CN104769740A - 包括台阶结构的电池单体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电池单体,该电池单体被设置在电池壳体中,并且具有如下结构的电极组件,该结构具有被插入在阳极和阴极之间的隔膜。提供了一种电池单体,包括:电池壳体,该电池壳体由上壳体和下壳体构成,其中上壳体具有第一接纳部并且下壳体具有第二接纳部以用于保持电极组件,并且第一部和第二部在结构上具有不同的尺寸,并且电极组件被形成为与第一接纳部和第二接纳部的内部形状对应的外部形状。
Description
技术领域
本发明涉及一种包括台阶结构的电池单体,并且更加特别地,涉及一种被构造成具有下述结构的电池单体,其中,包括正电极、负电极以及被相应地布置在正电极和负电极之间的分隔物的电极组件被安装在电池壳体中,其中电池壳体包括上壳体和下壳体,该上壳体被设置有第一接纳部,电极组件被接纳在该第一接纳部中,该下壳体被设置有第二接纳部,电极组件被接纳在该第二接纳部中,第一接纳部和第二接纳部被构造成具有不同尺寸的结构,并且电极组件具有与第一接纳部和第二接纳部的内部形状对应的外部形状。
背景技术
随着移动装置的日益发展及对这种移动装置的需求的增加,对二次电池的需求也急剧增加。在这样的二次电池之中,存在着呈现高能量密度和工作电压及优异的充电保持能力和使用寿命特性的锂二次电池,它已广泛用作各种电子产品和移动装置的能量源。
基于其外观,锂二次电池通常可以分为圆柱形电池、棱形电池或袋状电池。基于电解质的类型,锂二次电池还可以分为锂离子电池、锂离子聚合物电池或锂聚合物电池。
最近的移动装置小型化的趋势已经增加了对于具有小厚度的棱形电池或袋状电池的需求。特别地,当前更多的兴趣集中于这种袋状电池,因为这种袋状电池的形状容易改变,袋状电池的制造成本低,并且袋状电池的重量轻。
通常,袋状电池是具有在密封状态下在袋状电池壳体中的电极组件和电解质的电池,电池壳体由包括树脂层和金属层的层压片制成。安装在电池壳体中的电极组件可以被构造成具有果冻卷(卷绕)型结构、堆叠型结构或组合(堆叠/折叠)型结构。
图1是典型示出包括堆叠型电极组件的袋状二次电池的结构的视图。
参考图1,袋状二次电池10可以被构造成具有如下结构:电极组件30包括正电极、负电极以及相应地被布置在正电极和负电极之间的分隔物,电极组件30在密封状态下安装在袋状电池壳体20中,使得与电极组件30的正电极突片31和阳电极突片32电连接的两个电极引线40和41暴露于外部。
电池壳体20可以包括:壳体本体21,该壳体本体21具有凹陷的接纳部23,电极组件30位于该凹陷的接纳部23中;和盖22,该盖22被一体地连接到壳体本体21。
尽管未被示出,但是电池壳体可以包括:下壳体,该下壳体具有凹陷的接纳部,电极组件位于该凹陷的接纳部中;和上壳体,该上壳体作为下壳体的盖以用于密封电极组件。
电池壳体20可以由层压片制成,该层压片包括:外树脂层20A,该外树脂层20A构成该层压片的最外层;隔离金属层20B,该隔离金属层20B用于防止材料穿透;及内树脂层20C,该内树脂层20C用于密封。
堆叠型电极组件30的正电极突片31和负电极突片32可以分别通过焊接而联接到电极引线40和41。另外,绝缘膜50可以被附接到电极引线40和41中的每一个的顶部和底部,以当使用热焊接装置(未示出)将壳体本体21的上端24与盖22的上端彼此热焊接时,防止在该热焊接装置与电极引线40、41之间发生短路,并确保电极引线40、41与电池壳体20之间的密封。
然而,近年来,根据对于细长型设计或各种其它设计的趋势变化,已经需要新型的电池单体。
另外,上述电池单体可以被构造成包括具有相同尺寸或相同容量的电极组件。为此,考虑到应用电池单体的装置的设计,为了制造具有新结构的电池单体,可能有必要减少电池单体的容量或修改装置的设计,使得增大装置的尺寸。
