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TW201622213A - 電極 - Google Patents

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TW201622213A
TW201622213A TW104139884A TW104139884A TW201622213A TW 201622213 A TW201622213 A TW 201622213A TW 104139884 A TW104139884 A TW 104139884A TW 104139884 A TW104139884 A TW 104139884A TW 201622213 A TW201622213 A TW 201622213A
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TW
Taiwan
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terminal
electrode
ptc element
secondary battery
main surface
Prior art date
Application number
TW104139884A
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English (en)
Inventor
Toshikazu Yamaoka
Shigeyuki Aso
Original Assignee
Tyco Electronics Japan G K
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

本發明提供一種電裝置的電極，具有以下元件而成：PTC要素；第一終端，配置於PTC要素的一方的主表面上，在一方向延伸；以及第二終端，配置於PTC要素的另一主表面上，在與第一終端不同的方向延伸。

Description

電極
本發明是關於一種用來將電流流動到電裝置或自電裝置流動電流的電極，例如二次電池用的引出電極，以及具有其所成之電裝置，例如二次電池。
近年來，電子機器向高性能化及高功能化進展，伴隨著消費電力也增加，對具有更大容量的電池的需要提高。又，在電子機器中，雖然行動電話、智慧型手機、平板終端及筆記型電腦等的行動機器急速普及，如此行動機器要求更小型及輕量，用來配置殼體內電池的空間受限。再者，隨著高功能化，殼體內的其他電子部件(例如相機、各種感測器等)所佔空間也增加，充分確保用來配置電池的空間變得更難。
目前，在電子機器中，特別是在行動機器中，以小型具有高容量的鋰離子二次電池被廣泛利用，但鋰離子二次電池的電解質是液體，所以為了防止液體洩漏，在外裝使用具有一定程度強度的鋁罐或鐵罐等。因此，儘管鋰離子二次電池小型且輕量，但為了外裝具有強度，無法輕薄到一定程度以上，有結構上的限制。又，鋰離子二次電池因為外裝使用硬質材料，所以關於形狀也有限制。
因此，電解質不使用液體的鋰離子聚合物二次電池受到重視。鋰離子聚合物二次電池使用膠體等不具有流動性的物質做為電解質。因為不用擔心液體洩漏，可使用鋁積層膜等做為外裝，所以可做為袋型(pouch-type)，具有非常輕小、形狀自由度高的優點。
然而，為了從過電流及異常發熱保護二次電池，在使用二次電池的電路用保護元件。做為此類保護元件，通常用PTC(正溫度係數；positive temperature coefficient)元件。為了削減安裝空間及安裝成本，此類PTC元件被配置在基板與鋰離子聚合物二次電池的電極之間。也就是說， PTC元件較佳為在與熔接塊一體化的狀態被配置於基板上，在其上連接有鋰離子聚合物二次電池的電極。
使用PTC元件做為二次電池的保護元件，當達到特定溫度運作(跳脫)，截斷在那裡流動的電流，保護所要保護的對象。在從異常發熱保護二次電池的情況下，在二次電池胞異常發熱時，因其熱傳導至PTC元件使PTC元件溫度上昇，PTC元件運作，截斷電流，保護所要保護的對象。又，在從過電流保護二次電池或連接二次電池的電路的情況，PTC元件因在那裡流動的過電流而發熱，因該熱達到特定溫度而運作，截斷電流，保護所要保護的對象。
第四圖表示由盒32、陽極34及陰極36構成的以往二次電池及PTC元件38電連接於基板40的狀態的一例。在第四圖中，PTC元件38被配置於基板40上，經由熔接片42連接於陰極36。陽極34是在被夾在用來容易進行熔接至基板的熔接片44的狀態下連接於基板40。
【先前技術文獻】
【專利文獻】
【專利文獻1】特開2014-044865號公報
