JPH08273697A - 捲回型電池 - Google Patents
捲回型電池Info
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- JPH08273697A JPH08273697A JP7069893A JP6989395A JPH08273697A JP H08273697 A JPH08273697 A JP H08273697A JP 7069893 A JP7069893 A JP 7069893A JP 6989395 A JP6989395 A JP 6989395A JP H08273697 A JPH08273697 A JP H08273697A
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
(57)【要約】
【目的】正負極板およびセパレータが捲回により積層さ
れたコイル状の電極板積層体を有する捲回型電池におい
て、積層方向での押しつぶしにより短絡が生じた場合
に、正極活物質の昇温を抑えて安全性を確保できるもの
を提供することを目的とする。 【構成】電極板積層体１Ａの捲回中心に、コイルバネか
らなるセンターピン３ａを配置した。電池が電極板積層
体１Ａの積層方向で押しつぶされると、コイルバネ３ａ
の隙間に電極板積層体１Ａの内周側部分が食い込み、そ
の状態でコイルバネ３ａが潰されながら軸方向に延びて
傾く。これにより、電極板積層体１Ａが内側から広範囲
に破断されるため、正極板１１と負極板１２が広範囲で
短絡する。
れたコイル状の電極板積層体を有する捲回型電池におい
て、積層方向での押しつぶしにより短絡が生じた場合
に、正極活物質の昇温を抑えて安全性を確保できるもの
を提供することを目的とする。 【構成】電極板積層体１Ａの捲回中心に、コイルバネか
らなるセンターピン３ａを配置した。電池が電極板積層
体１Ａの積層方向で押しつぶされると、コイルバネ３ａ
の隙間に電極板積層体１Ａの内周側部分が食い込み、そ
の状態でコイルバネ３ａが潰されながら軸方向に延びて
傾く。これにより、電極板積層体１Ａが内側から広範囲
に破断されるため、正極板１１と負極板１２が広範囲で
短絡する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、集電体箔に正極活物質
が被着された正極板と、集電体箔に負極活物質が被着さ
れた負極板と、セパレータとを捲回により積層してコイ
ル状の電極板積層体を形成し、これを電池缶に収納した
捲回型電池に関し、特に、積層方向で押しつぶされた場
合でも、安全に内部放電することができるものに関す
る。
が被着された正極板と、集電体箔に負極活物質が被着さ
れた負極板と、セパレータとを捲回により積層してコイ
ル状の電極板積層体を形成し、これを電池缶に収納した
捲回型電池に関し、特に、積層方向で押しつぶされた場
合でも、安全に内部放電することができるものに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】非水系の電解液を用いるリチウムイオン
二次電池は、高電圧、高容量、高出力でありながら重量
が軽いため、携帯型電子機器の電源として採用されつつ
ある。このようなリチウムイオン二次電池においては、
一般に、正極の集電体としてアルミニウム箔を用い、こ
れに正極活物質であるリチウム複合酸化物（ＬｉＣｏＯ
2 等）を含む材料を塗布して正極板を形成するととも
に、負極の集電体として銅箔を用い、これに負極活物質
である炭素を含む材料を塗布して負極板を形成し、両者
の間にセパレータとして孔径が微細な多孔質ポリエチレ
ン膜を介在させて渦巻き状に捲いた電極板積層体を、負
極となる円筒形の金属電池缶に収納している。
二次電池は、高電圧、高容量、高出力でありながら重量
が軽いため、携帯型電子機器の電源として採用されつつ
ある。このようなリチウムイオン二次電池においては、
一般に、正極の集電体としてアルミニウム箔を用い、こ
れに正極活物質であるリチウム複合酸化物（ＬｉＣｏＯ
2 等）を含む材料を塗布して正極板を形成するととも
に、負極の集電体として銅箔を用い、これに負極活物質
である炭素を含む材料を塗布して負極板を形成し、両者
の間にセパレータとして孔径が微細な多孔質ポリエチレ
ン膜を介在させて渦巻き状に捲いた電極板積層体を、負
極となる円筒形の金属電池缶に収納している。
【０００３】現在流通しているリチウムイオン二次電池
における電極板積層体の構造としては、アルミニウム箔
の両面に活物質被膜がある一枚の正極板と、銅箔の両面
に活物質被膜がある一枚の負極板と、二枚のセパレータ
とを、負極板、セパレータ、正極板、セパレータの順に
重ね、且つ負極板が外側になるようにして渦巻き状に巻
いたものがある。また、アルミニウム箔の片面に活物質
被膜がある二枚の正極板と、銅箔の両面に活物質被膜が
ある一枚の負極板と、二枚のセパレータとを、負極板、
セパレータ、二枚の正極板（アルミニウム箔側同士を合
わせて活物質被膜側を外側に向けて配置）、セパレータ
の順に重ね、且つ負極板が外側になるようにして渦巻き
状に巻いたものもある。
における電極板積層体の構造としては、アルミニウム箔
の両面に活物質被膜がある一枚の正極板と、銅箔の両面
に活物質被膜がある一枚の負極板と、二枚のセパレータ
とを、負極板、セパレータ、正極板、セパレータの順に
重ね、且つ負極板が外側になるようにして渦巻き状に巻
いたものがある。また、アルミニウム箔の片面に活物質
被膜がある二枚の正極板と、銅箔の両面に活物質被膜が
ある一枚の負極板と、二枚のセパレータとを、負極板、
セパレータ、二枚の正極板（アルミニウム箔側同士を合
わせて活物質被膜側を外側に向けて配置）、セパレータ
の順に重ね、且つ負極板が外側になるようにして渦巻き
状に巻いたものもある。
【０００４】すなわち、一枚の集電体箔の両面に活物質
被膜があるか、片面に活物質被膜のある集電体箔を二枚
重ねるかの違いはあるが、いずれにしても、その電極板
積層体は、正極活物質、正極側集電体箔、正極活物質、
セパレータ、負極活物質、負極側集電体箔、負極活物
質、セパレータ、正極活物質の順に積層されたものとな
っている。
