锡基氧化物锂离子二次电池负极材料的研究进展
锂离子电池锡基负极材料研究进展
收稿 日期 ：２０— ７ ２ ０ ５０ —５
作者简 介：张利华 （９２ ） １８一 ，女。江西萍乡人 。在读硕士 。 事锂 电池锡基负极材料的研究。 从
基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目 （ ｏ ０６０２ Ｎ ．２ ３３０ ）
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电池 负极 材 料 。
关键词 ：锂离 子电池 ；锡基负极材料 ；反应机理
中图分类号 ：＂ ４ ． 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ — ３８（０６ １ ｏ４ 一 ４ １ ６２ Ｇ１ ０６ ００ ２０ ）Ｏ 一 ｏ５ ｏ
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锡基作为锂离子电池负极材料的研究进展
锡基作为锂离子电池负极材料的研究进展在锂离子电池技术不断发展过程中，以碳为负极的电池具有良好的循环性，技术成熟依然是目前主流的负极材料，但却基本达到了碳的理论容量。
不能够进一步满足当代对大容量小体积电池的要求。
因此必须开发新的理论容量高的负极材料,在研究过程中出现了不少的代替碳的负极材料。
锡基就是其中一种。
在1997年，日本的富士公司首先发现了无定形锡基氧化物（TOC）具有很长的循环寿命和较大的可逆容量。
此后，在全世界掀起了研究锡基材料的浪潮，开发了多种含锡的材料类型，包括金属锡，锡基氧化物，锡基合金，硫化锡等。
锡基负极材料在锂离子的嵌入和脱出过程中可以形成Sn，其中的x小于Lix4.4。
也就是说一个锡原子可以与4.4个锂原子相结合形成合金。
从而计算出锂的理论容量大概在990mAh/g,远大于碳基材料（理论容量372mAh/g)，这使得锡基作为锂离子电池负极材料具有广大的潜力。
但是锡基作为负极材料时锂离子的嵌入和脱出会使体积发生巨大改变。
因此需要对锡基材料作进一步的研究，下面会从不同方面的锡基进行综述，来进一步了解锡基材料的优劣性。
2.1金属锡材料及复合材料锡和锂能够形成Sn。
纯净的Sn作为负极材料时，锂离子的嵌入和脱出Li4.4过程其体积变化率高达100%—300%，而且电极易发生破裂与粉碎，导致电池的可逆容量下降。
在Yang S等人[13]的文章中证实了此点，他们制作了厚度为12µm 到15µm的纯锡作为电极的电池。
在随后的研究中发现纯锡电极在前15次循环中的容量为600mAh/g,但在下面的循环中迅速降到了100~200mAh/g。
X射线研究分析可以看出晶体的尺寸变小了，由此可知以纯锡作为负极材料会发生严重变形。
目前的解决方法主要有两种，一种是将锡可以纳米化并加入碳材料，这一种情况与碳—硅复合材料类似，在上面已经提到过。
另一种方法是电镀制备锡薄膜电极。
2.1.1纳米化方法纳米化的研究中有Wang等人[14]以石墨为分散剂，采用高能机械研磨法SiO/和金属Li的混合物发生反应，并还原成金属Sn,得到纳米簇会均匀的SnO分布含锂的弹性石墨基质。
锂离子电池负极材料的研究进展
锂离子电池负极材料的研究进展摘要：当前全球范围内的石油和其他传统能源越来越稀缺，迫切需要有效开发和利用可再生能源，例如太阳能、风能和潮汐能。
但是，这些新能源供应不稳定且持续不断，因此需要先转换成电能再输出，这促进了可充电电池的研究。
传统的铅酸电池，镍镉电池和镍氢电池存在使用寿命短、能量密度低和环境污染等问题，极大地限制了它们的大规模应用。
当前，电池行业的首要任务是找到可替代传统铅酸电池和镍镉电池的可充电电池，迫切需要开发无毒、无污染的电极材料和电池隔膜以及无污染的电池。
