(57)【要約】  平面視において矩形状でない安価な蓄電デバイスを提供する。  蓄電デバイス１は、正極１１と、負極１２と、正極１１と負極１２との間に配されたセパレータ１３とを有する積層体４の一部が巻回された第１の巻回体３１と、積層体４の第１の巻回体３１を構成していない部分の少なくとも一部が巻回された巻回体であって、巻回軸方向の長さ及び巻回軸方向における位置の少なくとも一方が第１の巻回体３１と異なる第２の巻回体３２とを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配されたセパレータとを有する積層体の一部が巻回された第１の巻回体と、
前記積層体の前記第１の巻回体を構成していない部分の少なくとも一部が巻回された巻回体であって、巻回軸方向の長さ及び巻回軸方向における位置の少なくとも一方が前記第１の巻回体と異なる第２の巻回体と、
を備える、蓄電デバイス。
【請求項２】
前記第１の巻回体の巻回軸と、前記第２の巻回体の巻回軸とが平行である、請求項１に記載の蓄電デバイス。
【請求項３】
前記第１の巻回体の巻回軸と、前記第２の巻回体の巻回軸とが垂直である、請求項１に記載の蓄電デバイス。
【請求項４】
前記第１の巻回体の巻回方向と、前記第２の巻回体の巻回方向とが同一である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電デバイス。
【請求項５】
前記第１の巻回体の巻回方向と、前記第２の巻回体の巻回方向とが反対である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電デバイス。
【請求項６】
前記第１の巻回体における巻回数と、前記第２の巻回体における巻回数とが同じである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の蓄電デバイス。
【請求項７】
前記第１の巻回体における巻回数と、前記第２の巻回体における巻回数とが異なる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の蓄電デバイス。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の蓄電デバイスを製造する方法であって、
正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配されたセパレータとを有する積層体を用意する工程と、
前記積層体の一部を巻回して前記第１の巻回体を作製すると共に、他の一部を巻回して前記第２の巻回体を作製する工程と、
を備える、蓄電デバイスの製造方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電デバイス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化や薄型化が進んでいる。このため、電子機器に搭載される蓄電デバイスの配置スペースに対する制約が厳しくなってきている。例えば、直方体状でないスペースに蓄電デバイスを配置したいという要望もある。例えば、特許文献１には、直方体状ではない蓄電デバイス（電池組立体）が開示されている。特許文献１に記載された電池組立体は、側面視において矩形状ではない形状を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１４−５２４１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
平面視において矩形状でない蓄電デバイスに対する要望もある。【０００５】
本発明の主な目的は、平面視において矩形状でない安価な蓄電デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る蓄電デバイスは、第１の巻回体と、第２の巻回体とを備える。第１の巻回体は、正極と、負極と、正極と負極との間に配されたセパレータとを有する積層体の一部が巻回されたものである。第２の巻回体は、積層体の第１の巻回体を構成していない部分の少なくとも一部が巻回された巻回体である。第２の巻回体は、巻回軸方向の長さ及び巻回軸方向における位置の少なくとも一方が第１の巻回体と異なる。【０００７】
本発明に係る蓄電デバイスでは、電極体が、安価に作製できる巻回型の電極体により構成されている。このため、例えば、平面視において矩形状でない電極及びセパレータを積層して電極体を作製する場合と比較して、平面視において矩形状でない安価な蓄電デバイスを提供することができる。【０００８】
本発明に係る蓄電デバイスでは、第１の巻回体の巻回軸と、第２の巻回体の巻回軸とが平行であってもよい。【０００９】
本発明に係る蓄電デバイスでは、第１の巻回体の巻回軸と、第２の巻回体の巻回軸とが垂直であってもよい。【００１０】