本案發明人們發現如以往在基板上(或基板附近)配置PTC元件，則基板的熱容量大，所以傳導到PTC元件的熱或PTC元件產生的熱，會傳導至基板，使熱容易消散，PTC元件溫度難以上昇，所以會有動作遲緩的情況。又，還發現其他問題，即從基板上的其他電子部件(例如場效電晶體(FET；Field Effect Transistor))產生的熱經過基板傳導至PTC元件，PTC元件的溫度上昇(即電阻變大)，會有PTC元件的保持電流降低的可能性。
因此，本發明的目的在於提供一種保護元件，在二次電池胞產生異常發熱時加速運作來截斷電流，並難以受到其他電子部件的影響。
本案發明人們精心研究的結果，發現藉由PTC要素的兩主表面上或一主表面上配置終端，做為二次電池的引出電極，在電極具有做為保護元件的 功能，可解決上述問題的方法而達成本發明。
在本發明的第一要旨中，提供一種引出電極，是電裝置的引出電極，具有以下元件而成：PTC要素；第一終端，配置於PTC要素的一主表面上，在一方向延伸；以及第二終端，配置於PTC要素的另一主表面上，在與第一終端不同的方向延伸。
在本發明的第二要旨中，提供一種引出電極，是電裝置的引出電極，具有以下元件而成：PTC要素；第一終端，配置於PTC要素的一主表面上的一部份，在一方向延伸；以及第二終端，在上述主表面上的另一部份，被配置成與第一終端隔離，在與第一終端不同的方向延伸。
根據本發明，在PTC要素的兩主表面上或一主表面上，將第一終端及第二終端，分別配置成在不同方向延伸，藉由將此做為二次電池的引出電極來使用，可將PTC要素配置在更靠近二次電池胞。由於根據本發明，可將PTC要素配置在更靠近二次電池胞，所以在二次電池胞異常發熱時，PTC要素可更早感測到熱來動作。又，由於PTC要素存在分離於基板的位置，所以難以受到基板上的其他電子部件所產生的熱的影響，可抑制因此類熱導致保持電流的降低。
1a、1b、1c、1d‧‧‧引出電極
2‧‧‧PTC要素
4‧‧‧第一終端
6‧‧‧第二終端
8、10‧‧‧延伸部
11‧‧‧二次電池
12‧‧‧基板
14、32‧‧‧盒
18、42、44‧‧‧熔接片
34‧‧‧陽極
36‧‧‧陰極
38‧‧‧PTC元件
40‧‧‧基板
第一圖概略表示在一實施形態的本發明的引出電極1a的斜視圖。
第二圖概略表示第一圖的引出電極1a的側面圖。
第三圖概略表示在一實施形態的具有第一圖的取出電極1a的二次電池11連接於基板的狀態的斜視圖。
第四圖概略表示以往的二次電池及PTC元件連接於基板的狀態的斜視圖。
第五圖概略表示在其他實施形態的本發明的引出電極1b的斜視圖。
第六圖概略表示在其他實施形態的本發明的引出電極1c的斜視圖。
第七圖概略表示在其他實施形態的本發明的引出電極1d的斜視圖。
參照圖式並詳細說明關於本發明的取出電極的一實施形態。
本發明的第一實施形態的引出電極1a，概略來說具有如第一及二圖所示的結構。具體來說，引出電極1a具有PTC要素2、第一終端4及第二終端6。第一終端4及第二終端6位於PTC要素2的主表面上，從PTC要素在彼此相反的方向延伸。第一終端4電連接於二次電池胞的內部電極或集電器，第二終端6電連接於其他電元件(例如基板)。因為本發明的引出電極1a具有PTC要素，所以具有做為保護元件的功能。
雖然做為在本發明使用的PTC要素，也可以是陶瓷PTC要素或聚合物PTC要素的任一者，但使用聚合物PTC要素為較佳。聚合物PTC要素相較於陶瓷PTC要素，製造容易，元件本身的電阻值低，即使在固定以上的溫度也難以產生自我破壞的點是有利的。
上述聚合物PTC要素可使用周知物，一般來說，藉由將包含散佈有導電性充填劑(例如碳黑、鎳合金等)的聚合物(例如聚乙烯、聚偏二氟乙烯等)而成的導電性組成物壓出並分割成特定尺寸來獲得。
在一態樣中，PTC要素在其主表面的至少一面，較佳為兩面，也可以具有薄層狀金屬電極(例如箔電極)(也可以是所謂的PTC元件)。也就是說，在一態樣中，本發明的引出電極可以更具有：層狀金屬電極，位於PTC要素的主表面與其上方所配置的第一終端或第二終端之間。
構成上述層狀金屬電極的材料若為具有導電性的金屬，則沒有特別限定，也可以是例如銅、鎳、鋁、金或這些合金等。
上述層狀金屬電極可藉由將構成PTC要素的PTC組成物與構成層狀金屬電極的金屬片(或金屬箔)一起同時壓出，並在層狀金屬電極間獲得夾在PTC組成物的層狀物的狀態下的壓出物來配置。在其他態樣中，上述層狀金屬電極可藉由將PTC組成物的層狀物以例如壓出來獲得，將此層狀物夾在金屬片(或金屬箔)之間，將這些一體地熱壓接獲得壓接 物來配置。再者，在其他態樣中，也可以藉由施加導電性金屬電鍍於PTC組成物的層狀物，在層狀物的兩主表面上形成層狀金屬電極。如此處理的層狀物是將在兩側主表面具有層狀電極金屬層的PTC要素處於許多鄰接集合的狀態，此層狀物以特定形狀尺寸切出，可獲得具有層狀金屬電極的PTC要素。
在PTC要素2的一主表面上，配置有第一終端4，在其他主表面上配置第二終端4。