与传统的二次化学电池相比，锂离子电池由于其吸引人的特性已经在电子产品中占主导地位，显示出广阔的发展前景。
关键词：锂离子电池；负极材料；研究进展引言国际能源结构正从传统化石能源的主导地位逐渐转变为低碳、清洁和安全的能源，以二次电池为代表的电化学储能技术已成为最有前途的储能技术之一。
锂离子电池因其比能量高、工作电压高、循环寿命长和体积小等特点得到了广泛关注。
锂离子电池主体由正极、隔膜、负极、封装壳体四部分组成，就提高电池的比能量而言，提高负极的性能相对于改进正极、隔膜、封装壳体更为容易。
负极又包括了电流集流体(通常是铜箔)、导电剂(通常是乙炔黑)、粘结剂(通常是聚偏氟乙烯)和具有与锂离子可逆反应的活性材料。
电极的性能几乎取决于活性材料的性能。
１嵌入型负极材料嵌入型负极材料嵌入机制可以描述为，材料结构中可以容纳一定的外来的锂离子，相变形成新的含锂的化合物，并且能在随后的充放电过程中脱出外来的锂离子，恢复到先前的原始结构。
嵌入型负极材料，包括已经商业化锂离子电池负极材料石墨、非石墨化的碳材料（如石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维）、ＴｉＯ２以及钛酸锂等。
其中碳质材料的优点包括良好的工作电压平台，安全性好以及成本低等。
但是也存在一些问题，如高电压滞后、高不可逆容量的缺点。
钛酸盐负极材料具有优异的安全性、成本低、长循环寿命的优点，但能量密度低。
石墨作为层状碳材料，是首先被商业化和人们所熟知的ＬＩＢ负极材料，也是最成功的嵌入型负极材料，锂离子嵌入后可生成层状ＬｉＣ６，其放电平台在０．２Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉ）以下，有优异的嵌／脱锂动力学性能，是比较完美的ＬＩＢ负极材料。
锂电池负极材料的研究进展及展望分析
锂电池负极材料的研究进展及展望分析目前锂电池负极材料的研究主要集中在碳基材料、硅基材料、金属氧化物等方面。
这些材料在锂电池中都有其独特的优势和局限性，而且针对不同种类的锂电池，对负极材料的要求也有所不同。
对这些负极材料的研究和发展，将有助于提高锂电池的性能和推动新一代电池技术的发展。
碳基材料一直是锂电池负极材料的主要研究方向之一。
石墨、石墨烯、碳纳米管等碳材料，因其导电性好、比表面积大、化学稳定性高等特点，被广泛应用于锂电池负极材料中。
通过控制碳材料的结构和微观形貌，可以有效提高其对锂离子的嵌入/脱嵌能力，提高其循环稳定性和倍率性能。
不过，碳材料在储锂过程中很难实现高容量储存，这一问题已成为碳基负极材料的研究难点之一。
硅基材料也是当前锂电池负极材料的研究热点。
与碳材料相比，硅具有更高的理论储锂容量，因此被认为是一种非常有前景的锂离子电池负极材料。
硅材料在锂离子嵌入/脱嵌过程中会发生体积膨胀，导致材料结构破坏，电化学活性和循环寿命大大降低。
为了解决硅材料的这一问题，研究者们通过合成纳米结构的硅材料、设计多孔结构、以及与碳等材料的复合等方法，取得了一些积极的进展，但仍然存在一定的挑战。
在未来，锂电池负极材料的研究将朝着以下几个方向发展：通过材料设计与合成新型的碳基材料，以提高其储锂容量，并且降低材料的制备成本。
研究者也将继续探索碳材料的微观结构与电化学性能之间的关系，找出铁电影响碳材料电化学行为的机理。
将进一步发展硅基负极材料的制备技术，通过纳米结构设计、表面涂层等方法，提高硅材料的循环稳定性和倍率性能。
也将探索硅基材料与其他材料的复合应用，以扩展硅材料在锂电池中的应用范围。
对金属氧化物的研究也将继续深入，以寻找新型金属氧化物材料，并且改进其结构与性能。
研究者也将进一步研究金属氧化物的嵌入/脱嵌机制，以解决其循环稳定性问题。
随着锂电池技术的不断发展和应用需求的不断增加，对锂电池负极材料的研究也将持续深入。