被膜があるか、片面に活物質被膜のある集電体箔を二枚
重ねるかの違いはあるが、いずれにしても、その電極板
積層体は、正極活物質、正極側集電体箔、正極活物質、
セパレータ、負極活物質、負極側集電体箔、負極活物
質、セパレータ、正極活物質の順に積層されたものとな
っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このようなリチウムイ
オン二次電池には、回路の異常や誤った使い方などによ
って、正極と負極とが短絡して電池内部の温度が上昇し
た場合の安全性を確保するために、従来より、安全弁、
温度ヒューズ、ＰＴＣ素子等が備えてあるが、様々な使
用環境や不慮の事故に備えて、より一層の安全対策が求
められている。
オン二次電池には、回路の異常や誤った使い方などによ
って、正極と負極とが短絡して電池内部の温度が上昇し
た場合の安全性を確保するために、従来より、安全弁、
温度ヒューズ、ＰＴＣ素子等が備えてあるが、様々な使
用環境や不慮の事故に備えて、より一層の安全対策が求
められている。
【０００６】例えば、電池に導電体である釘等が刺し入
れられると、この釘の先端は、負極である電池缶を貫通
して負極となった状態で内部の正極板に接触するため、
この釘を介した短絡が生じる。また、電池が外部から異
常加熱されると、有機材料であるセパレータが先ず溶融
するため、このセパレータによって絶縁されていた正極
板と負極板とが接触して短絡が生じる。さらに、電池が
電極板積層体の積層方向で押しつぶされると、電極板積
層体の内周側に大きなストレスがかかってセパレータが
破断し、正極板と負極板とが接触して短絡が生じる。
れられると、この釘の先端は、負極である電池缶を貫通
して負極となった状態で内部の正極板に接触するため、
この釘を介した短絡が生じる。また、電池が外部から異
常加熱されると、有機材料であるセパレータが先ず溶融
するため、このセパレータによって絶縁されていた正極
板と負極板とが接触して短絡が生じる。さらに、電池が
電極板積層体の積層方向で押しつぶされると、電極板積
層体の内周側に大きなストレスがかかってセパレータが
破断し、正極板と負極板とが接触して短絡が生じる。
【０００７】このような短絡時には、電極板積層体を構
成する部材の中でリチウム複合酸化物（正極活物質）の
抵抗値が比較的高いため、短絡電流の通過によってリチ
ウム複合酸化物の温度は上昇しやすい。そして、この昇
温によって生じた熱で電池内部の有機溶媒が分解反応を
起こしやすくなる。また、このような短絡が充電状態の
電池に生じると、充電状態におけるリチウム複合酸化物
は、リチウムがイオンとしてある程度抜け出ている不安
定な状態にあるため、温度上昇によって分解されて活性
な酸素を発生しやすく、この酸素によって、リチウム複
合酸化物を被着させているアルミニウム箔や有機溶媒に
反応が生じやすくなる。
成する部材の中でリチウム複合酸化物（正極活物質）の
抵抗値が比較的高いため、短絡電流の通過によってリチ
ウム複合酸化物の温度は上昇しやすい。そして、この昇
温によって生じた熱で電池内部の有機溶媒が分解反応を
起こしやすくなる。また、このような短絡が充電状態の
電池に生じると、充電状態におけるリチウム複合酸化物
は、リチウムがイオンとしてある程度抜け出ている不安
定な状態にあるため、温度上昇によって分解されて活性
な酸素を発生しやすく、この酸素によって、リチウム複
合酸化物を被着させているアルミニウム箔や有機溶媒に
反応が生じやすくなる。
【０００８】このようなことから、充電状態の電池に正
極活物質と負極との短絡が生じることに伴う正極活物質
の昇温によって、電池内部に大きなエネルギー（化学エ
ネルギー）が生じやすくなり、電池の安全性が確保でき
難くなる。したがって、様々な使用環境や不慮の事故に
対応した安全対策としては、特に、充電状態で正極活物
質と負極との短絡を生じさせないことと、前記短絡が生
じた場合には正極活物質の昇温を抑えることが重要とな
るが、前記従来の構造ではそのための対策は施されてい
ない。
極活物質と負極との短絡が生じることに伴う正極活物質
の昇温によって、電池内部に大きなエネルギー（化学エ
ネルギー）が生じやすくなり、電池の安全性が確保でき
難くなる。したがって、様々な使用環境や不慮の事故に
対応した安全対策としては、特に、充電状態で正極活物
質と負極との短絡を生じさせないことと、前記短絡が生
じた場合には正極活物質の昇温を抑えることが重要とな
るが、前記従来の構造ではそのための対策は施されてい
ない。
【０００９】本発明は、このような従来技術の問題点に
着目してなされたものであり、正負極板およびセパレー
タが捲回により積層されたコイル状の電極板積層体を有
する捲回型電池において、積層方向での押しつぶしによ
り短絡が生じた場合に、正極活物質の昇温を抑えて安全
性を確保できるものを提供することを目的とする。
着目してなされたものであり、正負極板およびセパレー
タが捲回により積層されたコイル状の電極板積層体を有
する捲回型電池において、積層方向での押しつぶしによ
り短絡が生じた場合に、正極活物質の昇温を抑えて安全
性を確保できるものを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、集電体箔に正極活物質が被着さ
れた正極板と、集電体箔に負極活物質が被着された負極
板と、セパレータとが捲回により積層された電極板積層
体を電池缶内に備えた捲回型電池において、前記電極板
積層体の捲回中心に、棒材の周面にその周方向に連続す
る凹部を有するセンターピンを設けたことを特徴とする
捲回型電池を提供するものである。
に、請求項１の発明は、集電体箔に正極活物質が被着さ
れた正極板と、集電体箔に負極活物質が被着された負極
板と、セパレータとが捲回により積層された電極板積層
体を電池缶内に備えた捲回型電池において、前記電極板
積層体の捲回中心に、棒材の周面にその周方向に連続す
る凹部を有するセンターピンを設けたことを特徴とする
捲回型電池を提供するものである。
【００１１】前記形状のセンターピンとしては、例えば
ネジ軸のように、棒材の周面に所定幅の凹部が螺旋状に
形成されているものや、螺旋状ではなく棒材の断面円に