本発明に係る蓄電デバイスでは、第１の巻回体の巻回方向と、第２の巻回体の巻回方向とが同一であってもよい。【００１１】
本発明に係る蓄電デバイスでは、第１の巻回体の巻回方向と、第２の巻回体の巻回方向とが反対であってもよい。【００１２】
本発明に係る蓄電デバイスでは、第１の巻回体における巻回数と、第２の巻回体における巻回数とが同じであってもよい。【００１３】
本発明に係る蓄電デバイスでは、第１の巻回体における巻回数と、第２の巻回体における巻回数とが異なっていてもよい。【００１４】
本発明に係る蓄電デバイスの製造方法は、本発明に係る蓄電デバイスを製造する方法に関する。本発明に係る蓄電デバイスの製造方法では、正極と、負極と、正極と負極との間に配されたセパレータとを有する積層体を用意する。積層体の一部を巻回して第１の巻回体を作製すると共に、他の一部を巻回して第２の巻回体を作製する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、平面視において矩形状でない安価な蓄電デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態に係る蓄電デバイスの模式的斜視図である。
【図２】第１の実施形態における電極体の模式的斜視図である。
【図３】第１の実施形態における電極体の製造方法を説明するための模式的平面図である。
【図４】第１の実施形態の第１の変形例に係る蓄電デバイスの模式的斜視図である。
【図５】第１の実施形態の第２の変形例に係る蓄電デバイスの模式的斜視図である。
【図６】第２の実施形態における電極体の模式的斜視図である。
【図７】第２の実施形態における電極体の製造方法を説明するための模式的平面図である。
【図８】第３の実施形態における電極体の模式的斜視図である。
【図９】第３の実施形態における電極体の製造方法を説明するための模式的平面図である。
【図１０】第４の実施形態における電極体の模式的斜視図である。
【図１１】第４の実施形態における電極体の製造方法を説明するための模式的平面図である。
【図１２】第５の実施形態における電極体の模式的斜視図である。
【図１３】第６の実施形態における電極体の模式的斜視図である。
【図１４】第６の実施形態における電極体の製造方法を説明するための模式的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
【００１８】
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る蓄電デバイスの模式的斜視図である。図２は、第１の実施形態における電極体の模式的斜視図である。
【００２０】
図１に示す蓄電デバイス１は、例えば、二次電池等の電池、電気二重層コンデンサ等のコンデンサ等であってもよい。
【００２１】
図１に示すように、蓄電デバイス１は、ケース２を備えている。ケース２は、平面視において、矩形状ではない形状を有している。ケース２の平面視形状は、例えば、Ｌ字状、Ｈ字状、Ｕ字状、Ｔ字状等であってもよい。すなわち、本発明において、ケースは、平面視形状が矩形状でない形状のものであれば、どのような形状のものであってもよい。
【００２２】
ケース２は、導電体により構成されていても良いし、絶縁体により構成されていても良い。ケース２は、例えば、アルミニウム、ステンレス、銅等の金属や、ラミネート箔や樹脂等により構成することができる。
【００２３】
ケース２の一側面には、第１の端子２ａと、第２の端子２ｂとが設けられている。第１の端子２ａと第２の端子２ｂとのうちの一方が、正極端子を構成しており、他方が負極端子を構成している。もっとも、本発明において、正極端子と負極端子との両方が設けられている必要は必ずしもない。例えば、正極端子のみを設け、負極端子を導電体のケース２により構成してもよい。第１の端子２ａと第２の端子２ｂはケース２の側面に直接設けられていてもよいし、ケース２の側面からタブにより引き出されていてもよい。
【００２４】
ケース２の内部には、図２に示す電極体３が配されている。電極体３の平面視形状は、ケース２の平面視形状に沿った形状である。具体的には、本実施形態では、ケース２及び電極体３の両方が、Ｌ字状に設けられている。例えば、ケースがＨ字状である場合は、電極体は、Ｈ字状に設けられる。ケースがＵ字状である場合には、電極体は、Ｕ字状に設けられる。
【００２５】
電極体３は、正極１１と、負極１２と、セパレータ１３とを有する。正極１１と負極１２とは、セパレータ１３を介して対向している。このセパレータ１３により正極１１と負極１２とが隔離され、絶縁されている。
【００２６】