此外,在修改装置的设计期间,电连接可能被复杂化,结果可能难以制造出满足所期望的条件的电池单体。
因此,对于取决于应用电池单体的装置的形状可应用的电极组件和电池壳体以及包括该电极组件和电池壳体的电池单体存在高度需求。
发明内容
技术问题
为了解决上述问题及其它必须解决的技术问题,已经做出本发明。
具体地,本发明的目的是为了提供一种电池单体,该电池单体被构造成具有如下结构,即:电池单体能够被安装在装置的各种空间中,由此能够最大地利用装置的内部空间,并且电池单体能够被有效地安装在除了装置的矩形外部结构之外的装置的各种外部结构中。
技术解决方案
根据本发明的一个方面,能够通过提供一种电池单体来实现以上及其它目的,该电池单体被构造成具有如下结构,其中,包括正电极、负电极以及被相应地布置在正电极和负电极之间的分隔物的电极组件被安装在电池壳体中,其中电池壳体包括上壳体和下壳体,该上壳体设置有在其中接纳电极组件的第一接纳部,该下壳体设置有在其中接纳电极组件的第二接纳部,第一接纳部和第二接纳部被构造成具有不同尺寸的结构,并且电极组件具有与第一接纳部和第二接纳部的内部形状对应的外部形状。
在根据本发明的电池单体中,电池壳体的第一接纳部和第二接纳部具有不同的尺寸。因此,当上壳体和下壳体被彼此联接时,由于在这些接纳部之间的尺寸差,台阶可以形成在电池壳体处。与长方体的电池单体或者圆柱形的电池单体相比,可以更加容易地制造具有台阶的电池单体。
根据本发明的电池单体是以如上所述的特定结构为基础。因此,能够基于根据本发明的电池单体制造具有各种容量和尺寸的电池单体。此外,根据本发明的电池单体可以被安装在装置(在该装置中安装电池单体)的各种空间中。因此,能够最大地利用装置的内部空间。
另外,电极组件具有与电池壳体的第一接纳部和第二接纳部的形状对应的形状。因此,能够增加电池单体的容量,并且另外基于电池单体的紧凑结构改进电池单体的多余空间的利用。
电池壳体可以是罐状电池壳体或者袋状电池壳体。罐状电池壳体可以是由金属材料或者塑料材料制成,并且袋状电池壳体可以是由包括树脂层和金属层的层压片制成。
层压片可以被构造成具有其中树脂层被施加到金属阻挡层的相反主表面的结构。例如,层压片可以被构造成具有下述结构,其中,呈现高耐久性的外树脂层被附接到金属阻挡层的一个主表面(外表面)并且呈现高热粘合性的树脂密封剂层被附接到金属阻挡层的另一主表面(内表面)。
在具体示例中,金属阻挡层可以是由铝制成,铝呈现气体截止性和足以以薄膜的形式构造的展延性。
要求外树脂层针对外部环境呈现高耐性。为此,外树脂层可以是由聚合物树脂制成,该聚合物树脂呈现大于预定拉伸强度和耐候性,诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者定向尼龙薄膜。
另外,树脂密封剂层可以是由流延聚丙烯(CPP)制成,流延聚丙烯呈现高热焊接性(热粘着性)和低吸湿性,这对于限制电解质的渗透是必要的,并且流延聚丙烯既不膨胀也不被电解质腐蚀。
通常,可以在其中罐状电池壳体的敞开的边缘被盖覆盖的状态下通过焊接来密封罐状电池壳体的敞开空间。另一方面,在袋状电池壳体中,可以通过热焊接来密封接纳单元的外边缘。
电池壳体可以具有各种形状。例如,可以使用一体式构件形成电池壳体的上壳体和下壳体,并且在其中电池壳体被折叠的状态下,可以将上壳体和下壳体的外边缘彼此热焊接以用于密封。具体地,电池壳体可以被折叠成使得上壳体覆盖下壳体。密封部被形成在除了上壳体和下壳体的使上壳体和下壳体彼此连接的外边缘侧之外的上壳体和下壳体的其它外边缘侧处,使得通过热焊接在密封状态下将上壳体和下壳体彼此联接。
在另一示例中,可以使用分离的构件形成电池壳体的上壳体和下壳体,并且可以将上壳体和下壳体的外边缘彼此热焊接以用于密封。