沿った周溝が長さ方向に多数形成されているもの等が挙
げられる。また、前記棒材は中実であっも中空であって
もよいが、中空であると、内部圧力が上昇した場合に電
池缶内のガスがその中空部から安全弁の方向へ導かれる
ため好ましい。なお、棒材が中空の場合の前記凹部は、
棒材の外周面から内周面側に向けて内周面を貫通しない
深さで形成されたものに限定される。
ネジ軸のように、棒材の周面に所定幅の凹部が螺旋状に
形成されているものや、螺旋状ではなく棒材の断面円に
沿った周溝が長さ方向に多数形成されているもの等が挙
げられる。また、前記棒材は中実であっも中空であって
もよいが、中空であると、内部圧力が上昇した場合に電
池缶内のガスがその中空部から安全弁の方向へ導かれる
ため好ましい。なお、棒材が中空の場合の前記凹部は、
棒材の外周面から内周面側に向けて内周面を貫通しない
深さで形成されたものに限定される。
【００１２】請求項２の発明は、集電体箔に正極活物質
が被着された正極板と、集電体箔に負極活物質が被着さ
れた負極板と、セパレータとが捲回により積層された電
極板積層体を電池缶内に備えた捲回型電池において、前
記電極板積層体の捲回中心に、コイルバネからなるセン
ターピンを設けたことを特徴とする捲回型電池を提供す
る。
が被着された正極板と、集電体箔に負極活物質が被着さ
れた負極板と、セパレータとが捲回により積層された電
極板積層体を電池缶内に備えた捲回型電池において、前
記電極板積層体の捲回中心に、コイルバネからなるセン
ターピンを設けたことを特徴とする捲回型電池を提供す
る。
【００１３】前記コイルバネとしては、ピッチが線材直
径より大きくて、無負荷時に隣合う線材間に隙間を有す
るものが好ましい。前記線材の断面形状は特に限定され
ず、円でも菱形等の多角形でもよい。
径より大きくて、無負荷時に隣合う線材間に隙間を有す
るものが好ましい。前記線材の断面形状は特に限定され
ず、円でも菱形等の多角形でもよい。
【００１４】
【作用】請求項１に係る電池によれば、当該電池が電極
板積層体の積層方向（軸に交差する方向）で押しつぶさ
れると、電極板積層体の内周側に大きなストレスがかか
ってセパレータが破断し、正極板と負極板とが接触して
短絡が生じるが、その際に、電極板積層体の内周側部分
は、センターピンの前記凹部に食い込んで広範囲に破断
される。
板積層体の積層方向（軸に交差する方向）で押しつぶさ
れると、電極板積層体の内周側に大きなストレスがかか
ってセパレータが破断し、正極板と負極板とが接触して
短絡が生じるが、その際に、電極板積層体の内周側部分
は、センターピンの前記凹部に食い込んで広範囲に破断
される。
【００１５】これにより、センターピンにこのような凹
部がないか、センターピン自体を備えない構造の捲回型
電池と比べて前記短絡が広範囲に生じるため、正極活物
質の抵抗値が集電体箔の抵抗値より高い場合であって
も、当該正極活物質の単位体積当たりに流れる電流が少
なくなって当該正極活物質の昇温が抑えられる。請求項
２に係る電池によれば、前述の押しつぶしに伴う短絡の
際に、センターピンをなすコイルバネの周面に電極板積
層体の内周側部分が押し当たり、コイルバネが無負荷時
で前記隙間を有する場合には、コイルバネはその隙間に
前記部分が食い込んだ状態で潰されながら軸方向に延
び、電極板積層体内で傾く（コイルバネの中心軸が捲回
中心からずれる）ため、電極板積層体を内側から広範囲
に破断する。なお、コイルバネのピッチが線材直径に等
しく無負荷時には前記隙間がない場合でも、押しつぶし
によって線材間に隙間が生じればそこに電極板積層体の
内側が食い込むため、前記と同種の作用が得られる。
部がないか、センターピン自体を備えない構造の捲回型
電池と比べて前記短絡が広範囲に生じるため、正極活物
質の抵抗値が集電体箔の抵抗値より高い場合であって
も、当該正極活物質の単位体積当たりに流れる電流が少
なくなって当該正極活物質の昇温が抑えられる。請求項
２に係る電池によれば、前述の押しつぶしに伴う短絡の
際に、センターピンをなすコイルバネの周面に電極板積
層体の内周側部分が押し当たり、コイルバネが無負荷時
で前記隙間を有する場合には、コイルバネはその隙間に
前記部分が食い込んだ状態で潰されながら軸方向に延
び、電極板積層体内で傾く（コイルバネの中心軸が捲回
中心からずれる）ため、電極板積層体を内側から広範囲
に破断する。なお、コイルバネのピッチが線材直径に等
しく無負荷時には前記隙間がない場合でも、押しつぶし
によって線材間に隙間が生じればそこに電極板積層体の
内側が食い込むため、前記と同種の作用が得られる。
【００１６】これにより、センターピンがこのようなコ
イルバネでない構造の捲回型電池と比べて前記短絡が広
範囲に生じるため、正極活物質の抵抗値が集電体箔の抵
抗値より高い場合であっても、当該正極活物質の単位体
積当たりに流れる電流が少なくなって当該正極活物質の
昇温が抑えられる。
イルバネでない構造の捲回型電池と比べて前記短絡が広
範囲に生じるため、正極活物質の抵抗値が集電体箔の抵
抗値より高い場合であっても、当該正極活物質の単位体
積当たりに流れる電流が少なくなって当該正極活物質の
昇温が抑えられる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の第一実施例に相当する円筒状の
捲回型電池の内側部分を示す横断面図であり、図２は、
この実施例におけるセンターピンを示す正面図である。
する。図１は、本発明の第一実施例に相当する円筒状の
捲回型電池の内側部分を示す横断面図であり、図２は、
この実施例におけるセンターピンを示す正面図である。
【００１８】この電池は、渦巻き状に捲回された電極板
積層体１を、円筒形の電池缶に収納した非水系リチウム
イオン二次電池である。なお、図１には、電極板積層体
１の内周部側のみが示され、外周部側と電池缶は省略さ
れている。電極板積層体１は、アルミニウムからなる集
電体箔１１ａの両面に、ＬｉＣｏＯ2 を含む材料が正極
活物質１１ｂとして塗布された一枚の正極板１１Ｃと、
銅からなる集電体箔１２ａの両面に、炭素粒子を含む材
料が負極活物質１２ｂとして塗布された一枚の負極板１
２と、正極活物質１１ｂと負極活物質１２ｂとの間に配
