CN108123073B - 串联连接用的层叠型电池以及电池组 - Google Patents

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Abstract

根据本发明，提供一种具备在排列方向(X)上排列的多个层叠型电池(10A～10E)的电池组(1)。在多个层叠型电池(10A～10E)中，正极端子(12B～12E)与负极端子(14A～14D)串联连接，并且，在排列方向(X)上，被电连接的正负极端子间的距离(d1)比没有被电连接的正负极端子间的距离(d2)相对短。

Description

串联连接用的层叠型电池以及电池组
技术领域
本发明涉及串联连接用的层叠型电池以及将多个层叠型电池串联连接而成的电池组。
背景技术
将多个二次电池电连接而成的电池组(也称为模块)通用作为车辆搭载用的高输出电源等。作为电池组的一例，有将多个层叠型电池电连接而成的电池组。图4是示意性地示出以往的一个技术方案的电池组100的外形的俯视图。在图4的电池组100中，多个层叠型电池100A～100E沿着排列方向X0进行配置。正极端子120和负极端子140在层叠型电池100A～100E的宽度方向W0的左右的端部突出。在各层叠型电池100A～100E中，分别在排列方向X0的中央(正中)配置有正极端子120和负极端子140。换言之，在各层叠型电池100A～100E中，正极端子120和负极端子140分别配置于排列方向X0的相同位置。正极端子120和负极端子140具有以各层叠型电池100A～100E的宽度方向W0的中央为对称轴的线对称的形状。
在电池组100中，在排列方向X0上相邻的层叠型电池100A～100E的正极端子120和负极端子140被焊接接合。由此，电池组100被串联连接。在电池组100中，在宽度方向W0的左右的端部，各层叠型电池100A～100E的正极端子120和负极端子140等间隔地配置。因此，焊接接合的正极端子120与负极端子140的距离分离开。因此，在进行焊接接合时，需要使正极端子120和/或负极端子140大大地弯曲来使正极端子120与负极端子140的位置靠近。结果，在层叠型电池100A～100E中，负荷施加于层叠外装体，有时会产生龟裂等破损。由此，有时层叠外装体的密封性能会下降，水分等会混入层叠外装体的内部。
与此相关地，作为与电池组的正极端子与负极端子的电连接相关的技术，列举有专利文献1。在专利文献1的电池组中，正极端子和负极端子分别具有弯折加工而成的弯折部。并且，通过将在排列方向上相邻的层叠型电池的正极弯折部与负极弯折部焊接接合，从而使多个二次电池串联连接。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开2012-221804号公报
发明内容
然而，在专利文献1的电池组中，需要将正极端子和负极端子弯折地进行加工。因此，加工的工夫繁杂。因此，从成本和/或作业效率的观点出发，谋求了能够更容易地将多个层叠型电池串联连接的技术。另外，谋求了适合于串联连接的串联连接用的层叠型电池。
本发明是鉴于这样的情况而做出的，其目的在于提供一种将多个层叠型电池串联连接而成的、且正负极端子间被适当地接合了的电池组。另外，本发明的另一目的在于提供一种串联连接用的层叠型电池。
根据本发明，提供一种具备在预先设定的排列方向上排列的多个层叠型电池的电池组。多个上述层叠型电池分别具备：层叠外装体；电极体，其配置于上述层叠外装体的内部，具备正极片和负极片；电解质，其配置于上述层叠外装体的内部；正极端子，其在上述层叠外装体的内部与上述正极片电连接，且一部分向上述层叠外装体的外部突出；以及负极端子，其在上述层叠外装体的内部与上述负极片电连接，且一部分向上述层叠外装体的外部突出并且是相对于上述电极体向与上述正极端子相反的一侧突出。在上述排列方向上相邻的多个上述层叠型电池中，上述正极端子与上述负极端子串联连接，并在上述排列方向上，被电连接的上述正极端子与上述负极端子之间的距离比没有被电连接的上述正极端子与上述负极端子之间的距离相对短。