锂离子电池负极材料的研究及应用进展
锂离子电池负极材料的研究及应用进展一、本文概述随着全球能源危机和环境污染问题日益严重，可再生能源及其存储技术受到了广泛关注。
锂离子电池作为一种高效、环保的能源存储技术，广泛应用于电动汽车、移动电子设备以及大规模储能系统中。
而负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，其性能直接影响着电池的能量密度、循环寿命和安全性。
因此，研究和开发高性能的锂离子电池负极材料对提升电池性能、推动锂离子电池技术的发展具有重要意义。
本文旨在综述锂离子电池负极材料的研究现状和应用进展。
我们将简要介绍锂离子电池的基本工作原理和负极材料的主要性能指标。
然后，我们将重点综述各类负极材料的制备方法、性能特点以及在实际应用中的表现。
在此基础上，我们将讨论当前负极材料研究领域的热点问题和发展趋势，包括硅基负极材料、锂金属负极材料以及新型二维负极材料等。
我们将展望锂离子电池负极材料的未来发展方向，以期为相关领域的科研工作者和工程技术人员提供有益的参考和启示。
二、锂离子电池负极材料分类锂离子电池的负极材料是影响电池性能的关键因素之一，其性能直接影响到电池的容量、能量密度、循环寿命和安全性能。
根据材料的性质和应用需求，锂离子电池的负极材料主要分为以下几类：碳材料：碳材料是目前商业化锂离子电池中应用最广泛的负极材料，主要包括石墨、软碳和硬碳等。
石墨具有良好的层状结构，可以提供较高的比容量和良好的循环稳定性。
软碳和硬碳则具有较好的嵌锂能力和较高的能量密度。
合金材料：合金材料如锡、硅、锗等具有较高的理论比容量，是下一代锂离子电池负极材料的热门候选。
然而，合金材料在充放电过程中存在较大的体积变化，容易导致电池循环寿命下降。
目前的研究主要集中在如何缓解合金材料的体积变化和提高其循环稳定性。
氧化物材料：氧化物材料如过渡金属氧化物（如CoO、Fe2O3等）和锂氧化物（如Li4Ti5O12）等也具有一定的应用潜力。
这些材料具有较高的能量密度和良好的循环稳定性，但导电性较差，需要进行改性以提高其电化学性能。
锂电池负极材料的研究进展及展望分析
锂电池负极材料的研究进展及展望分析1. 传统负极材料传统的锂离子电池负极材料主要包括石墨、金属氧化物和合金材料。
石墨作为最为常见的负极材料，具有很高的首次放电比容量和循环稳定性，但其比容量有限，且在大电流放电时易发生热失控。
金属氧化物和合金材料因其高的理论比容量和能量密度受到了广泛关注，但其电化学活性较差，循环性能不稳定。
传统负极材料在满足高能量密度和高循环稳定性需求上存在着一定的局限性。
二、锂电池负极材料研究的展望1. 高能量密度随着对电池能量密度要求的不断提高，未来的锂电池负极材料需要具有更高的理论比容量和能量密度。
开发高容量、高电化学活性的负极材料是未来研究的重点之一。
新型碳材料、硅基材料以及金属氧化物和合金材料都有望成为未来高能量密度锂电池的重要负极材料。
2. 循环稳定性循环稳定性是锂电池的重要性能指标之一。
当前硅基材料、金属氧化物和合金材料的循环性能仍然存在一定的问题，未来需要通过界面工程、复合材料设计等方法来提高负极材料的循环稳定性。
3. 安全性锂电池的安全性一直是备受关注的问题。
传统锂电池负极材料在大电流放电时易发生热失控，导致安全隐患。
未来需要开发更安全稳定的负极材料，以确保电池的安全性能。
4. 可持续发展随着对环境友好性要求的提高，未来的锂电池负极材料需要考虑其资源可持续性和环境影响。
新型锂电池负极材料的开发需要注重材料的资源可再生性和环境友好性。
三、结语在锂电池的快速发展背景下，锂电池负极材料的研究与发展对于提高电池性能和满足应用需求具有重要意义。
当前，新型碳材料、硅基材料和金属氧化物材料被认为是未来锂电池负极材料的重要发展方向。
