한 평면으로, 상기 돌출부가 상기 다이의 상면에 비해서 상기 스트리퍼의 하면과 더 인접한 것을 특징으로 하는 배터리용 전극판 타발 장치.
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