CN105960693A - 蓄电设备 - Google Patents

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真岛正利
柚原薰
上田光保
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

在蓄电设备中，其中容纳电极组的外壳(1)包括：彼此面对的第一主壁(11)和第二主壁(12)、第一主壁(11)和第二主壁(12)通过其在第一主壁(11)和第二主壁(12)的两侧处相互耦接的第一侧壁(13)和第二侧壁(14)、其上布置外部端子的顶壁(15)、以及底壁(16)。在电极组沿着正电极板和负电极板的堆叠方向的两个端表面面对第一主壁(11)的内表面和第二主壁(12)的内表面时，电极组容纳在外壳(1)中。在靠近第一侧壁(13)的位置处布置在该多个正电极板上的多个正电极贴片和在靠近第二侧壁(14)的位置处布置在该多个负电极板上的多个负电极贴片沿着朝向顶壁(15)的方向从电极组的端表面突出。外壳(1)的顶壁(15)具有凹陷到在正电极贴片和负电极贴片之间的位置的凹部(17)。

Description

蓄电设备
技术领域
本发明涉及蓄电设备，诸如锂离子电容器和锂离子电池。
背景技术
近年来，用于将使用阳光、风等作为能源的可更新能量转换成电能的技术已经受到关注。随着这种技术的进步，已经积极地研发了用于存储电能的蓄电设备。蓄电设备的已知实例包括锂离子二次电池和双电层电容器。为了进一步增加容量，已经研发了双电层电容器。在这种蓄电设备中，除了容量的增加，还期望体积能量密度的提高。
很多蓄电设备包括通过在其间布置隔板时交替地堆叠多个正电极板和多个负电极板而获得的电极组、容纳电极组的外壳、和布置在外壳上并且电连接到电极组的外部端子。在相关技术中，外壳包括具有闭合的底部的柱形外罐和密封外罐的开口的平坦密封板，并且几乎所有的外壳均具有矩形形状(例如，参考PTL 1)。电极组被容纳在这种外壳中。进而，外部端子布置在密封板上。
引用列表
专利文献
PTL 1：日本未审定专利申请公报No.2011-204469
发明内容
技术问题
在上述蓄电设备中，布置在正电极板上的正电极贴片和布置在负电极板上的负电极贴片沿着朝向密封板的方向从电极组的端表面突出。电极组和外部端子通过贴片电连接到彼此。因此，外壳需要不仅具有其中容纳电极组的空间，而且还具有其中容纳正电极贴片和负电极贴片的空间。因此，在包括具有矩形形状的外壳的矩形蓄电设备中，电极组的占有比最大是大约85到90％，并且在占有比的改进方面存在限制。因此，基于蓄电设备的外部尺寸确定的体积能量密度比电极组的体积能量密度低得多。
相应地，本发明的一个目的在于提供一种具有比传统蓄电设备的高得多的体积能量密度的蓄电设备。
解决问题的方案
本发明的一个方面涉及一种蓄电设备，包括：通过在其间布置隔板时堆叠多个正电极板和多个负电极板获得的电极组，其中容纳电极组的外壳，和布置在外壳上并且电连接到电极组的外部端子。所述外壳包括第一主壁和第二主壁、第一侧壁和第二侧壁、顶壁和底壁，所述第一主壁和第二主壁彼此面对，所述第一主壁和所述第二主壁通过所述第一侧壁和所述第二侧壁而在所述第一主壁和所述第二主壁的两侧处相互耦接，在所述顶壁上布置所述外部端子。在所述电极组的在所述正电极板和所述负电极板的堆叠方向上的两个端表面面对所述第一主壁的内表面和所述第二主壁的内表面的情况下，将所述电极组容纳在所述外壳中。多个正电极贴片和多个负电极贴片在朝向所述顶壁的方向上从所述电极组的端表面突出，所述多个正电极贴片被布置在所述多个正电极板上靠近所述第一侧壁的位置处，所述多个负电极贴片被布置在所述多个负电极板上靠近所述第二侧壁的位置处。外壳的顶壁具有凹陷到在正电极贴片和负电极贴片之间的位置的凹部。