在上述构成的电池组中，与没有被电连接的正极端子和负极端子相比，被电连接的正极端子和负极端子位于相对靠近的位置。因此，在对多个层叠型电池的正负极端子间进行焊接时，能够减轻向层叠外装体施加的负荷。换言之，能够稳定地维持收纳了电极体的层叠外装体的形状。由此，能够抑制如下情形：在层叠外装体产生龟裂等破损，密封性能下降。另外，在上述构成的电池组中，不需要花费将电极端子弯折地进行加工的工夫。由此，能够提高制造电池组时的作业效率，并且能够实现低成本化。
此外，在本说明书中，“层叠型电池”是指将层叠膜用作外装体并在其内部收纳了电极体和电解质的构成的整个电池。层叠型电池可以是锂离子二次电池、镍氢电池等蓄电池(化学电池)，也可以是双电层电容器等蓄电元件(物理电池)。
另外，在本说明书中，“正极端子与负极端子之间的距离”是指在预先设定的排列方向上的层叠外装体的外缘与正负极端子相交的位置处，正极端子的中心与负极端子的中心之间的距离。
在此处公开的电池组的优选的一个技术方案中，被电连接的上述正极端子与上述负极端子以连接部件不介于其间的方式直接连接，上述被电连接的上述正极端子与上述负极端子平行。由此，能够进一步提高制造电池组时的作业效率，并且能够更好地减轻向层叠外装体施加的负荷。因此，能够以更高水平发挥本发明的效果。
此外，在本说明书中，“平行”并不是严格意义上的平行，是指将正极端子延长得到的直线与将负极端子延长得到的直线大致以-10°以上且10°以下、例如-5°以上且5°以下的角度进行配置。
在此处公开的电池组的优选的一个技术方案中，上述层叠外装体具备第一膜以及第二膜，上述第一膜以及第二膜分别具有平坦部和构成用于收纳上述电极体的空间的变形部，上述第一膜以及第二膜在以上述变形部成为点对称的方式重叠了的状态下，外缘部分被密封。由此，能够更稳定且有效地实现上述电池组。
另外，根据本发明，提供一种串联连接用的层叠型电池，该串联连接用的层叠型电池具备：层叠外装体，其具有一对宽幅面；电极体，其配置于上述层叠外装体的内部，具备正极片和负极片；电解质，其配置于上述层叠外装体的内部；正极端子，其在上述层叠外装体的内部与上述正极片电连接，且一部分向上述层叠外装体的外部突出；以及负极端子，其在上述层叠外装体的内部与上述负极片电连接，且一部分向上述层叠外装体的外部突出并且是相对于上述电极体向与上述正极端子相反的一侧突出。在从上述层叠外装体的一方的上述宽幅面朝向另一方的上述宽幅面的厚度方向上，上述正极端子的位置与上述负极端子的位置相互不同。
附图说明
图1是示意性地示出一个实施方式的电池组的外形的俯视图。
图2是示意性地示出一个实施方式的层叠型电池的立体图。
图3是图2的层叠型电池的III-III线剖视图。
图4是示意性地示出以往的电池组的外形的俯视图。
附图标记说明
1 电池组
10A、10B、10C、10D、10E 层叠型电池
12A、12B、12C、12D、12E 正极端子
14A、14B、14C、14D、14E 负极端子
20 电极体
30 层叠外装体
32、34 层叠膜
具体实施方式
以下，适当参照附图，说明此处公开的电池组的优选的实施方式。此外，在本说明书中特别提及的事项以外的、实施所需的事项(例如，电池的通常的电池构筑过程)可以作为基于本领域中的现有技术的本领域技术人员的设计事项来掌握。此处公开的电池组能够基于本说明书公开的内容和本领域中的技术常识来进行实施。
另外，在以下的附图中，对发挥相同作用的部件·部位标注相同的附图标记，重复的说明有时会省略或简化。为了容易进行说明，各图中的尺寸关系(长度、宽度、厚度等)有时会进行变形，并不一定反映实际的尺寸关系。此外，附图中的附图标记X表示层叠型电池的排列方向。另外，附图中的附图标记W表示与排列方向X正交的层叠型电池的宽度方向。不过，这些只不过是为了便于说明的方向，并不对层叠型电池的配置形态进行任何限定。