置されたポリエチレン微多孔膜（膜厚３５μｍ）からな
る二枚のセパレータ１３Ａ，１３Ｂと、内周側でセパレ
ータ１３Ａ，１３Ｂにそれぞれ連結されたイオン伝導性
のないポリエチレン樹脂膜（膜厚１２μｍ）からなる絶
縁膜１４Ａ，１４Ｂとで構成されている。
積層体１を、円筒形の電池缶に収納した非水系リチウム
イオン二次電池である。なお、図１には、電極板積層体
１の内周部側のみが示され、外周部側と電池缶は省略さ
れている。電極板積層体１は、アルミニウムからなる集
電体箔１１ａの両面に、ＬｉＣｏＯ2 を含む材料が正極
活物質１１ｂとして塗布された一枚の正極板１１Ｃと、
銅からなる集電体箔１２ａの両面に、炭素粒子を含む材
料が負極活物質１２ｂとして塗布された一枚の負極板１
２と、正極活物質１１ｂと負極活物質１２ｂとの間に配
置されたポリエチレン微多孔膜（膜厚３５μｍ）からな
る二枚のセパレータ１３Ａ，１３Ｂと、内周側でセパレ
ータ１３Ａ，１３Ｂにそれぞれ連結されたイオン伝導性
のないポリエチレン樹脂膜（膜厚１２μｍ）からなる絶
縁膜１４Ａ，１４Ｂとで構成されている。
【００１９】この電極板積層体１の層構造は、内周部を
除いて、セパレータ１３Ｂ、負極活物質１２ｂ、負極側
集電体箔１２ａ、負極活物質１２ｂ、セパレータ１３
Ａ、正極活物質１１ｂ、正極側集電体箔１１ａ、正極活
物質１１ｂ、セパレータ１３Ｂ・・・の順になってい
る。内周部については、正極板１１Ｃに集電体露呈部分
１５が形成され、これより内側で対向する負極板１２に
も集電体露呈部分１６が形成されている。正極側の集電
体露呈部分１５は、正極板１１Ｃの両面の正極活物質１
１ｂを当該部分について被着しないことにより形成され
ている。同様に、負極側の集電体露呈部分１６も、負極
板１２の両面の負極活物質１２ｂを当該部分について被
着しないことにより形成されている。
除いて、セパレータ１３Ｂ、負極活物質１２ｂ、負極側
集電体箔１２ａ、負極活物質１２ｂ、セパレータ１３
Ａ、正極活物質１１ｂ、正極側集電体箔１１ａ、正極活
物質１１ｂ、セパレータ１３Ｂ・・・の順になってい
る。内周部については、正極板１１Ｃに集電体露呈部分
１５が形成され、これより内側で対向する負極板１２に
も集電体露呈部分１６が形成されている。正極側の集電
体露呈部分１５は、正極板１１Ｃの両面の正極活物質１
１ｂを当該部分について被着しないことにより形成され
ている。同様に、負極側の集電体露呈部分１６も、負極
板１２の両面の負極活物質１２ｂを当該部分について被
着しないことにより形成されている。
【００２０】そして、正負極の集電体箔露呈部分１５，
１６に隣接する部分には、境界位置で各セパレータ１３
Ａ，１３Ｂに連結された絶縁膜１４Ａ，１４Ｂ（イオン
電導性のないポリエチレン樹脂膜）が配置されている。
これにより、正負極の集電体箔露呈部分１５，１６に隣
接するセパレータ（すなわち、絶縁膜１４Ａ，１４Ｂ）
は、両極の活物質間に介在するセパレータ１３Ａ，１３
Ｂより膜厚の薄いものとなっている。
１６に隣接する部分には、境界位置で各セパレータ１３
Ａ，１３Ｂに連結された絶縁膜１４Ａ，１４Ｂ（イオン
電導性のないポリエチレン樹脂膜）が配置されている。
これにより、正負極の集電体箔露呈部分１５，１６に隣
接するセパレータ（すなわち、絶縁膜１４Ａ，１４Ｂ）
は、両極の活物質間に介在するセパレータ１３Ａ，１３
Ｂより膜厚の薄いものとなっている。
【００２１】一方、電極板積層体１の捲回中心には、図
２に示すような、ステンレス製のセンターピン３が挿入
してある。このセンターピン３は、直径が約４ｍｍでピ
ッチが０．７ｍｍの中実のネジ軸であり、周面に螺旋状
の凹部３１を有している。この凹部３１の深さ（（「外
径」−「谷径」）／２）は約０．５ｍｍである。また、
センターピン３に近接した正極側集電体１１ａの外面
に、タブ５が固定してある。
２に示すような、ステンレス製のセンターピン３が挿入
してある。このセンターピン３は、直径が約４ｍｍでピ
ッチが０．７ｍｍの中実のネジ軸であり、周面に螺旋状
の凹部３１を有している。この凹部３１の深さ（（「外
径」−「谷径」）／２）は約０．５ｍｍである。また、
センターピン３に近接した正極側集電体１１ａの外面
に、タブ５が固定してある。
【００２２】したがって、電池が積層方向で押しつぶさ
れた場合には、一般に、センターピン３に隣接する最内
周の絶縁膜１４Ａ，１４Ｂが受けるストレスが最も大き
いことから、ここから順次外周方向へ絶縁膜１４Ａ，１
４Ｂの破断が生じるが、最内周である正負極の集電体箔
露呈部分１５，１６部分では正負極の集電体箔１１ａ，
１２ａ同士の短絡のみが生じて、正負極の各物質１１
ｂ，１２ｂの短絡は生じない。
れた場合には、一般に、センターピン３に隣接する最内
周の絶縁膜１４Ａ，１４Ｂが受けるストレスが最も大き
いことから、ここから順次外周方向へ絶縁膜１４Ａ，１
４Ｂの破断が生じるが、最内周である正負極の集電体箔
露呈部分１５，１６部分では正負極の集電体箔１１ａ，
１２ａ同士の短絡のみが生じて、正負極の各物質１１
ｂ，１２ｂの短絡は生じない。
【００２３】また、この時に、電極板積層体１の内周側
部分は、センターピン３の前記凹部に食い込んで広範囲
に破断される。これにより、前記押しつぶしに関して
は、短絡部分でも電流のほとんどが集電体箔１１ａ，１
２ａに流れ、またセンターピン３にも短絡電流が流れる
可能性があるため、ＬｉＣｏＯ2 からなる正極活物質１
１ｂに流れる電流は少なくなって、ＬｉＣｏＯ2 の昇温
が抑えられる。そのため、充電状態の短絡であっても、
ＬｉＣｏＯ2 の昇温に伴う酸素の発生およびこの酸素に
よるアルミニウム（正極側集電体箔）や有機溶媒（電解
質溶媒）の反応が抑えられるため、電池内部に大きなエ
ネルギーが生じることが防止されて、電池の安全性が確
保される。
部分は、センターピン３の前記凹部に食い込んで広範囲
に破断される。これにより、前記押しつぶしに関して
は、短絡部分でも電流のほとんどが集電体箔１１ａ，１
２ａに流れ、またセンターピン３にも短絡電流が流れる
可能性があるため、ＬｉＣｏＯ2 からなる正極活物質１
１ｂに流れる電流は少なくなって、ＬｉＣｏＯ2 の昇温
が抑えられる。そのため、充電状態の短絡であっても、