本发明的有利效果
根据本发明的以上方面，与传统蓄电设备的体积能量密度相比较，体积能量密度显著地增加。
附图说明
[图1A]图1A是概念地示意根据本发明的一个实施例的蓄电设备的透视图。
[图1B]图1B是概念地示意根据本发明的实施例的蓄电设备的顶视图。
[图2]图2是蓄电设备的分解透视图。
[图3]图3是蓄电设备的分解前视图。
[图4]图4是沿着图3中的线IV-IV截取的蓄电设备的截面视图。
[图5]图5是沿着图1B中的线V-V截取的主要部分的放大截面视图。
[图6]图6是示意通过组装多个蓄电设备获得的模块的透视图。
[图7]图7是根据第一变型的蓄电设备的分解透视图。
[图8]图8是根据第二变型的蓄电设备的分解透视图。
附图标记列表
1 外壳
11 第一主壁
12 第二主壁
13 第一侧壁
14 第二侧壁
15 顶壁
16 底壁
17 凹部
171、172 内壁
173 通孔
174 凹槽
18 第一容纳部
19 第二容纳部
2 电极组
2a、2b、2c 端表面
21 正电极板
22 负电极板
23 隔板
24 正电极贴片
25 负电极贴片
26 铆钉
27 间隔器
28 袋
3 正电极外部端子
31 铆钉头部
31a 突起
32 铆钉腿部
33、34 环形衬垫
35 铆接部分
4 负电极外部端子
5 正电极连接部件
51 第一扁平状部分
52 第二扁平状部分
52a 装配孔
6 负电极连接部件
71 外罐
71a 开口
72 盖体
73 外罐
73a 开口
74 盖体
75、76 壳部
76a 开口
81 安全阀
82 塞子
具体实施方式
根据本发明的一个实施例的一种蓄电设备包括：通过在其间布置隔板时堆叠多个正电极板和多个负电极板获得的电极组，其中容纳电极组的外壳，和布置在外壳上并且电连接到电极组的外部端子。所述外壳包括第一主壁和第二主壁、第一侧壁和第二侧壁、顶壁和底壁，所述第一主壁和第二主壁彼此面对，所述第一主壁和所述第二主壁通过所述第一侧壁和所述第二侧壁而在所述第一主壁和所述第二主壁的两侧处相互耦接，在所述顶壁上布置所述外部端子。在所述电极组的在所述正电极板和所述负电极板的堆叠方向上的两个端表面面对所述第一主壁的内表面和所述第二主壁的内表面的情况下，将所述电极组容纳在所述外壳中。多个正电极贴片和多个负电极贴片在朝向所述顶壁的方向上从所述电极组的端表面突出，所述多个正电极贴片被布置在所述多个正电极板上靠近所述第一侧壁的位置处，所述多个负电极贴片被布置在所述多个负电极板上靠近所述第二侧壁的位置处。所述外壳的所述顶壁具有凹陷到在所述正电极贴片和所述负电极贴片之间的位置的凹部。
在以上蓄电设备中，凹部的存在消除了在矩形蓄电设备中的外壳的无用空间。因此，在蓄电设备中电极组的占有比显著地增加。结果，实现了比传统蓄电设备的高得多的体积能量密度。
在这里，为了方便起见，利用分别地在“顶壁”和“底壁”中使用的术语“顶”和“底”来清楚地限定在构成外壳的壁之间的位置关系。因此，术语“顶”和“底”并不是必然地意味着正在操作中的蓄电设备总是在蓄电设备的顶壁竖直地面向上并且底壁竖直地面向下的情况下来被布置。在下文中这同样适用。
在蓄电设备的具体优选结构中，凹部在正电极贴片和负电极贴片之间沿着堆叠方向延伸，并且相对于第一主壁和第二主壁这两者具有开口。在这个结构中，电极组的占有比增加到90％或者更大。进而，在这个结构中，电极组的占有比能够增加到93％或者更大。
在蓄电设备的一个实例中，外壳包括具有闭合的底部的柱形外罐和密封外罐的开口的盖体。外罐构成外壳中的第一主壁、第二主壁、第一侧壁、第二侧壁和底壁。盖体构成其上在外壳中形成凹部的顶壁。