图1是示意性地示出一个实施方式的电池组1的外形的俯视图。电池组1具备多个层叠型电池10A、10B、10C、10D、10E。多个层叠型电池10A、10B、10C、10D、10E具有同一形状。各层叠型电池10A、10B、10C、10D、10E为平板状。各层叠型电池10A、10B、10C、10D、10E具有一对平坦的面(宽幅面)16。层叠型电池10A、10B、10C、10D、10E以宽幅面16彼此互相相对的方式沿着排列方向X排列。排列方向X上的第偶数层叠型电池即层叠型电池10B、10D以相对于排列方向X上的第奇数层叠型电池即层叠型电池10A、10C、10E使宽度方向X上的左右相反了的状态进行配置。
此外，在本实施方式中，层叠型电池10A、10B、10C、10D、10E相互接触，但也可以是，在层叠型电池10A、10B、10C、10D、10E之间例如配置有散热部件、间隔部件、绝缘部件等而使层叠型电池10A、10B、10C、10D、10E相互不接触。另外，构成电池组1的层叠型电池在此处为5个，但不限定于此。也可以是，构成电池组的层叠型电池的数量典型而言为10个以上，例如10个～100个左右。
正极端子12A、12B、12C、12D、12E和负极端子14A、14B、14C、14D、14E在各层叠型电池10A、10B、10C、10D、10E的外表面突出。正极端子12A、12B、12C、12D、12E和负极端子14A、14B、14C、14D、14E隔着各层叠型电池10A、10B、10C、10D、10E的宽幅面16而配置于相对的位置。具体而言，在与排列方向X正交的宽度方向W上，在各层叠型电池10A、10B、10C、10D、10E的左右的端配置有正极端子12A、12B、12C、12D、12E以及负极端子14A、14B、14C、14D、14E。
在各层叠型电池10A、10B、10C、10D、10E中，在排列方向X上，正极端子12A、12B、12C、12D、12E与负极端子14A、14B、14C、14D、14E的位置不同。详细而言，正极端子12A、12B、12C、12D、12E位于比各负极端子14A、14B、14C、14D、14E相对靠排列方向X的上方侧的位置。更具体而言，在关于各层叠型电池10A、10B、10C、10D、10E划将其在排列方向X上平分的中央线时，正极端子12A、12B、12C、12D、12E位于上侧，负极端子14A、14B、14C、14D、14E位于下侧。
因此，在宽度方向W的右端部，层叠型电池10A、10C的负极端子14A、14C与层叠型电池10B、10D的正极端子12B、12D之间的距离分别比层叠型电池10B、10D的正极端子12B、12D与层叠型电池10C、10E的负极端子14C、14E之间的距离相对短。另外，在宽度方向W的左端部，层叠型电池10B、10D的负极端子14B、14D与层叠型电池10C、10E的正极端子12C、12E之间的距离分别比层叠型电池10A、10C的正极端子12A、12C与层叠型电池10B、10D的负极端子14B、14D之间的距离相对短。
多个层叠型电池10A、10B、10C、10D、10E被串联连接。多个层叠型电池10A、10B、10C、10D、10E以汇流条等连接部件不介于其间的方式直接电连接。
具体而言，在宽度方向W的右端部，层叠型电池10A、10C的负极端子14A、14C分别与相邻的层叠型电池10B、10D的正极端子12B、12D焊接接合。由此，负极端子14A与正极端子12B电连接，负极端子14C与正极端子12D电连接。另外，在宽度方向W的左端部，层叠型电池10B、10D的负极端子14B、14D分别与相邻的层叠型电池10C、10E的正极端子12C、12E焊接接合。由此，负极端子14B与正极端子12C电连接，负极端子14D与正极端子12E电连接。多个层叠型电池10A、10B、10C、10D、10E在将正极端子12B、12C、12D、12E和负极端子14A、14B、14C、14D维持为平行的状态下被电连接。
层叠型电池10A的正极端子12A是以能够进行外部连接的方式开放的正极输出端子。另外，层叠型电池10E的负极端子14E是以能够进行外部连接的方式开放的负极输出端子。
在本实施方式中，在相邻的层叠型电池中，被电连接的正极端子与负极端子之间的距离比没有被电连接的正极端子与负极端子之间的距离相对短。