ＬｉＣｏＯ2 の昇温に伴う酸素の発生およびこの酸素に
よるアルミニウム（正極側集電体箔）や有機溶媒（電解
質溶媒）の反応が抑えられるため、電池内部に大きなエ
ネルギーが生じることが防止されて、電池の安全性が確
保される。
【００２４】なお、この実施例では、正負極の集電体箔
露呈部分１５，１６の少なくとも外側に隣接するセパレ
ータ（すなわち、絶縁膜１４Ａ，１４Ｂ）の膜厚が、両
極活物質間に介在するセパレータ１３Ａ，１３Ｂより薄
いものであるため、セパレータ１３Ａ，１３Ｂをそのま
ま正負極の集電体箔露呈部分１５，１６の外側に延長し
た場合と比べて、同じ大きさの電池缶に積層できる単位
積層体の合計長さを長くすることができる。これによっ
て、前述のように電池の安全性を確保しながら電気容量
も大きくすることができる。
露呈部分１５，１６の少なくとも外側に隣接するセパレ
ータ（すなわち、絶縁膜１４Ａ，１４Ｂ）の膜厚が、両
極活物質間に介在するセパレータ１３Ａ，１３Ｂより薄
いものであるため、セパレータ１３Ａ，１３Ｂをそのま
ま正負極の集電体箔露呈部分１５，１６の外側に延長し
た場合と比べて、同じ大きさの電池缶に積層できる単位
積層体の合計長さを長くすることができる。これによっ
て、前述のように電池の安全性を確保しながら電気容量
も大きくすることができる。
【００２５】図３は、本発明の第二実施例に相当する円
筒状の捲回型電池を示す横断面図であり、図４は、この
実施例におけるセンターピンを示す斜視図である。この
電池は、前記第一実施例と同様に非水系リチウムイオン
二次電池であり、その電極板積層体１Ａは、図３に示す
ように、アルミニウムからなる集電体箔１１ａの片面の
みに、ＬｉＣｏＯ2 を含む材料が正極活物質１１ｂとし
て塗布された正極板１１と、銅からなる集電体箔１２ａ
の片面のみに、炭素粒子を含む材料が負極活物質１２ｂ
として塗布された負極板１２と、正極活物質１１ｂと負
極活物質１２ｂとの間に配置されたポリエチレン微多孔
膜からなるセパレータ１３と、正極側集電体箔１１ａと
負極側集電体箔１２ａとの間に配置された前記セパレー
タ１３と同じ膜からなる絶縁膜１４とで構成されてい
る。
筒状の捲回型電池を示す横断面図であり、図４は、この
実施例におけるセンターピンを示す斜視図である。この
電池は、前記第一実施例と同様に非水系リチウムイオン
二次電池であり、その電極板積層体１Ａは、図３に示す
ように、アルミニウムからなる集電体箔１１ａの片面の
みに、ＬｉＣｏＯ2 を含む材料が正極活物質１１ｂとし
て塗布された正極板１１と、銅からなる集電体箔１２ａ
の片面のみに、炭素粒子を含む材料が負極活物質１２ｂ
として塗布された負極板１２と、正極活物質１１ｂと負
極活物質１２ｂとの間に配置されたポリエチレン微多孔
膜からなるセパレータ１３と、正極側集電体箔１１ａと
負極側集電体箔１２ａとの間に配置された前記セパレー
タ１３と同じ膜からなる絶縁膜１４とで構成されてい
る。
【００２６】この電極板積層体１Ａは、正極側集電体箔
１１ａ、正極活物質１１ｂ、セパレータ１３、負極活物
質１２ｂ、負極側集電体箔１２ａ、絶縁膜１４の順に層
を重ねて絶縁膜１４を内側にして（すなわち正極側集電
体箔１１ａを外側にして）、捲回機により渦巻き状に捲
き、最外周にさらに絶縁膜１４を捲くことにより作製さ
れている。これにより、電極板積層体１Ａの層構造は、
電池缶２側から内側に向けて、絶縁膜１４、正極側集電
体箔１１ａ、正極活物質１１ｂ、セパレータ１３、負極
活物質１２ｂ、負極側集電体箔１２ａ、絶縁膜１４、正
極側集電体箔１１ａ・・・の順になっている。
１１ａ、正極活物質１１ｂ、セパレータ１３、負極活物
質１２ｂ、負極側集電体箔１２ａ、絶縁膜１４の順に層
を重ねて絶縁膜１４を内側にして（すなわち正極側集電
体箔１１ａを外側にして）、捲回機により渦巻き状に捲
き、最外周にさらに絶縁膜１４を捲くことにより作製さ
れている。これにより、電極板積層体１Ａの層構造は、
電池缶２側から内側に向けて、絶縁膜１４、正極側集電
体箔１１ａ、正極活物質１１ｂ、セパレータ１３、負極
活物質１２ｂ、負極側集電体箔１２ａ、絶縁膜１４、正
極側集電体箔１１ａ・・・の順になっている。
【００２７】また、この電極板積層体１Ａにおいては、
正極活物質１１ｂと負極活物質１２ｂとが対向配置され
た正極１１および負極１２と、その間に配置されたセパ
レータ１３とで形成される単位電池層４内では電池作用
が生じるが、絶縁膜１４が介在された単位電池層４同士
の間（すなわち、正負の集電体箔１１ａ，１２ａの間）
では電池作用が生じない。
正極活物質１１ｂと負極活物質１２ｂとが対向配置され
た正極１１および負極１２と、その間に配置されたセパ
レータ１３とで形成される単位電池層４内では電池作用
が生じるが、絶縁膜１４が介在された単位電池層４同士
の間（すなわち、正負の集電体箔１１ａ，１２ａの間）
では電池作用が生じない。
【００２８】この電極板積層体１Ａの捲回中心に挿入さ
れているセンターピン３ａは、図４に示すような、断面
が円形の線材からなるステンレス製のコイルバネであ
り、線材の直径が０．６ｍｍで、ピッチが１．６ｍｍで
ある。そのため、無負荷時に隣合う線材間に１．０ｍｍ
の隙間がある。したがって、この電池が積層方向で押し
つぶされた場合には、一般に、センターピン３ａに隣接
する最内周のセパレータ１３および絶縁膜１４が受ける
ストレスが最も大きいことから、ここから順次外周方向
へセパレータ１３および絶縁膜１４の破断が生じ、正極
活物質１１ｂと負極活物質１２ｂとの短絡が生じるが、
これとほぼ同時に正負の集電体箔１１ａ，１２ａ同士の
短絡も生じる。
れているセンターピン３ａは、図４に示すような、断面
が円形の線材からなるステンレス製のコイルバネであ
り、線材の直径が０．６ｍｍで、ピッチが１．６ｍｍで
ある。そのため、無負荷時に隣合う線材間に１．０ｍｍ
の隙間がある。したがって、この電池が積層方向で押し
つぶされた場合には、一般に、センターピン３ａに隣接
する最内周のセパレータ１３および絶縁膜１４が受ける
ストレスが最も大きいことから、ここから順次外周方向
へセパレータ１３および絶縁膜１４の破断が生じ、正極
活物質１１ｂと負極活物質１２ｂとの短絡が生じるが、
これとほぼ同時に正負の集電体箔１１ａ，１２ａ同士の