在蓄电设备的另一个实例中，外壳包括具有闭合的底部的柱形外罐和密封外罐的开口的盖体。所述外罐构成在所述外壳中的所述顶壁、所述第二主壁、所述第一侧壁、所述第二侧壁和所述底壁，在所述顶壁上形成有所述凹部。盖体构成外壳中的第一主壁。
在蓄电设备的再一个实例中，外壳包括沿着基本平行于底壁的平面结合到彼此的上壳部和下壳部。在这里，术语“基本平行”意味着“平行”或者“平行±1度”。下壳部是具有闭合的底部的柱形外罐并且包括用作外壳中的底壁的部分。上壳部是密封下壳部的开口的盖体并且包括用作外壳中的顶壁的部分。在上壳部中，其中容纳正电极贴片的第一容纳部和其中容纳负电极贴片的第二容纳部布置在在用作顶壁的部分中形成的凹部的左侧和右侧上。
在蓄电设备的另一个具体优选结构中，外部端子包括电连接到正电极贴片的正电极外部端子和电连接到负电极贴片的负电极外部端子。正电极外部端子和负电极外部端子中的至少一个布置在凹部的内壁上。在这个结构中，布置在凹部的内壁上的外部端子被沿着从第一侧壁朝向第二侧壁的方向或者与该方向相反的方向拉出。因此，对于蓄电设备沿着这种方向的振动，布置在凹部的内壁上的外部端子具有高的强度。
接着，将具体地参考附图详细描述根据一个实施例的蓄电设备。注意以下描述的蓄电设备的结构能够应用于各种蓄电设备诸如锂离子电容器和锂离子电池。
[1]蓄电设备的结构
图1A和1B分别地是概念地示意蓄电设备的透视图和顶视图。图2和3分别地是蓄电设备的分解透视图和分解前视图。如在这些绘图中所示意地，蓄电设备包括外壳1、电极组2、正电极外部端子3、负电极外部端子4、正电极连接部件5和负电极连接部件6。
[1-1]外壳
外壳1是其中容纳电极组2和电解质的外壳，并且包括：彼此面对的第一主壁11和第二主壁12，第一侧壁13和第二侧壁14，顶壁15和底壁16，所述第一主壁11和第二主壁12通过所述第一侧壁13和第二侧壁14而在第一主壁11和第二主壁12的两侧处相互耦接。此后，从第一侧壁13朝向第二侧壁14的方向(蓄电设备的宽度方向)被定义为X方向，从第一主壁11朝向第二主壁12的方向(蓄电设备的厚度方向)被定义为Y方向，并且从底壁16朝向顶壁15的方向(蓄电设备的高度方向)被定义为Z方向。外壳1优选地由金属诸如铝或者合金诸如不锈钢制成从而改进外壳1的耐腐蚀性。
方槽型凹部17在外壳1的顶壁15上形成。凹部17沿着Y方向延伸并且对于第一主壁11和第二主壁12这两者具有开口。因此，第一主壁11和第二主壁12每一个具有形成为打开凹部17的角U形切口。第一容纳部18和第二容纳部19在凹部17的左侧和右侧上形成。以下描述的正电极贴片24容纳在第一容纳部18中，并且以下描述的负电极贴片25容纳在第二容纳部19中。即，在组装的蓄电设备中，凹部17具有如此形状，即，凹部17凹陷到在正电极贴片24和负电极贴片25之间的位置。安全阀81和关闭用于电解质的注射孔的塞子82被布置在凹部17的底表面上。
在这个实施例中，如在图2中所示意地，外壳1包括具有闭合的底部的柱形外罐71和密封外罐71的开口71a的盖体72。外罐71构成外壳1中的第一主壁11、第二主壁12、第一侧壁13、第二侧壁14和底壁16。盖体72构成在外壳1中在其上形成凹部17的顶壁15。图2示意其中电极组2稍微地被从外罐71的开口71a拉出的状态。
[1-2]电极组
图4是蓄电设备沿着图3中的线IV-IV截取的截面视图。如在图4中所示意地，电极组2是通过在其间布置隔板23时交替地堆叠多个正电极板21和多个负电极板22而形成的。在这里，每一个正电极板21容纳在由夹持正电极板21的两个相邻的隔板23形成的袋28中。具体地，袋28是通过压力结合该两个隔板23的边缘而形成的。