在具体示例中,第一接纳部和第二接纳部可以具有不同的平面尺寸。因此,当在密封状态下将上壳体和下壳体彼此联接时,由于这些接纳部之间的尺寸差,台阶可以形成在电池壳体处。
如上面所描述的,第一接纳部和第二接纳部可以被构造成具有不同尺寸的结构。然而,第一接纳部和第二接纳部的结构没有被特别地限制。例如,第一接纳部和第二接纳部可以在从厚度、幅宽(水平长度)以及宽度(竖直长度)当中选择的至少一个的方面彼此不同。
例如,第一接纳部的尺寸可以小于第二接纳部的尺寸。在具体示例中,第一接纳部的深度可以小于第二接纳部的深度。可替选地,第一接纳部的平面面积可以小于第二接纳部的平面面积。
在上述结构的第一示例中,在第一接纳部和第二接纳部之间的比较中,在第一接纳部和第二接纳部具有相同的平面面积的条件下,第一接纳部的深度可以等于第二接纳部的深度的20%至95%,优选30%至90%。
在第二示例中,在第一接纳部和第二接纳部之间的比较中,在第一接纳部和第二接纳部具有相同深度的条件下,第一接纳部的平面面积可以等于第二接纳部的平面面积的20%至95%,优选30%至90%。
在第三示例中,在第一接纳部和第二接纳部之间的比较中,第一接纳部的深度可以等于第二接纳部的深度的20%至95%,优选30%至90%,并且第一接纳部的平面面积可以等于第二接纳部的平面面积的20%至95%,优选30%至90%。
第一接纳部和第二接纳部可以均被构造成具有各种平面结构,诸如多边形、圆形、椭圆形以及弧形的平面结构。另外,第一接纳部和第二接纳部可以具有不同的平面形状。例如,第一接纳部和第二接纳部可以具有不同尺寸的矩形平面形状。
当上壳体和下壳体在密封状态下彼此联接时,第一接纳部的至少一侧和第二接纳部的至少一侧可以在竖直方向上彼此相邻。
在上述结构的第一示例中,当上壳体和下壳体在密封状态下彼此联接时,第一接纳部的一侧和第二接纳部的一侧可以在竖直方向上彼此相邻。
在这样的情况下,电极端子可以位于彼此相邻的第一接纳部的一侧和第二接纳部的一侧处。
在第二示例中,第一接纳部和第二接纳部可以被形成为使得电极端子所处的第一接纳部的一侧和第二接纳部的一侧在竖直方向上彼此相邻,并且使得第一接纳部的另一侧和第二接纳部的另一侧在竖直方向上彼此相邻。
在第三示例中,第一接纳部和第二接纳部可以被形成为使得电极端子所处的第一接纳部的一侧和第二接纳部的一侧在竖直方向上彼此相邻,并且使得当从上方观察时,与电极端子所处的第一接纳部的一侧和第二接纳部的一侧垂直的第一接纳部的一侧或者相反两侧和第二接纳部的一侧或者相反两侧在竖直方向上彼此相邻。
在第四示例中,第一接纳部和第二接纳部可以被形成为使得没有设置电极端子的第一接纳部的另一侧和第二接纳部的另一侧在竖直方向上彼此相邻,并且使得当从上方观察时,与没有设置电极端子所处的第一接纳部的另一侧和第二接纳部的另一侧垂直的第一接纳部的一侧或者相反侧和第二接纳部的一侧或者相反侧在竖直方向上彼此相邻。
另外,不同于其中第一接纳部的至少一侧和第二接纳部的至少一侧可以在竖直方向上彼此相邻的结构,在其中第一接纳部的所有侧和第二接纳部的所有侧在竖直方向上彼此不相邻的状态下,当从上方观察时第一接纳部可以位于第二接纳部内部。
第一接纳部和第二接纳部的形状没有被特别地限制。即,第一接纳部和第二接纳部可以具有各种形状。例如,从第一接纳部和第二接纳部之间选择的至少一个可以被构造成具有圆形、椭圆形、多边形或者局部弧形的平面结构。
在具体示例中,电极组件可以包括:第一单元单体,该第一单元单体具有与第一接纳部的内部形状对应的外部形状;和第二单元单体,该第二单元单体具有与第二接纳部的内部形状对应的外部形状。
即,电极组件可以具有与电池壳体的接纳部的形状对应的形状,以便增加电池单体的容量体积比。具体地,具有与电池壳体的第一接纳部的内部形状对应的外部形状的第一单元单体可以位于第一接纳部中,并且具有与电池壳体的第二接纳部的内部形状对应的外部形状的第二单元单体可以位于第二接纳部中。因此,因为由第一单元单体和第二单元单体构成电极组件,并且单元单体的形状对应于接纳部的形状,所以单元单体可以稳定地位于接纳部中,并且电池单体的体积容量比可以增加。