短絡も生じる。
【００２９】また、この時に、コイルバネ３ａの周面に
電極板積層体１Ａの内周側部分が押し当たり、コイルバ
ネ３ａは、この部分が隣合う線材間の隙間に食い込んだ
状態で潰されながら軸方向に延び、電極板積層体１Ａ内
で傾く（コイルバネ３ａの中心軸が捲回中心からずれ
る）ため、電極板積層体１Ａを内側から広範囲に破断す
る。
電極板積層体１Ａの内周側部分が押し当たり、コイルバ
ネ３ａは、この部分が隣合う線材間の隙間に食い込んだ
状態で潰されながら軸方向に延び、電極板積層体１Ａ内
で傾く（コイルバネ３ａの中心軸が捲回中心からずれ
る）ため、電極板積層体１Ａを内側から広範囲に破断す
る。
【００３０】これにより、前記押しつぶしに関しては、
短絡部分でも電流のほとんどが集電体箔１１ａ，１２ａ
に流れ、またセンターピン３にも短絡電流が流れる可能
性があるため、ＬｉＣｏＯ2 からなる正極活物質１１ｂ
に流れる電流は少なくなって、ＬｉＣｏＯ2 の昇温が抑
えられる。そのため、充電状態の短絡であっても、前記
第一実施例と同様に、電池内部に大きなエネルギーが生
じることが防止されて、電池の安全性が確保される。
短絡部分でも電流のほとんどが集電体箔１１ａ，１２ａ
に流れ、またセンターピン３にも短絡電流が流れる可能
性があるため、ＬｉＣｏＯ2 からなる正極活物質１１ｂ
に流れる電流は少なくなって、ＬｉＣｏＯ2 の昇温が抑
えられる。そのため、充電状態の短絡であっても、前記
第一実施例と同様に、電池内部に大きなエネルギーが生
じることが防止されて、電池の安全性が確保される。
【００３１】なお、この実施例では、電極板積層体１Ａ
の構造により、鋭利な釘等の導電体が電池缶２を突き破
って電池内部に進入した場合には、電池缶２を貫通する
時点で負極となった導電体の先端は、絶縁膜１４、正極
側の集電体箔１１ａ、正極活物質１１ｂ、セパレータ１
３、負極活物質１２ｂ、負極側の集電体箔１２ａ、絶縁
膜１４・・・の順に貫通しながら接触していく。このよ
うに、導電体を介して正極活物質１１ｂと負極活物質１
２ｂとの短絡が生じるが、前述のように、これとほぼ同
時に正負の集電体１１ａ，１２ａ同士の短絡も生じるた
め、短絡部分でも電流のほとんどは集電体１１ａ，１２
ａに流れて安全に内部放電される。これにより、充電状
態の釘刺し等による短絡の場合でも、前記と同様に、電
池内部に大きなエネルギーが生じることが抑えられて、
電池の安全性が確保される。
の構造により、鋭利な釘等の導電体が電池缶２を突き破
って電池内部に進入した場合には、電池缶２を貫通する
時点で負極となった導電体の先端は、絶縁膜１４、正極
側の集電体箔１１ａ、正極活物質１１ｂ、セパレータ１
３、負極活物質１２ｂ、負極側の集電体箔１２ａ、絶縁
膜１４・・・の順に貫通しながら接触していく。このよ
うに、導電体を介して正極活物質１１ｂと負極活物質１
２ｂとの短絡が生じるが、前述のように、これとほぼ同
時に正負の集電体１１ａ，１２ａ同士の短絡も生じるた
め、短絡部分でも電流のほとんどは集電体１１ａ，１２
ａに流れて安全に内部放電される。これにより、充電状
態の釘刺し等による短絡の場合でも、前記と同様に、電
池内部に大きなエネルギーが生じることが抑えられて、
電池の安全性が確保される。
【００３２】なお、前記実施例においては、リチウムイ
オン二次電池について説明したが、これ以外の非水系二
次電池または非水系一次電池についても、正極活物質の
抵抗値が比較的高いものの場合には、前記と同様の作用
によって電池の安全性を確保することができる。また、
電極板積層体の構造も、前記実施例のような特殊な構造
のものに限定されず従来の構造のものであっもよい。ま
た、前記各実施例における電極板積層体とセンターピン
との組み合わせが異なるものであってもよいことは言う
までもない。
オン二次電池について説明したが、これ以外の非水系二
次電池または非水系一次電池についても、正極活物質の
抵抗値が比較的高いものの場合には、前記と同様の作用
によって電池の安全性を確保することができる。また、
電極板積層体の構造も、前記実施例のような特殊な構造
のものに限定されず従来の構造のものであっもよい。ま
た、前記各実施例における電極板積層体とセンターピン
との組み合わせが異なるものであってもよいことは言う
までもない。
【００３３】そして、従来の構造の電極板積層体では、
電池が電極板積層体の積層方向（軸に交差する方向）で
押しつぶされると、その内側で正極活物質と負極板との
短絡が生じるが、センターピン３，３ａの前記作用によ
って電極板積層体を内周側から広範囲に破断することに
より、センターピンが周面に凹部がない筒体からなるも
のであったりセンターピン自体を備えない構造の捲回型
電池と比べて短絡が促進されて広範囲に生じる。
電池が電極板積層体の積層方向（軸に交差する方向）で
押しつぶされると、その内側で正極活物質と負極板との
短絡が生じるが、センターピン３，３ａの前記作用によ
って電極板積層体を内周側から広範囲に破断することに
より、センターピンが周面に凹部がない筒体からなるも
のであったりセンターピン自体を備えない構造の捲回型
電池と比べて短絡が促進されて広範囲に生じる。
【００３４】これにより、正極活物質の抵抗値が集電体
箔の抵抗値より高い場合であっても、当該正極活物質の
単位体積当たりに流れる電流が少なくなって当該正極活
物質の昇温が抑えられるため、電池の安全性は確保され
る。また、前記各実施例では、ステンレス鋼製のセンタ
ーピンを使用しているため、耐食性が高いとともに短絡
電流がこれに流れる効果があるが、本発明におけるセン
ターピンの材質はこれに限定されず、プラスチックやバ
ネ鋼等であってもよい。
箔の抵抗値より高い場合であっても、当該正極活物質の
単位体積当たりに流れる電流が少なくなって当該正極活
物質の昇温が抑えられるため、電池の安全性は確保され
る。また、前記各実施例では、ステンレス鋼製のセンタ
ーピンを使用しているため、耐食性が高いとともに短絡
電流がこれに流れる効果があるが、本発明におけるセン
ターピンの材質はこれに限定されず、プラスチックやバ
ネ鋼等であってもよい。
【００３５】また、センターピンとして使用可能なコイ