未来，随着材料科学和电化学领域的不断进步，相信锂电池负极材料将会不断取得新的突破，为电池技术的发展注入新的动力。
我们也需要注重锂电池负极材料的可持续发展和环保性，努力推动锂电池技术的可持续发展。
动力锂离子电池及其负极材料的现状和发展
动力锂离子电池及其负极材料的现状和发展2010-11-10 14:45:06 中国石墨碳素网文/苗艳丽杨红强岳敏天津市贝特瑞新能源材料有限责任公司随着汽车行业的发展，石油、天然气等不可再生石化燃料的耗竭日益受到关注，空气污染和室温效应也成为全球性的问题。
为解决能源问题、实现低碳经济，基于目前能源技术的发展水平，电动汽车技术逐渐成为全球经济发展的重点方向，美国、日本、德国、中国等国家相继限制燃油车使用，大力发展电动车。
作为电动汽车的核心部件——动力电池也迎来了大好的发展机遇。
动力电池是指应用于电动车的电池，包括锂离子电池、铅酸电池、燃料电池等，其中，锂离子电池因具有比能量高、比功率大、自放电少、使用寿命长及安全性好等特性，成为目前各国发展的重点。
国外政府及企业在动力锂离子电池研发上均做出了很大的努力。
我国的锂离子电池产业起步虽较晚，但发展速度非常快，同时，政府给予了大力的支持。
“十一五”期间，“863”电动汽车重大专项对混合动力（HEV）、外接充电式混合动力（PHEV）用锂离子电池关键材料和电池进行了专门的研究。
与锂离子电池其他部件相比，锂离子电池负极材料的发展较为成熟。
在商业应用中，石墨类碳材料技术较为成熟，市场价格也比较稳定，但随着锂离子动力电池对能量密度、功率密度、安全等性能的要求不断提升，硬碳、钛酸锂（Li4Ti5O12）、合金等其他材料也相继成为研究热门。
一、动力锂离子电池负极材料简介1.动力锂离子电池负极材料特性锂离子电池由正极、负极、电解液、隔膜和其他附属材料组成。
锂离子电池负极材料要求具备以下的特点：①尽可能低的电极电位；②离子在负极固态结构中有较高的扩散率；③高度的脱嵌可逆性；④良好的电导率及热力学稳定性；⑤安全性能好；⑥与电解质溶剂相容性好；⑦资源丰富、价格低廉；⑧安全、无污染。
2.动力锂离子电池负极材料主要类型早期人们曾用金属锂作为负极材料，但由于存在安全问题没有大规模商业应用。
锂-钠离子电池用锡基负极材料的制备及电化学性能研究
锂-钠离子电池用锡基负极材料的制备及电化学性能研究锂/钠离子电池用锡基负极材料的制备及电化学性能研究近年来，随着能源需求的增长和可再生能源的推广，锂离子电池成为了最常见和最重要的可再充电电池。
然而，由于锂资源的有限性和成本的高昂，科研人员开始探索替代锂离子电池的新型离子电池，其中钠离子电池备受瞩目。
锡材料由于其丰富的资源和适合储能的电化学特性而成为了制备锂/钠离子电池负极材料的理想选择。
锡具有丰富的氧化态，可以提供多种电化学反应，从而实现高容量储能。
然而，锡材料在充放电循环过程中存在一些问题，如体积膨胀大、容量衰退快等。
因此，要提高锡基负极材料的电化学性能，就需要解决这些问题。
目前，关于锂/钠离子电池用锡基负极材料的制备及电化学性能研究主要集中在以下几个方面。
首先，关于制备方法的研究。
为了解决锡材料的体积膨胀问题，在制备锡基负极材料时，采用合适的方法控制其形貌和结构，以实现高容量的储能。
常见的制备方法有溶剂热法、溶胶-凝胶法、电化学沉积法等。
研究结果表明，合理选择制备方法可以有效改善锡基负极材料的充放电性能。
其次，关于表面改性的研究。
通过改变锡基负极材料的表面性质，可以增强其电化学性能。
常见的表面改性方法有包覆、合金化和导电添加剂掺杂等。
这些方法可以提高锡材料的电导率和储锂/钠的动力学性能，从而改善电池的循环性能和倍率性能。
第三，关于纳米结构的研究。
将锡材料制备成纳米结构可以提高其电化学性能。
纳米结构具有较大的比表面积和短的离子和电子传输距离，有利于提高锡材料的充放电速率和循环性能。