当以层叠型电池10B为例进行说明时，在宽度方向W的右端部、将正极端子12B与连接于正极端子12B的负极端子14A之间的距离设为d1、将正极端子12B与没有连接于正极端子12B的负极端子14C之间的距离设为d2时，d1、d2的关系为d1<d2。通过这样地缩短正极端子12B与负极端子14A之间的距离，从而能够将层叠型电池10A、10B不费劲地串联连接。也就是说，在将正极端子12B与负极端子14A焊接接合时，能够减轻向层叠外装体30(参照图2、图3)施加的负担。另外，由于能够以更宽的面积将正极端子12B与负极端子14A面接合，所以能够将正极端子12B与负极端子14A更牢固地接合。此外，在上述说明中，以层叠型电池10B为例进行了说明，但对于层叠型电池10C、10D也是同样的。
d1、d2的关系也依赖于电极体20(参照图2、图3)的排列方向X上的长度(例如层叠方向上的厚度)，所以没有特别限定。一般而言，电极体20的排列方向X上的长度越长，则d1与d2的差异越大。因此，在d1、d2的关系大致为1.5×d1<d2<100×d1、典型而言为2×d1<d2、例如为5×d1<d2的形态下，此处公开的技术效果被更好地发挥。
此外，在图4所示那样的以往的电池组100中，在宽度方向W0的两端部，正极端子120与负极端子140等间隔地进行配置。因此，在相邻的层叠型电池100A～100E中，在将被电连接的正极端子与负极端子之间的距离设为d10并将没有被电连接的正极端子与负极端子之间的距离设为d20时，d10、d20的关系为d10≈d20。
图2是示意性地示出层叠型电池10A的外形的立体图。图3是层叠型电池10A的III-III线剖视图。以下，以层叠型电池10A为例，对层叠型电池的各构成要素进行说明，但层叠型电池10B、10C、10D、10E也是与层叠型电池10A同样的构成。
层叠型电池10A具备电极体20、未图示的电解质、正极端子12A、负极端子14A以及层叠外装体30。电极体20和电解质收纳于层叠外装体30的内部。
电极体20的构成与以往公知的电池同样即可，没有特别限定。电极体20在此处为层叠型的电极体(层叠电极体)。电极体20分别具备一个以上的矩形状的正极片和矩形状的负极片，典型而言分别具备多个矩形状的正极片和矩形状的负极片。一个电极体20通常各具备10个以上的正极片和负极片，典型而言各具备20个以上的正极片和负极片，例如各具备30个～100个正极片和负极片。正极片和负极片以被绝缘了的状态在层叠方向X1上交替地层叠。层叠体20的层叠方向X1上的厚度典型而言为5mm～40mm，例如为8mm～30mm左右。电极体20的层叠方向X1典型而言与电池组1中的层叠型电池10A、10B、10C、10D、10E的排列方向X相同。不过，也可以是，电极体20的层叠方向X1与层叠型电池10A、10B、10C、10D、10E的排列方向X不同。电极体20也可以是例如将带状的正极片与负极片以被绝缘了的状态层叠、并在长边方向上卷绕而成的卷绕电极体。
典型而言，正极片具备正极集电体和形成于该正极集电体的表面的正极活性物质层。正极活性物质层包含正极活性物质(例如锂镍钴锰复合氧化物等锂过渡金属复合氧化物)。一个或多个正极片在层叠外装体30的内部与正极端子12A电连接。正极端子12A的一部分延伸至层叠外装体30的外部。换言之，正极端子12A向层叠外装体30的外部突出。
典型而言，负极片具备负极集电体和形成于该负极集电体的表面的负极活性物质层。负极活性物质层包含负极活性物质(例如石墨等碳材料)。一个或多个负极片在层叠外装体30的内部与负极端子14A电连接。负极端子14A的一部分延伸至层叠外装体30的外部。换言之，负极端子14A向层叠外装体30的外部突出。
也可以是，将分隔片介于正极片与负极片之间。分隔片将正极活性物质层与负极活性物质层绝缘。作为分隔片，例如优选聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等树脂片。也可以是，在分隔片设置有以例如氧化铝等无机填充剂为主要成分的耐热层。