ルバネは前述のものに限定されず、線材の断面が菱形で
あるスプリングのように、外周面に鋸の歯状の凹部が形
成されたものであると、無負荷時に隣合う線材同士に隙
間がないコイルバネであっても、前記押しつぶし時にこ
の凹部に電極板積層体の内周部分が食い込み易くなるた
め好ましい。
ルバネは前述のものに限定されず、線材の断面が菱形で
あるスプリングのように、外周面に鋸の歯状の凹部が形
成されたものであると、無負荷時に隣合う線材同士に隙
間がないコイルバネであっても、前記押しつぶし時にこ
の凹部に電極板積層体の内周部分が食い込み易くなるた
め好ましい。
【００３６】さらに、請求項１のセンターピンでは、凹
部の深さによって電極板積層体の内周部の凹部への食い
込み度合いが異なり、凹部が深いほど前記食い込み度合
いが高くなるため好ましい。また、請求項２のセンター
ピンでは、前記食い込み度合いはコイルバネの隣合う線
材間の隙間に応じて異なり、前記隙間が線材直径の２〜
３倍であることが好ましい。
部の深さによって電極板積層体の内周部の凹部への食い
込み度合いが異なり、凹部が深いほど前記食い込み度合
いが高くなるため好ましい。また、請求項２のセンター
ピンでは、前記食い込み度合いはコイルバネの隣合う線
材間の隙間に応じて異なり、前記隙間が線材直径の２〜
３倍であることが好ましい。
【００３７】また、センターピン３，３ａの軸方向両端
部が、端部側ほど径の小さいテーパ状の円筒体に形成さ
れると、電極板積層体１，１Ａの捲回中心に挿入しやす
くなる。また、センターピンがコイルバネからなるもの
である場合には、電池重量を軽くできる効果もある。
部が、端部側ほど径の小さいテーパ状の円筒体に形成さ
れると、電極板積層体１，１Ａの捲回中心に挿入しやす
くなる。また、センターピンがコイルバネからなるもの
である場合には、電池重量を軽くできる効果もある。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１および２
の捲回型電池によれば、センターピンの形状を工夫する
ことで、電池の積層方向の押しつぶしによって正極活物
質と負極との短絡が生じても、当該正極活物質の昇温が
抑えられる。そのため、特に、当該電池がリチウムイオ
ン二次電池である場合に充電状態で短絡が生じても、電
池内部に大きなエネルギーの発生が抑えられて、電池の
安全性を確保することができる。
の捲回型電池によれば、センターピンの形状を工夫する
ことで、電池の積層方向の押しつぶしによって正極活物
質と負極との短絡が生じても、当該正極活物質の昇温が
抑えられる。そのため、特に、当該電池がリチウムイオ
ン二次電池である場合に充電状態で短絡が生じても、電
池内部に大きなエネルギーの発生が抑えられて、電池の
安全性を確保することができる。
【図１】本発明の第一実施例の捲回型電池を示す概略横
断面図である。
断面図である。
【図２】第一実施例におけるセンターピンを示す正面図
である。
である。
【図３】本発明の第二実施例の捲回型電池を示す概略横
断面図である。
断面図である。
【図４】第二実施例におけるセンターピンを示す斜視図
である。
である。
１ 電極板積層体 １Ａ 電極板積層体 ２ 電池缶 ３ センターピン ３ａ コイルバネ（センターピン） ３１ 凹部 １１ 正極板 １１Ｃ 正極板 １１ａ 正極側の集電体箔 １１ｂ 正極活物質 １２ 負極板 １２ａ 負極側の集電体箔 １２ｂ 負極活物質 １３ セパレータ １３Ａ セパレータ １３Ｂ セパレータ
Claims (2)
- 【請求項１】 集電体箔に正極活物質が被着された正極
板と、集電体箔に負極活物質が被着された負極板と、セ
パレータとが捲回により積層された電極板積層体を電池
缶内に備えた捲回型電池において、 前記電極板積層体の捲回中心に、棒材の周面にその周方
向に連続する凹部を有するセンターピンを設けたことを
特徴とする捲回型電池。 - 【請求項２】 集電体箔に正極活物質が被着された正極
板と、集電体箔に負極活物質が被着された負極板と、セ
パレータとが捲回により積層された電極板積層体を電池
缶内に備えた捲回型電池において、 前記電極板積層体の捲回中心に、コイルバネからなるセ
ンターピンを設けたことを特徴とする捲回型電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06989395A JP3613407B2 (ja) | 1995-03-28 | 1995-03-28 | 捲回型電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06989395A JP3613407B2 (ja) | 1995-03-28 | 1995-03-28 | 捲回型電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08273697A true JPH08273697A (ja) | 1996-10-18 |
| JP3613407B2 JP3613407B2 (ja) | 2005-01-26 |
Family
ID=13415857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06989395A Expired - Lifetime JP3613407B2 (ja) | 1995-03-28 | 1995-03-28 | 捲回型電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3613407B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6485859B1 (en) | 2000-11-21 | 2002-11-26 | Alfred E. Mann Foundation For Scientific Research | Resilient mandrel for battery electrode assembly |
| KR100624935B1 (ko) * | 2004-10-28 | 2006-09-15 | 삼성에스디아이 주식회사 | 원통형 리튬 이차 전지 |