单元单体的形状没有被特别地限制。即,单元单体可以具有各种形状。例如,单元单体每一个均可以具有长方体形状。
在这样的情况下,单元单体可以被堆叠成使得电池单体的电极端子,即,电池单体的正电极端子和负电极端子被布置在相同的方向上。通过构造单元单体使得正电极突片和负电极突片在相同的方向上从单元单体突出并且堆叠单元单体使得正电极突片和负电极突片位于相同的方向上,来提供该结构。
另外,单元单体的电极突片可以被联接到对应的电极引线以构成电池单体电极端子。在具体示例中,单元单体的正电极突片可以被联接到正电极引线,并且单元单体的负电极突片可以被联接到负电极引线。在这样的情况下,单元单体被堆叠成使得正电极突片和负电极突片位于相同的位置处,并且因此正电极突片和负电极突片分别被联接到正电极引线和负电极引线。
电池单体可以是锂离子电池单体或者锂离子聚合物电池单体。然而,本发明不限于此。
根据本发明的另一方面,提供一种装置,包括作为电源的具有上述构造的电池单体。该装置可以选自如下组的任何一个,该组由移动电话、便携式计算机、智能电话、平板PC、智能板、上网本计算机、轻型电动车辆(LEV)、电动车辆、混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆及蓄电装置组成。
装置的结构和制造方法在本发明所属的领域中是公知的,因此将省略其详细描述。
附图说明
从结合附图所作的下述详细描述将更加清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征及其它优点,其中:
图1是示出传统的袋状二次电池的分解透视图;
图2是示出根据本发明的实施例的电池单体的透视图;
图3是示出图2的电池单体的竖直截面图;
图4是图2中示出的电池壳体的透视图;
图5至图8是示出根据本发明的其它实施例的电池单体的透视图;并且
图9是示出其中图2的电池壳体的密封部被弯曲的结构的透视图。
具体实施方式
现在,将参考附图详细地描述本发明的示例性实施例。然而,应注意的是,本发明的范围不被所示意的实施例限制。
图2是示出根据本发明的实施例的电池单体的透视图,并且图3是典型地示出图2的电池单体的竖直截面图。
参考图2和图3,电池单体100被构造成具有下述结构,其中,电极组件120被安装在由铝片制成的袋状电池壳体110中,并且被电连接到电极组件120的电极引线130从电池壳体110向外延伸。电池壳体110包括上壳体112和下壳体114。上壳体112和下壳体114分别设置有第一接纳部113和第二接纳部115,电极组件120被接纳在第一接纳部113和第二接纳部115中。
电池壳体110的第一接纳部113和第二接纳部115被构造成呈现具有不同平面尺寸的矩形的形式。电极组件120具有与第一接纳部113和第二接纳部115的内部形状对应的外部形状。
电极组件120包括具有不同尺寸的两个单元单体122和124。在单元单体122和124的主表面彼此相对的状态下在高度方向上堆叠单元单体122和124。单元单体122和124分别位于电池壳体110的第一接纳部113和第二接纳部115中。在该结构中,如在图3中所示,因此,电池单体在竖直截面中具有台阶。因此,边缘空间S1被限定在台阶的外部处。边缘空间S1被设置成应付各种条件,诸如应用电池单体的装置的不规则的内部空间,以及与其它部件的干涉。基于被应用于电池单体的条件,接纳部113和115和单元单体122和124可以被灵活地变成各种形状。
在其中电池单体100具有上述结构的情况下,能够制造电池单体使得电池单体具有各种容量和尺寸,以将电池单体甚至容易地安装在传统的电池单体难以被安装的空间中,并且根据装置的内部结构将同时具有较大容量的电池单体安装在有限的空间中,从而最大化装置的内部空间的利用。