电解质的构成与以往公知的层叠型电池同样即可，没有特别限定。电解质可以为液状，也可以为聚合物状(凝胶状)，还可以为固体状。电解质例如也可以包含碳酸脂类、酯类等非水溶媒、和生成电荷载体的锂盐等支持盐。
正极端子12A和负极端子14A在宽度方向W上隔着电极体20位于相对的一侧。换言之，负极端子14A隔着电极体20而位于与正极端子12A相反的一侧。由此，能够提高构筑电池组1时的作业性，详细而言能够提高将层叠型电池10A、10B、10C、10D、10E串联连接时的作业性。另外，能够适当实现难以发生短路等不良情况的电池组1。正极端子12A和负极端子14A在层叠方向X1上的位置相互不同。在该例中，正极端子12A位于比负极端子14A相对靠层叠方向X1的上方侧的位置。
层叠外装体30是收纳电极体20和电解质的袋状的容器。本实施方式的层叠外装体30具备两个层叠膜32、34。层叠膜32、34的外形在俯视下与正极片和/或负极片同样地为矩形状。层叠膜32、34例如具有将10μm～100μm左右的厚度的尼龙层、30μm～150μm左右的厚度的铝层、以及10μm～100μm左右的厚度的聚丙烯层依次层叠而成的层叠构造。尼龙层是构成层叠外装体30的最外层且用于提高层叠膜32、34的耐久性和/或耐冲击性的层。铝层是用于提高层叠膜32、34的阻气性和/或防湿性的层。聚丙烯层是用于向层叠膜32、34赋予热熔敷性的密封层。
如图3所示，各层叠膜32、34分别具有截面为直线状的平面部32a、34a、和从平面部32a、34a相连且设置于宽度方向W上的一方的端的变形部32b、34b。平面部32a的宽度方向W上的长度与电极体20的宽度方向W上的长度相同或比电极体20的宽度方向W上的长度长，例如比电极体20与正极端子12A的宽度方向W上的总计长度短。平面部34a的宽度方向W上的长度与电极体20的宽度方向W上的长度相同或比电极体20的宽度方向W上的长度长，例如比电极体20与负极端子14A的宽度方向W上的总计长度短。在此，平面部32a、34a的宽度方向W上的长度相同。
变形部32b、34b形成为截面为曲线状(R形状)。变形部32b、34b具有预先设定的曲率半径。该曲率半径例如与层叠体20的层叠方向X1上的厚度相同或比层叠体20的层叠方向X1上的厚度长。在层叠方向X1上，各变形部32b、34b的一端到另一端的长度与电极体20的厚度相同或比电极体20的厚度长。在此，变形部32b、34b的层叠方向X1上的一端到另一端的长度相同。变形部32b、34b例如通过将层叠膜32、34按压于预定的模板(日文：型枠)并使其塑性变形的压纹加工等而形成。
层叠膜32的平面部32a与正极端子12A平行地沿着正极端子12A进行配置。层叠膜32的平面部32a配置成与正极端子12A共面。层叠膜34的平面部34a与负极端子14A平行地沿着负极端子14A进行配置。层叠膜34的平面部34a配置成与负极端子14A共面。
两个层叠膜32、34以成为以电极体20的中心为对称点的点对称的方式进行配置。两个层叠膜32、34以点对称的状态重叠，其周缘的部分被热熔敷，由此被气密地密封。在层叠外装体30的外缘部分形成有熔敷了层叠膜32、34的熔敷部36。熔敷部36遍及收纳空间的整周地设置，即遍及层叠外装体30的四条边全部地进行设置。层叠膜32、34所包围的空间构成了收纳电极体20和电解质的收纳空间。收纳空间中的、靠近变形部32b、34b的一部分的区域成为无助于充放电的残余空间(无效空间)38。
此外，层叠外装体30在此处具备两个层叠膜32、34，但也可以仅由一个层叠膜构成。在该情况下，将一个层叠膜折回，并将折回了的部分的周缘热熔敷，由此能够与上述同样地用作层叠外装体。另外，层叠膜32、34也可以不具有变形部32b、34b。另外，变形部32b、34b的截面形状不限定为曲线状，也可以设为例如凹形状、直线状等。
如上所述，在层叠型电池10A、10B、10C、10D、10E中，在层叠方向X上，被电连接的正极端子12A、12B、12C、12D与负极端子14B、14C、14D、14E之间的距离靠近。换言之，与在层叠方向X上相邻的正极端子与负极端子之间的距离为等间隔的以往的电池组100相比，被电连接了的正极端子12A、12B、12C、12D与负极端子14B、14C、14D、14E之间的距离相对短。