正極１１の構成は、蓄電デバイス１の種類によって適宜決定することができる。例えば、蓄電デバイス１が二次電池である場合は、正極１１は、正極集電体と、正極集電体の少なくとも一方面の上に設けられた活物質層とにより構成することができる。例えば、蓄電デバイス１が、電気二重層コンデンサである場合は、正極１１は、正極集電体と、正極集電体の少なくとも一方面の上に設けられた分極性電極層とにより構成することができる。
【００２７】
負極１２の構成は、蓄電デバイス１の種類によって適宜決定することができる。例えば、蓄電デバイス１が二次電池である場合は、負極１２は、負極集電体と、負極集電体の少なくとも一方面の上に設けられた活物質層とにより構成することができる。例えば、蓄電デバイス１が、電気二重層コンデンサである場合は、負極１２は、負極集電体と、負極集電体の少なくとも一方面の上に設けられた分極性電極層とにより構成することができる。
【００２８】
セパレータ１３は、例えば、電解質中のイオンが移動可能な連続孔を有する多孔質シートにより構成することができる。セパレータ１３は、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、セルロース、アラミド、ポリフッ化ビニリデン、テフロン（登録商標）等により構成されていてもよい。また、セパレータ１３の表面がセラミックコート層や接着層等により覆われていてもよい。セパレータ１３の表面が接着性を有していてもよい。また、セパレータ３３は１種の材料からなる単層膜であってもよく、１種または２種類以上の材料からなる複合膜または多層膜であってもよい。
【００２９】
また、セパレータ１３を設けない代わりに、若しくは、セパレータ１３を設けると共に、正極１１，負極１２の表面の上にセラミックコート層等の絶縁層を設けてもよい。
【００３０】
なお、正極１１，負極１２の集電体と活物質層との間にカーボン等を含むアンダーコート層を設けてもよい。
【００３１】
セパレータ１３には、電解質が含浸している。電解質は溶質と溶媒を含む。溶質には、例えば、蓄電デバイス１が二次電池である場合は、ＬｉＰＦ６やＬｉＢＦ４などのＬｉ塩が好ましく用いられる。溶媒には、例えば、蓄電デバイス１が二次電池である場合は、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）などの有機溶媒が好ましく用いられる。電解質は液体でもよいし、ポリマー状のものを用いてもよい。
【００３２】
図２に示すように、本実施形態では、電極体３は、平面視Ｌ字状である。具体的には、正極１１、セパレータ１３、負極１２及びセパレータ１３がこの順番で積層された積層体４（図３を参照）の一部がｘ軸方向を中心軸として巻回された第１の巻回体３１と、積層体４の第１の巻回体３１を構成していない部分の少なくとも一部がｘ軸方向を中心軸として巻回された第２の巻回体３２とを有する。従って、第１の巻回体３１の巻回軸の延びる方向と、第２の巻回体３２の巻回軸の延びる方向とは平行である。本実施形態では、第１の巻回体３１の巻回軸の延びる方向（ｘ軸方向）の長さと、第２の巻回体３２の巻回軸の延びる方向（ｘ軸方向）の長さとが異なる。具体的には、第１の巻回体３１の巻回軸の延びる方向（ｘ軸方向）の長さが、第２の巻回体３２の巻回軸の延びる方向（ｘ軸方向）の長さよりも長い。従って、一体に設けられた第１の巻回体３１及び第２の巻回体３２により、平面視が略Ｌ字状の電極体３が構成されている。
【００３３】
次に、蓄電デバイス１の製造方法の一例について説明する。まず、正極、負極及びセパレータを準備する。具体的には、正極活物質等を含む正極スラリーを正極集電体の少なくとも一方の面の上に塗布し、乾燥させることにより正極を作製する。同様に、負極活物質等を含む負極スラリーを負極活物質の少なくとも一方の面の上に塗布し、乾燥させることにより負極を作製する。次に、正極と、セパレータと、負極と、セパレータとをこの順番で積層し、図３に示す積層体４を作製する。
【００３４】
図３に示すように、積層体４のうち、第１の巻回体３１を構成するための部分４ａのｘ軸方向に沿った長さは、第２の巻回体３２を構成するための部分４ｂのｘ軸方向に沿った長さよりも長い。この積層体４の部分４ａを第１の回転方向に沿って巻回していくと共に、部分４を第１の回転方向とは逆方向の第２の回転方向に沿って巻回することにより、横断面略矩形状の第１及び第２の巻回体３１，３２を有する電極体３を作製する。なお、電極体３の外周を覆うさらなるセパレータが設けられていてもよい。
【００３５】
次に、電極体３をケース２（図１を参照。）内に収納し、電解質を充填することにより蓄電デバイス１を完成させることができる。
【００３６】
ところで、電極体が、正極、セパレータ及び負極の積層体の巻回体（以下、「正極、セパレータ及び負極の積層体の巻回体」を「電極巻回体」と呼ぶこととする。）により構成されている場合は、電極巻回体が、円柱状又は略直方体状となる。このため、電極体がひとつの電極巻回体により構成されている場合は、平面視が矩形状ではない蓄電デバイスを構成することが困難である。