图4是典型地示出图2的电池壳体的透视图。
连同图3一起参考图4,电池壳体110包括使用一体式构件形成的上壳体112和下壳体114。在其中电池壳体110被折叠的状态下,将接纳部的外边缘彼此热焊接以用于密封。第一接纳部113和第二接纳部115分别被形成在上壳体112和下壳体114处。第一接纳部113和第二接纳部115被构造成具有不同平面尺寸的矩形结构。因此,当上壳体112和下壳体114在密封状态下被彼此联接时,由于在接纳部113和115之间的尺寸差在电池壳体处形成台阶。
同时,尽管未示出,但是可以使用两个分离的两单元构件形成上壳体和下壳体,第一接纳部和第二接纳部分别被形成在上壳体和下壳体处,并且可以将上壳体和下壳体的外边缘彼此热焊接以用于密封。
图5至图8是示出根据本发明的其它实施例的电池单体的透视图。
图5示出下述结构,其中,分别被形成在上壳体212和下壳体214处的第一接纳部213和第二接纳部215在电极端子230所处的电池单体的一侧和电池单体的相反侧处在竖直方向上彼此相邻。图6和图7示出下述结构,其中,分别被形成在上壳体312和312’和下壳体314处的第一接纳部313和313’和第二接纳部315在电极端子330所处的每一个电池单体的一侧处和当从上方观察时与电极端子330所处的每一个电池单体的一侧垂直的每一个电池单体的一侧或者相反侧处在竖直方向上彼此相邻。
另外,图8示出下述结构,其中,当从上方观察时,在其中第一接纳部413的各侧与第二接纳部415的对应侧在竖直方向上不相邻的状态下第一接纳部413位于第二接纳部415内部,该结构不同于在图5至图7中所示的其中第一接纳部的至少一侧与第二接纳部的对应的一侧在竖直方向上相邻的结构。
即,第一接纳部和第二接纳部的位置没有被特别地限制。第一接纳部和第二接纳部可以被形成在各种位置处。另外,尽管第一接纳部和第二接纳部在附图中被示出为被构造成具有长方体形状,但是第一接纳部和第二接纳部可以被构造成具有圆形、椭圆形、多边形、或者局部弧形的平面结构。
图9是示出其中图2的电池壳体的密封部被弯曲的结构的透视图。连同图2一起参考图9,通过上壳体112和下壳体114的外边缘的热焊接形成的电池壳体的密封部117和118被弯曲使得密封部117和118被布置成与上壳体112和下壳体114紧密接触。因此,电池单体可以被构造成具有更加紧凑的结构。
尽管为了说明性目的已经公开本发明的示例性实施例,但本领域的技术人员将会认识到,在不背离如所附的权利要求书中公开的本发明的精神和范围的情况下,能够进行各种修改、添加和替代。
工业实用性
如从上面的描述显然的是,根据本发明的电池单体被构造成具有台阶结构,由此能够容易地确保电池单体安装空间,以最大地利用装置的内部空间,以将具有高容量的电池单体安装在该装置中,并且使该装置更小型化。
另外,尽管电池单体的设计是变化的,但是由于电极组件和电池壳体的结构特性,能够容易地制造所期望的电池单体。
Claims (23)
1.一种电池单体,所述电池单体被构造成具有如下结构,即:电极组件被安装在电池壳体中,所述电极组件包括正电极、负电极以及相应地布置在所述正电极和所述负电极之间的分隔物,其中
所述电池壳体包括上壳体和下壳体,所述上壳体设置有在其中接纳所述电极组件的第一接纳部,所述下壳体设置有在其中接纳所述电极组件的第二接纳部,所述第一接纳部和所述第二接纳部被构造成具有不同尺寸的结构,并且
所述电极组件具有与所述第一接纳部和所述第二接纳部的内部形状对应的外部形状。
2.根据权利要求1所述的电池单体,其中,所述电池壳体由包括金属层和树脂层的层压片制成。
3.根据权利要求1所述的电池单体,其中,使用一体式构件形成所述电池壳体的所述上壳体和所述下壳体,并且在所述电池壳体被折叠成使得所述上壳体覆盖所述下壳体的状态下,所述上壳体和所述下壳体的外边缘被彼此热焊接以用于密封。