在已组装蓄电设备中，在电极组2的沿着正电极板21和负电极板22的堆叠方向(Y方向)的两个端表面2b和2c分别地面对第一主壁11的内表面和第二主壁12的内表面时，电极组2容纳在外壳1中。进而，如在图2和图3中所示意地，在已组装蓄电设备中，在靠近第一侧壁13的位置处布置在该多个正电极板21上的多个正电极贴片24和在靠近第二侧壁14的位置处布置在该多个负电极板22上的多个负电极贴片25沿着朝向顶壁15的方向从电极组2的端表面2a突出。这具体地在以下描述。
正电极板21和负电极板22每一个具有矩形形状。每一个正电极板21具有布置在靠近已组装蓄电设备沿着朝向顶壁15的方向的一侧的一端(将位于第一侧壁13侧上的端部)的位置处的正电极贴片24。每一个负电极板22具有在靠近已组装蓄电设备沿着朝向顶壁15的方向的一侧的另一端(将位于第二侧壁14侧上的端部)的位置处的负电极贴片25。在电极组2中，正电极板21和负电极板22被交替地堆叠，从而正电极贴片24彼此面对并且负电极贴片25在远离正电极贴片24的位置处彼此面对。
如在图4中所示意地，所有的正电极贴片24被铆钉26紧固。在这个实施例中，传导间隔器27布置在两个相邻的正电极贴片24之间以防止正电极板21和正电极贴片24的变形。当易于由于外部作用力而变形的金属多孔体诸如Aluminum-Celmet(注册商标)被用作正电极板21时，这种结构是特别优选的。如在正电极贴片24的情形中，所有的负电极贴片25也被铆钉26紧固。传导间隔器布置在两个相邻的负电极贴片25之间，以防止负电极板22和负电极贴片25的变形。
[1-3]正电极外部端子和负电极外部端子
正电极外部端子3通过正电极贴片24电连接到正电极板21。负电极外部端子4通过负电极贴片25电连接到负电极板22。如在图3中所示意地，正电极外部端子3和负电极外部端子4布置在构成外壳1的顶壁15的盖体72上。具体地，正电极外部端子3布置在凹部17的内壁171上，内壁171将位于第一容纳部18侧上(参考图1A)。负电极外部端子4布置在凹部17的内壁172上，内壁172位于第二容纳部19侧上(参考图1A)。即，正电极外部端子3被沿着X方向拉出，并且负电极外部端子4被沿着与X方向相反的方向拉出。
图5是沿着图1B中的线V-V截取的主要部分的放大截面视图。具体地，图5是示意正电极外部端子3及其周围结构的截面视图。如在图5中所示意地，正电极外部端子3是铆钉型端子，并且包括铆钉头部31和铆钉腿部32。铆钉头部31包括与以下描述的正电极连接部件5的装配孔52a接合的突起31a。通孔173在凹部17的内壁171中形成，正电极外部端子3的铆钉腿部32插入该通孔173中，并且其防止正电极外部端子3的铆钉头部31穿过通孔173。通孔173的直径设计成大于铆钉腿部32的直径。正电极外部端子3如下安装在凹部17的内壁171中。首先，铆钉腿部32插入由橡胶材料制成的环形衬垫33中。随后，在铆钉头部31位于外壳1内侧时，带有环形衬垫33的铆钉腿部32插入通孔173中。因此，环形衬垫33被插入在铆钉头部31和内壁171之间。然后，由树脂材料制成的环形衬垫34联结到铆钉腿部32，从而环形衬垫34和环形衬垫33夹持内壁171。在这里，铆钉腿部32穿过环形衬垫34。然后，铆钉腿部32的顶端被铆接以将正电极外部端子3固定到内壁171。由于这个铆接，环形衬垫33和34被夹在正电极外部端子3的铆钉头部31和压缩由橡胶材料制成的环形衬垫33所形成的铆接部分35之间。因此，环形衬垫33的一部分进入在通孔173的内表面和铆钉腿部32之间的空间。以如此方式，在正电极外部端子3和盖体72被环形衬垫33和34相互电绝缘时，正电极外部端子3被安装在内壁171中。
负电极外部端子4类似正电极外部端子3地也是铆钉型端子，并且利用与上述相同的安装方法被安装在凹部17的内壁172中。
[1-4]正电极连接部件和负电极连接部件