并且，在电池组1中，正极端子12B、12C、12D、12E与负极端子14A、14B、14C、14D以位于平行的状态被串联连接。由此，在将正极端子12B、12C、12D、12E与负极端子14A、14B、14C、14D焊接接合时，能够减轻向层叠外装体30施加的负荷。结果，能够抑制如下情形：在层叠外装体30产生龟裂，水分等从该龟裂混入层叠外装体30的内部。另外，根据这样的技术方案，即使是例如电极体的层叠方向上的厚度厚的高容量类型的层叠型电池，也能够将正负极端子间良好地焊接接合。
电池组1能够用于各种用途，其特征在于能量密度和/或输出密度高。因此，电池组1能够活用这样的特征，能够优选用于特别要求高能量密度和/或高输出密度的用途。具体而言，例如能够优选用于理论容量为10Ah/L以上、典型而言为50Ah/L以上、例如为100Ah/L～200Ah/L的高能量密度类型的电池、和/或充放电速率为2C(1C是指使充满电状态的电池以1小时放电的电流值)以上、典型而言为5C以上、例如为10C～30C的反复进行高速充放电的高输出密度类型的电池。另外，电池组1能够优选用作例如搭载于车辆的马达用的动力源(驱动用电源)。车辆的种类没有特别限定，但典型而言可例举出汽车例如插电式混合动力汽车(PHV)、混合动力汽车(HV)、电动汽车(EV)等。
以上，详细地说明了本发明，但上述实施方式只不过是例示，在此处公开的发明中包括将上述的具体例进行了各种变形、变更而得到的技术方案。

Claims (3)

1.一种电池组，
具备多个层叠型电池，所述多个层叠型电池在预先设定的排列方向上排列，
多个所述层叠型电池分别具备：
层叠外装体，其具有沿着所述排列方向的一对的宽幅面；
电极体，其配置于所述层叠外装体的内部，具备正极片和负极片；
电解质，其配置于所述层叠外装体的内部；
正极端子，其在所述层叠外装体的内部与所述正极片电连接，且一部分向所述层叠外装体的外部突出；以及
负极端子，其在所述层叠外装体的内部与所述负极片电连接，且一部分向所述层叠外装体的外部突出并且是相对于所述电极体向与所述正极端子相反的一侧突出，
所述层叠外装体具备第一层叠膜以及第二层叠膜，
所述第一层叠膜以及第二层叠膜分别具有构成所述宽幅面的平面部、和与所述平面部相连的变形部，所述变形部是截面曲线状的变形部，具有所述电极体的厚度以上的曲率半径，所述第一层叠膜以及第二层叠膜在以所述变形部成为点对称的方式重叠了的状态下，外缘部分被密封，
在所述排列方向上相邻的多个所述层叠型电池中，
所述正极端子与所述负极端子串联连接，并且，
在所述排列方向上，被电连接的所述正极端子与所述负极端子之间的距离比没有被电连接的所述正极端子与所述负极端子之间的距离相对短。
2.根据权利要求1所述的电池组，
所述被电连接的所述正极端子与所述负极端子以连接部件不介于其间的方式直接连接，
所述被电连接的所述正极端子与所述负极端子平行。
3.一种串联连接用的层叠型电池，具备：
层叠外装体，其具有一对宽幅面；
电极体，其配置于所述层叠外装体的内部，具备正极片和负极片；
电解质，其配置于所述层叠外装体的内部；
正极端子，其在所述层叠外装体的内部与所述正极片电连接，且一部分向所述层叠外装体的外部突出；以及
负极端子，其在所述层叠外装体的内部与所述负极片电连接，且一部分向所述层叠外装体的外部突出并且是相对于所述电极体向与所述正极端子相反的一侧突出，
所述层叠外装体具备第一层叠膜以及第二层叠膜，
所述第一层叠膜以及第二层叠膜分别具有构成所述宽幅面的平面部、和与所述平面部相连的变形部，所述变形部是截面曲线状的变形部，具有所述电极体的厚度以上的曲率半径，所述第一层叠膜以及第二层叠膜在以所述变形部成为点对称的方式重叠了的状态下，外缘部分被密封，
在从所述层叠外装体的一方的所述宽幅面朝向另一方的所述宽幅面的厚度方向上，所述正极端子的位置与所述负极端子的位置相互不同。
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