4.根据权利要求1所述的电池单体,其中,使用分离的构件形成所述电池壳体的所述上壳体和所述下壳体,并且所述构件的外边缘被彼此热焊接以用于密封。
5.根据权利要求1所述的电池单体,其中,所述第一接纳部和所述第二接纳部具有不同的平面尺寸。
6.根据权利要求1所述的电池单体,其中,在从厚度、幅宽(水平长度)以及宽度(竖直长度)之中选择的至少一个方面上,所述第一接纳部和所述第二接纳部彼此不同。
7.根据权利要求1所述的电池单体,其中,所述第一接纳部的深度小于所述第二接纳部的深度。
8.根据权利要求1所述的电池单体,其中,所述第一接纳部的平面面积小于所述第二接纳部的平面面积。
9.根据权利要求1所述的电池单体,其中,所述第一接纳部和所述第二接纳部中的每一个具有矩形的平面形状。
10.根据权利要求1所述的电池单体,其中,所述第一接纳部的一侧和所述第二接纳部的一侧在竖直方向上彼此相邻。
11.根据权利要求10所述的电池单体,其中,电极端子位于彼此相邻的所述第一接纳部的一侧和所述第二接纳部的一侧。
12.根据权利要求10所述的电池单体,其中,所述第一接纳部和所述第二接纳部被形成为使得电极端子所处的所述第一接纳部的一侧和所述第二接纳部的一侧在竖直方向上彼此相邻,并且使得所述第一接纳部的另一侧和所述第二接纳部的另一侧在竖直方向上彼此相邻。
13.根据权利要求10所述的电池单体,其中,所述第一接纳部和所述第二接纳部被形成为使得电极端子所处的所述第一接纳部的一侧和所述第二接纳部的一侧在竖直方向上彼此相邻,并且使得当从上方观察时与所述电极端子所处的所述第一接纳部的一侧和所述第二接纳部的一侧垂直的所述第一接纳部的一侧或者相反两侧和所述第二接纳部的一侧或者相反两侧在竖直方向上彼此相邻。
14.根据权利要求10所述的电池单体,其中,所述第一接纳部和所述第二接纳部被形成为使得没有设置电极端子的所述第一接纳部的另一侧和所述第二接纳部的另一侧在竖直方向上彼此相邻,并且使得当从上方观察时与没有设置电极端子的所述第一接纳部的另一侧和所述第二接纳部的另一侧垂直的所述第一接纳部的一侧或者相反两侧和所述第二接纳部的一侧或者相反两侧在竖直方向上彼此相邻。
15.根据权利要求1所述的电池单体,其中,当从上方观察时,所述第一接纳部位于所述第二接纳部的内部。
16.根据权利要求1所述的电池单体,其中,从所述第一接纳部和所述第二接纳部之间选择的至少一个被构造成具有圆形、椭圆形、多边形或者局部弧形的平面结构。
17.根据权利要求1所述的电池单体,其中,所述电极组件包括:第一单元单体,所述第一单元单体具有与所述第一接纳部的内部形状对应的外部形状;和第二单元单体,所述第二单元单体具有与所述第二接纳部的内部形状对应的外部形状。
18.根据权利要求17所述的电池单体,其中,所述单元单体中的每一个具有长方体形状。
19.根据权利要求17所述的电池单体,其中,所述单元单体被堆叠成使得电极端子沿相同的方向布置。
20.根据权利要求17所述的电池单体,其中,每一个单元单体具有电极突片,所述电极突片被联接到对应的电极引线以构成电池单体电极端子。
21.根据权利要求1所述的电池单体,其中,所述电池单体是锂离子电池单体或者锂离子聚合物电池单体。
22.一种装置,包括作为电源的根据权利要求1至21中的任一项所述的电池单体。
23.根据权利要求22所述的装置,其中,所述装置选自如下组:移动电话、便携式计算机、智能电话、平板PC、智能板、上网本计算机、轻型电动车辆(LEV)、电动车辆、混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆以及蓄电装置。
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