【００３７】
平面視が矩形状ではない蓄電デバイスを実現する方法としては、矩形状ではない正極、セパレータ及び負極を順に積層した積層型の電極体を用いることが考えられる。しかしながら、積層型の電極体は、製造工程が煩雑であり、製造コストが高い。従って、安価な蓄電デバイスを得ることが困難である。
【００３８】
一方、本実施形態では、電極体３が複数の巻回体３１，３２により構成されている。複数の巻回体３１，３２により構成された電極体３は、積層型の電極体よりも製造が容易であり、安価に製造することができる。従って、本実施形態に係る蓄電デバイス１は、平面視形状が矩形状でないにも関わらず、安価である。
【００３９】
なお、本実施形態では、正極１１、セパレータ１３、負極１２及びセパレータ１３がこの順番で積層された積層体４を用いた。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図４に示すように、セパレータ１３、正極１１、セパレータ１３及び負極１２がこの順番で積層されてもよい。
【００４０】
本実施形態では、第１の巻回体３１における巻回方向と、第２の巻回体３２における巻回方向とが逆方向である例について説明した。このようにすることにより、電極体３の外表面の全体がセパレータ１３に覆われた正極１１により構成されることとなる。このため、電極体３とケース２とが接触することに起因する短絡不良の発生を抑制することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、第１の巻回体３１の巻回方向と第２の巻回体３２の巻回方向とが同じである例について説明した。
【００４２】
但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図５に示すように、第１の巻回体３１の巻回方向と、第２の巻回体３２の巻回方向とを同じにしてもよい。このようにすることにより、第１の巻回体３１と、第２の巻回体３２との境界部において正極１１と負極１２が対向する面積を大きくすることができる。従って、蓄電デバイス１のエネルギー密度を高めることができる。
【００４３】
本実施形態では、第１の巻回体３１の巻回数と、第２の巻回体３２の巻回数とが同じである。従って、厚みむらの少ない電極体３を得ることができる。但し、本発明においては、第１の巻回体における巻回数と、第２の巻回体における巻回数とが異なっていてもよい。
【００４４】
本実施形態では、第１の巻回体の巻回軸と、第２の巻回体の巻回軸とが平行である。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、第１の巻回体の巻回軸と、第２の巻回体の巻回軸とが略垂直であってもよい。換言すれば、第１の巻回体の巻回軸と、第２の巻回体の巻回軸との成す角の大きさが略９０°であってもよい。
【００４５】
以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。
【００４６】
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態における電極体の模式的斜視図である。
【００４７】
図６に示すように、第２の実施形態では、電極体３が、第１の巻回体３１と、第２の巻回体３２と、第３の巻回体３３とを有する。第２の巻回体３２は、第１の巻回体３１の巻回軸方向（ｘ軸方向）の一方側端部に接続されている一方、第３の巻回体３３は、第１の巻回体３１の巻回軸方向（ｘ軸方向）の他方側端部に接続されている。このため、電極体３は、平面視略Ｕ字状である。本実施形態の電極体３を用いることにより、平面視略Ｕ字状の蓄電デバイスを実現することができる。
【００４８】
なお、本実施形態の電極体３は、例えば、図７に示す積層体４Ａを用いることにより作製することができる。積層体４Ａは、ｘ軸方向に延びる第１の部分４Ａ１と、第１の部分４Ａ１のｘ軸方向における一方側端部から、ｘ軸方向に対して垂直なｙ軸方向に延びる第２の部分４Ａ２と、第１の部分４Ａ１のｘ軸方向における他方側端部からｙ軸方向に延びる第３の部分４Ａ３とを有する。この積層体４Ａの第１〜第３の部分４Ａ１，４Ａ２，４Ａ３を適宜巻回し、プレスすることにより本実施形態の電極体３を作製することができる。
【００４９】
（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態における電極体の模式的斜視図である。
【００５０】
図８に示すように、第３の実施形態では、電極体３が、第１の巻回体３１と、第２の巻回体３２とを有する。第２の巻回体３２は、第１の巻回体３１の巻回軸方向（ｘ軸方向）の中央部に接続されている。このため、電極体３は、平面視略Ｔ字状である。本実施形態の電極体３を用いることにより、平面視略Ｔ字状の蓄電デバイスを実現することができる。