| KR100709883B1 (ko) * | 2005-10-04 | 2007-04-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬 이차전지용 센터핀과 이를 이용한 리튬 이차전지 및그 제조 방법 |
| JP2007200756A (ja) * | 2006-01-27 | 2007-08-09 | Sony Corp | 電池および中心板 |
| CN100463283C (zh) * | 2004-10-28 | 2009-02-18 | 三星Sdi株式会社 | 圆柱形锂离子电池及其制造方法 |
| KR100971744B1 (ko) * | 2008-05-07 | 2010-07-21 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이차 전지 |
| US20110117397A1 (en) * | 2009-11-17 | 2011-05-19 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Cylindrical lithium secondary battery |
| US7972717B2 (en) | 2006-01-13 | 2011-07-05 | Sony Corporation | Battery |
| US8206844B2 (en) | 2004-11-08 | 2012-06-26 | Sony Corporation | Battery and center pin |
| WO2021206393A1 (ko) * | 2020-04-06 | 2021-10-14 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 이차전지 |
| WO2023059075A1 (ko) * | 2021-10-05 | 2023-04-13 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 전극 조립체, 원통형 전지 및 이를 포함하는 시스템 |
-
1995
- 1995-03-28 JP JP06989395A patent/JP3613407B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6485859B1 (en) | 2000-11-21 | 2002-11-26 | Alfred E. Mann Foundation For Scientific Research | Resilient mandrel for battery electrode assembly |
| KR100624935B1 (ko) * | 2004-10-28 | 2006-09-15 | 삼성에스디아이 주식회사 | 원통형 리튬 이차 전지 |
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| US8206844B2 (en) | 2004-11-08 | 2012-06-26 | Sony Corporation | Battery and center pin |
| KR100709883B1 (ko) * | 2005-10-04 | 2007-04-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬 이차전지용 센터핀과 이를 이용한 리튬 이차전지 및그 제조 방법 |
| US7972717B2 (en) | 2006-01-13 | 2011-07-05 | Sony Corporation | Battery |
| JP2007200756A (ja) * | 2006-01-27 | 2007-08-09 | Sony Corp | 電池および中心板 |
| US7846578B2 (en) * | 2008-05-07 | 2010-12-07 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Rechargeable battery |
| KR100971744B1 (ko) * | 2008-05-07 | 2010-07-21 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이차 전지 |
| US20110117397A1 (en) * | 2009-11-17 | 2011-05-19 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Cylindrical lithium secondary battery |
| US8709625B2 (en) * | 2009-11-17 | 2014-04-29 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Cylindrical lithium secondary battery comprising a contoured center pin |
| WO2021206393A1 (ko) * | 2020-04-06 | 2021-10-14 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 이차전지 |
| US12567658B2 (en) | 2020-04-06 | 2026-03-03 | Lg Energy Solution, Ltd. | Secondary battery |
| WO2023059075A1 (ko) * | 2021-10-05 | 2023-04-13 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 전극 조립체, 원통형 전지 및 이를 포함하는 시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3613407B2 (ja) | 2005-01-26 |
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