正电极连接部件5是用于将正电极贴片24和正电极外部端子3相互电连接的部件。具体地，正电极连接部件5是通过将单一金属板弯曲成L形状而形成的，并且包括第一扁平状部分51和第二扁平状部分52。在已组装蓄电设备中，如此布置正电极连接部件5，使得如在图4中所示意地第一扁平状部分51面对正电极贴片24并且如在图5中所示意地第二扁平状部分52面对凹部17的内壁171。如在图4中所示意地，利用用于紧固正电极贴片24的铆钉26，第一扁平状部分51固定到正电极贴片24。
第二扁平状部分52具有装配孔52a。在已组装蓄电设备中，正电极外部端子3的铆钉头部31上的突起31a与装配孔52a接合。因此，第二扁平状部分52和正电极外部端子3相互连接。注意正电极连接部件5的形状不限于在这个实施例中的形状。可以使用具有不同形状的正电极连接部件，只要正电极贴片24和正电极外部端子3能够相互电连接。
负电极连接部件6是用于将负电极贴片25和负电极外部端子4相互电连接的部件。负电极连接部件6的形状以及通过负电极连接部件6而在负电极贴片25和负电极外部端子4之间的连接形式与上述正电极连接部件5的那些相同。
在根据这个实施例的蓄电设备中，凹部17的存在消除了矩形蓄电设备中的外壳的无用空间。因此，蓄电设备中的电极组2的占有比增加到90％或者更大。进而，这个蓄电设备中的电极组2的占有比能够增加到93％或者更大。因此，实现了比传统蓄电设备的高得多的体积能量密度。
当根据这个实施例的多个蓄电设备如在图6中所示意地被布置在彼此之上以形成模块时，在蓄电设备中形成的凹部17形成单一长凹槽174。通过在这个凹槽174中布置电缆诸如束线，模块和电缆被以紧凑的方式置于一起。
在根据这个实施例的蓄电设备中，正电极外部端子3被沿着X方向拉出，并且负电极外部端子4被沿着与X方向相反的方向拉出(参考图3)。即，正电极外部端子3和负电极外部端子4被沿着蓄电设备的宽度方向拉出。因此，在根据这个实施例的蓄电设备中，针对蓄电设备沿着宽度方向的振动，正电极外部端子3和负电极外部端子4具有高的强度。
[2]变型
[2-1]第一变型
图7是示意根据第一变型的蓄电设备的分解透视图。此后，将主要地详细描述不同于根据以上实施例的蓄电设备的外壳1的结构。
在第一变型中，如在图7中所示意地，外壳1包括具有闭合的底部的柱形外罐73和密封外罐73的开口73a的盖体74。外罐73构成外壳1中的、其上形成凹部17的顶壁15、第二主壁12、第一侧壁13、第二侧壁14和底壁16。盖体74构成外壳1中的第一主壁11。
在根据第一变型的蓄电设备中，类似根据以上实施例的蓄电设备地，凹部17的存在消除了矩形蓄电设备中的外壳的无用空间。因此，蓄电设备中的电极组2的占有比增加到90％或者更大。进而，这个蓄电设备中的电极组2的占有比能够增加到93％或者更大。因此，实现了比传统蓄电设备高得多的体积能量密度。
[2-2]第二变型
图8是示意根据第二变型的蓄电设备的分解透视图。此后，将主要地详细描述具有不同于根据以上实施例的蓄电设备的外壳1的结构。
在第二变型中，如在图8中所示意地，外壳1包括沿着基本平行于底壁16的平面结合到彼此的上壳部75和下壳部76。在这里，术语“基本平行”意味着“平行”或者“平行±1度”。下壳部76是具有闭合的底部并且包括用作外壳1中的底壁16的部分的柱形外罐。上壳部75是密封下壳部76的开口76a并且包括用作外壳1中的顶壁15的部分的盖体。在上壳部76中，其中容纳正电极贴片24的第一容纳部18和其中容纳负电极贴片25的第二容纳部19被布置在在用作顶壁15的部分中所形成的凹部17的左侧和右侧上。图8示意其中电极组2稍微地被从下壳部76的开口76a拉出的状态。