因此，通过控制制备条件，如温度、反应时间等，可以实现锡基负极材料的纳米结构化。
最后，关于界面再设计的研究。
锂/钠离子电池的性能不仅与负极材料有关，还与电解液和电池的界面反应有关。
因此，通过界面再设计可以调节电池的界面性能，从而提高电池的循环寿命和安全性。
常见的界面再设计方法有选择性固体电解质薄膜形成和界面包覆等。
总之，锂/钠离子电池用锡基负极材料的制备及电化学性能研究是当前热点的课题之一。
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锡基氧化物锂离子二次电池负极材料的研究进展作者：李亚娟胡文胜刘斌来源：《赤峰学院学报·自然科学版》 2013年第2期李亚娟，胡文胜，刘斌（新疆教育学院，新疆乌鲁木齐 830046）摘要：锡基氧化物在锂离子二次电池负极材料方面具有广阔的应用前景.本文简述了二氧化锡锂离子电池负极材料的研究进展与贮锂机理，总结了锡基氧化物的合成方法及其性能，并对其发展前景进行了展望.关键词：锂离子电池；锡基氧化物；贮锂机理；制备方法中图分类号：TM912.9 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2013）01-0108-021 引言近年来，随着各种电子、电器设备对能源的需求增长迅猛，碳排放量的增加也已成为一个严重的环境问题.所有因素这些驱使人们重新考虑开发新的能源满足能源经济和环境的要求，并且这个新能源必须节能和可持续利用[1-4].锂离子二次电池（Rechargeable lithium-ion battery）是目前世界上最为理想的可充电电池，一直被视为这个合适的能量来源.它既可解决目前的问题，同时也可以满足未来的需求.但实际上大多数锂离子电池提供能力和能量密度远远低于其理论值，要取代未来的电池，锂离子电池仍需达到许多要求.因此，对于锂离子电池的各种组成和不同形态电极及其相关材料的研究与开发动有着非比寻常的意义.自从Sony公司研发出锂离子电池碳负极材料并将其商品化以来[5-6]，负极材料一直是大家关注的重点.由于石墨的层状结构，避免了枝晶锂的形成，且有利于锂的嵌入于脱出，使电池具有良好的稳定性和循环性.但由于其理论容量为372mAh/g[7]，在嵌脱的过程中存在电压滞后现象，与此同时没有经过高温处理的碳材料易因保护层的分解，引起容量循环性能衰减，引发安全隐患.显然，碳负极材料在满足电池高性能的要求方面，存在一定的局限性.人们使用了多种方法来提高石墨的理论比容量，开始有一些材料已作为高容量负极材料来取代碳.因此，锡基负极材料逐渐进入了人们的视野.本文从锡基氧化物的贮锂机理入手，概述了锂离子电池负极材料的制备和性能及研究现状.2 储锂机理锡基氧化物的储锂机理有离子型和合金型两种，现在人们比较认可合金型储锂机理.I. A. Courtney和J. R. Dahn提出[8-9]：SnO2中的实质嵌锂部分为锡原子，一个锡原子能够和4.4个锂离子结合为合金，同时SnO2中的氧原子与锂离子形成无定形的化合物氧化锂，这样就给锡原子的均匀分布提供了非常广阔的空间.反应分为两步：第一步锡基氧化物与锂离子发生不可逆的氧化还原反应，生成金属锡和氧化锂；接着上一步还原得到的锡原子和锂离子结合，发生了可逆的合金化反应，这个反应机理得到了多种试验方法和实验技术的验证[10].3 锡基氧化物的制备方法及性能由于锡基氧化物资源丰富、价格低廉，所以人们将锡基氧化物作为锂离子电池负极材料的研究重点[11].锡基氧化物包括氧化亚锡、氧化锡、以及二者的复合氧化物，常用的制备方法有水热法、模板法、薄膜法、溶胶一凝胶法、电沉积法、沉淀法等，不同的制备方法会影响锡基氧化物样品颗粒的尺寸大小和形貌结构，同时其电化学性能也会有所不同.本文主要介绍了SnO2常用的制备方法及电化学性能.