【００５１】
なお、本実施形態の電極体３は、例えば、図９に示す積層体４Ｂを用いることにより作製することができる。積層体４Ｂは、ｘ軸方向に延びる第１の部分４Ｂ１と、第１の部分４Ｂ１のｘ軸方向における中央部から、ｘ軸方向に対して垂直なｙ軸方向に延びる第２の部分４Ｂ２とを有する。この積層体４Ｂの第１及び第２の部分４Ｂ１，４Ｂ２を適宜巻回することにより本実施形態の電極体３を作製することができる。
【００５２】
（第４の実施形態）
図１０は、第４の実施形態における電極体の模式的斜視図である。
【００５３】
図１０に示すように、第４の実施形態では、電極体３が、第１の巻回体３１と、第２の巻回体３２とを有する。第１の巻回体３１が第２の巻回体３２よりもｘ軸方向のｘ１側にまで至っており、第２の巻回体３２が第１の巻回体３１よりもｘ軸方向のｘ２側にまで至っている。このため、本実施形態の電極体３は、段差状である。この本実施形態の電極体３を用いることにより、平面視において段差状の蓄電デバイスを実現することができる。
【００５４】
なお、本実施形態の電極体３は、例えば、図１１に示す積層体４Ｃを用いることにより作製することができる。積層体４Ｃは、ｘ軸方向に延びる第１の部分４Ｃ１と、ｘ軸方向に延びており、第１の部分４Ｃ１よりもｘ２側にまで至る第２の部分４Ｃ２とを有する。この積層体４Ｃの第１及び第２の部分４Ｃ１，４Ｃ２を適宜巻回することにより本実施形態の電極体３を作製することができる。
【００５５】
本実施形態のように、第１の巻回体の巻回軸方向における位置と、第２の巻回体の巻回軸方向における位置とを異ならせることによっても、平面視形状が矩形状でない電極体４を作製することができる。第１の巻回体の巻回軸方向における位置と、第２の巻回体の巻回軸方向における位置とを異ならせる場合、第１の巻回体の巻回方向の長さと、第２の巻回方向の長さとが同じであっても、平面視形状が矩形状でない電極体を作製することができる。
【００５６】
（第５の実施形態）
図１２は、第５の実施形態における電極体の模式的斜視図である。
【００５７】
本実施形態に係る電極体は、第１の巻回体３１の巻回数と、第２の巻回体３２の巻回数とが異なる点で、第１の実施形態における電極体と異なる。本実施形態に係る電極体３は、平面視において矩形状でなく、且つ、高さ方向に段差を有する。従って、本実施形態に係る電極体３を用いることにより、平面視において矩形状でなく、且つ、高さ方向に段差を有する蓄電デバイスを実現することができる。
【００５８】
（第６の実施形態）
図１３は、第６の実施形態における電極体の模式的斜視図である。
【００５９】
第１〜第６の実施形態では、それぞれ、電極体３に含まれる複数の巻回体のそれぞれの巻回軸の延びる方向が平行である例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、電極体に含まれる複数の巻回体に、巻回軸の延びる方向が略垂直である巻回体が含まれていてもよい。そのような電極体の一例を図１３に示す。
【００６０】
図１３に示すように、第６の実施形態における電極体３では、第１の巻回体３１の巻回軸がｘ軸方向とは垂直なｙ軸方向に延びている。一方、第２の巻回体３２の巻回軸がｘ軸方向に延びている。
【００６１】
図１３に示す電極体３は、例えば、以下の要領で製造することができる。まず、平面視形状がＬ字状の積層体４Ｄ（図１４を参照）を準備する。次に、積層体４Ｄのｘ軸方向の延びる第１の部分４Ｄ１を巻回軸がｙ軸方向となるように適宜巻回していくと共に、積層体４Ｄのｙ軸方向に延びる第２の部分４Ｄ２を巻回軸がｘ軸方向となるように適宜巻回していくことにより本実施形態の電極体３を作製することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１  蓄電デバイス
２  ケース
２ａ  第１の端子
２ｂ  第２の端子
３  電極体
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ  積層体
１１  正極
１２  負極
１３  セパレータ
３１  第１の巻回体
３２  第２の巻回体
３３  第３の巻回体 
【図１】
2017169843.tif 000003
【図２】
2017169843.tif 000004
【図３】
2017169843.tif 000005
【図４】
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【図５】
2017169843.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
2017169843.tif 000017
2017169843.tif 000018
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