在根据第二变型的蓄电设备中，类似根据以上实施例的蓄电设备地，凹部17的存在消除了矩形蓄电设备中的外壳的无用空间。因此，蓄电设备中的电极组2的占有比增加到90％或者更大。进而，这个蓄电设备中的电极组2的占有比能够增加到93％或者更大。因此，实现了比传统蓄电设备的高得多的体积能量密度。
在本发明中的各个部分的结构不限于在该实施例和上述变型中的那些，并且能够在权利要求的技术范围内实现各种改变。例如，在以上蓄电设备中，正电极外部端子3和负电极外部端子4中的至少一个可以被布置在外壳1的顶壁15上除了凹部17的内壁之外的位置处。
工业适用性
作为例如用于家庭使用或者工业使用的大型电力存储设备，根据本发明的蓄电设备是有用的。

Claims (7)

1.一种蓄电设备，包括：
电极组，通过在多个正电极板和多个负电极板之间布置隔板的同时堆叠所述多个正电极板和所述多个负电极板，来获得所述电极组；
外壳，在所述外壳中容纳所述电极组；以及
外部端子，所述外部端子被布置在所述外壳上并且被电连接到所述电极组，
其中，
所述外壳包括第一主壁和第二主壁、第一侧壁和第二侧壁、顶壁和底壁，所述第一主壁和第二主壁彼此面对，所述第一主壁和所述第二主壁通过所述第一侧壁和所述第二侧壁而在所述第一主壁和所述第二主壁的两侧处相互耦接，在所述顶壁上布置所述外部端子，
在所述电极组的在所述正电极板和所述负电极板的堆叠方向上的两个端表面面对所述第一主壁的内表面和所述第二主壁的内表面的情况下，将所述电极组容纳在所述外壳中，
多个正电极贴片和多个负电极贴片在朝向所述顶壁的方向上从所述电极组的端表面突出，所述多个正电极贴片被布置在所述多个正电极板上靠近所述第一侧壁的位置处，所述多个负电极贴片被布置在所述多个负电极板上靠近所述第二侧壁的位置处，并且
所述外壳的所述顶壁具有凹陷到在所述正电极贴片和所述负电极贴片之间的位置的凹部。
2.根据权利要求1所述的蓄电设备，其中，
所述凹部在所述正电极贴片和所述负电极贴片之间沿着所述堆叠方向延伸，并且具有通向所述第一主壁和所述第二主壁这两者的开口。
3.根据权利要求1或者2所述的蓄电设备，其中，
所述电极组具有90％或者更大的占有比。
4.根据权利要求1到3中的任何一项所述的蓄电设备，其中，
所述外壳包括具有闭合的底部的柱形外罐和密封所述外罐的开口的盖体，
所述外罐构成所述外壳中的所述第一主壁、所述第二主壁、所述第一侧壁、所述第二侧壁和所述底壁，并且
所述盖体构成所述外壳中的所述顶壁，在所述顶壁上形成有所述凹部。
5.根据权利要求1到3中的任何一项所述的蓄电设备，其中，
所述外壳包括具有闭合的底部的柱形外罐和密封所述外罐的开口的盖体，
所述外罐构成在所述外壳中的所述顶壁、所述第二主壁、所述第一侧壁、所述第二侧壁和所述底壁，在所述顶壁上形成有所述凹部，并且
所述盖体构成所述外壳中的所述第一主壁。
6.根据权利要求1到3中的任何一项所述的蓄电设备，其中，
所述外壳包括沿着基本平行于所述底壁的平面而彼此结合的上壳部和下壳部，
所述下壳部是柱形外罐，该柱形外罐具有闭合的底部并且包括用作所述外壳中的所述底壁的部分，
所述上壳部是盖体，该盖体密封所述下壳部的开口并且包括用作所述外壳中的所述顶壁的部分，并且
在所述上壳部中，第一容纳部和第二容纳部被布置在用作所述顶壁的所述部分中形成的所述凹部的左侧和右侧上，在所述第一容纳部中容纳所述正电极贴片，在所述第二容纳部中容纳所述负电极贴片。
7.根据权利要求1到6中的任何一项所述的蓄电设备，其中，所述外部端子包括：
正电极外部端子，其电连接到所述正电极贴片；和
负电极外部端子，其电连接到所述负电极贴片，并且
其中，
所述正电极外部端子和所述负电极外部端子中的至少一个被布置在所述凹部的内壁上。
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