利用水热法[12]制备的样品相比于其它的方法具有晶形完整、颗粒尺寸小、分布均匀且颗粒团聚轻等优点.Liang[13]用水热法合成了颗粒大小为20-100nm且电化学性能优异的纳米晶体SnO2，并克服了在热处理过程中易烧结的缺陷.在放电深度为0.4mA/cm2时，首次放电容量及可逆充电容量分别为1166mA·h/g和63lmA·h/g，循环20次后容量仍保持为530mA·h/g.J. Y. Lee等[14]运用水热法在碱性乙醇—水体系中合成了空心结构和中空核壳架构的SnO2晶球，40个循环后可逆容量仍超过理论容量.此法制备的纳米SnO2颗粒尺寸明显减小，比表面积增大，有利于与锂离子的反应，同时空心结构和中空核有利于减缓体积膨胀，所以电化学性能得以显著提高.利用有机高分子模板法N. C. Li等人[15]制备出倍率特性良好、分布均匀、粒子尺寸大小为110nm SnO2纤维，8C倍率下充放电，容量可达到700mAh/g且衰减速度很慢，循环次数为1400次.使用薄膜法可以很好地消除由于锂嵌入和脱出造成的金属锡体积变化的不利影响.其中化学气相沉积薄膜法具有沉积速度快、经济效益高、利于大规模生产等优点.T. Brousse等[16]采用化学气相沉积薄膜法制备出晶态SnO2薄膜，在115 V～1115 V间循环100次以上，仍保持着500 mAh/g的可逆容量.S. C. Nam[17]也利用此法制备出结晶态SnO2薄膜，在首次循环测试中由于生成无定形氧化锂和金属锡，引起了不可逆容量；但在此后的循环测试中，金属锡作为可逆电极，表现出良好的循环性能且容量达到500 mAh/g.M. Mohamede等[18]采用静电喷射法制备0.1μm厚的SnO2薄膜，由此方法制备的SnO2为无定型，在不同循环电压范围表现不同容量.在0~1v范围内，充放电循环100周期后容量大于500mAh/g.当电流密度为2mA/cm2时，容量仍然大于500mAh/g.除化学气相沉积法、静电喷射法外，射频磁控溅射法[19]可以使薄膜在低温基板上沉积，并能提高沉积薄膜的密度、结晶度等；真空热蒸镀法[20]可在大面积范围内制备光滑、致密的薄膜.黄峰[21]采用溶胶·凝胶法合成前驱物Sn·(OH)4，通过研究测试发现Sn·(OH)4胶体在不同温度下加热分解得到的一系列SnO2样品，其电化学性能对热处理温度非常敏感, 800℃时热分解得到的试样具有良好电化学性能.电沉积法也是制备锡基氧化物常用的方法，W. H. Ho等[22]通过这种方法在SnCl4水溶液中获得具有纳米微结构的SnO2及其它一些锡的化合物，10个充放电循环周期后，容量仍能保持在500mA·h/g以上.通过一般沉淀法J. H. Kim[22]制备得到首次充放电容量分别为1580mAh/g和1030mAh/g 的Sn3O2(OH)2（即3SnO·H2O）试样，首次循环可逆容量为600mAh/g，100次循环周期后容量仍保持为500mAh/g.4 展望对于锂离子电池锡基负极材料，除锡基氧化物外，复合氧化物和锡盐也因其易得、储锂量可观等优点，已成为很有应用前景的锂离子电池电极物质；同时锡合金材料在锂离子电池电极材料中的应用研究中取得了较大进展.但是，在能发挥其高理论比容量的前提下，如何提高其循环性能，依旧是锡基材料商业化面临的最大困难和挑战，因此，对于锂离子电池锡基负极材料仍有大量的工作要做.参考文献：〔1〕周恒辉，慈云祥，刘昌炎.锂离子电池电极材料研究进展.化学进展，1998，10(1)：85-94.〔2〕郑子山，张中太，唐子龙，沈万慈.锂离子二次电池最新进展及评述，化学世界，2004（5）：270-273.〔3〕吴宇平，万春荣，姜长印．锂离子二次电池，北京：化学工业出版社，2002.1-294．〔4〕K. 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