PTC要素與各終端的接合方法，並沒有特別限定，列舉使用例如壓接、導電性接著材的方法。做為其他方法，使用PTC元件(在PTC要素的兩主表面上具有薄層金屬電極)，PTC元件的薄層金屬電極與各終端也可以藉由焊接、熔接、壓接、導電性接著材來接合。為了使上述接合容易，在各終端也可以使用包層材，部分包層材，又，也可以電鍍處理各終端的PTC要素(PTC元件)的接合部。
上述第一終端4及第二終端6的形狀，若能做為引出電極來運作的形狀則沒有特別限定，可為例如棒狀、條狀。又，第一終端4及第二終端6的形狀，也可以相同，也可以不同。
第一終端4及第二終端6如圖所示，分別具有：延伸部8、10，從PTC要素的主表面向外延伸。較佳為第一終端4及第二終端6的延伸部8、10從PTC要素的主表面分別往相反方向(成180度的方向)延伸。但是本發明並不受限於如此態樣，第一終端4可連接於二次電池胞，且只要第二終端6可連接其他電元件，也可以往任何方向延伸。例如，第一終端與第二終端也可以被配置成九十度(直角)。又，第二終端不僅在一方向，也可以在二方向或三方向延伸。
第一終端4及第二終端6較佳為如圖所示，除了延伸部8以外，被配置成與PTC要素的主表面形狀一致，覆蓋整個主表面。但是，本發明並不受限於如此態樣，各終端也可以配置成僅覆蓋PTC要素的主表面的一部份。又，各終端從PTC要素的主表面突出，即也可以被配置成在任意方向略延伸。
上述第一終端4及第二終端6的厚度，並沒有特別限定，例 如0.05mm~3.0mm，較佳為0.07~0.30mm，更佳也可以為0.10~0.15mm。又，第一終端4及第二終端6的厚度也可以相同，也可以不同。又，各終端的厚度並非一定要均勻，也可以不同。
例如，第一終端的長度是10~200mm，較佳為20~140mm，更佳也可以為30~80mm。又，第二終端的長度為5~100mm，較佳為7~50mm，更佳也可以為10~30mm。
第一終端4及第二終端6的長度，並沒有特別限定。例如，第一終端的長度可對應配置本發明的引出電極的二次電池的大小、種類、PTC要素與二次電池胞的距離等來適當選擇，第二終端的長度可對應其他電元件(例如基板)的大小、形狀、PTC要素與其他電元件的距離等來適當選擇。
構成上述第一終端4及第二終端6的材料，可以相同或不同。雖然做為構成第一終端4及第二終端6的材料若為導電性材料的話則沒有特別限定，但列舉例如導電性金屬材料，具體來說是鎳、鋁、鋼、鐵、銅、錫、鈦或這些金屬的合金。
上述第一終端4及第二終端6也可以分別僅由一種金屬所形成，也可以由複數個金屬所形成。例如上述第一終端及第二終端也可以具有貼合有兩種或兩種以上的金屬層的多層結構。例如，第一終端及第二終端也可以是所謂包層材，又，也可以在表面具有電鍍層。多層結構也可以存在於各終端整體，也可以存在於一部份。如此，藉由將各終端做為多層結構，例如各終端與PTC元件(在PTC要素的兩主表面上具有薄層金屬電極)的接合會變容易。
較佳為，第一終端4與二次電池胞的內部電極或集電器的材料是相同材料。構成第一終端4的材料也可以是鋁。藉由使用鋁做為構成第一終端4的材料，在構成連接第一終端4的二次電池胞的內部電極或集電器的材料為鋁的情況下，引出電極1a與內部電極或集電器的電連接會變容易。又，在其他態樣中，構成第一終端4的材料也可以為鎳。藉由使用鎳做為構成第一終端4的材料，在將本發明的電極做為負極來使用時，電極與二次電池胞的內部電極或集電器的電連接會變容易。
在較佳態樣中，第二終端6的材料與其他電元件的二次電池的連接處的材料為相同材料。由於第二終端6的材料與其他電元件的連接處的材料相同，取出電極1a與其他電元件的電連接會變容易。
在其他態樣中，構成第二終端6的材料與其他引出電極(也就是說，本發明的引出電極做為陽極使用的情況是陰極的引出電極，本發明的引出電極做為陰極使用的情況是陽極的引出電極)的材料可為相同材料。例如，在其他引出電極是由鎳所構成的情況下，本發明的引出電極1a與第二終端6是由鎳所構成。
如此，由於第二終端與其他引出電極的材料為相同，在將陽極及陰極的引出電極連接基板等的其他電元件時，對其他電元件的連接會變容易。例如，在其他電元件為印刷基板的情況下，引出電極的連接處(例如焊接點)的表面通常由一種金屬所構成。也就是說，在二次電池的陽極與陰極材料不同的情況下，至少一材料與基板的連接處的材料不同，在異種金屬間的連接是必須的。具體來說，在陽極為鋁，陰極為鎳，基板的連接處的材料為鎳的情況下，陽極與基板的連接成為在異種金屬的連接，所以產生熔接變困難等問題，需要各種設置來應對。由於第二終端與其他的引出電極的材料相同，所以可迴避此類問題，對其他電元件的連接會變容易。
由於如上述本發明的引出電極，在第一終端4與第二終端6可使用不同材料，所以第一終端4使用對應二次電池胞的材料，第二終端6可使用對應基板的材料的點是有利的。
因此，本發明的引出電極1a是鋰離子聚合物二次電池，特別是適當地使用陽極的內部電極或集電器為鋁，陰極的內部電極或集電器為鎳的鋰離子聚合物二次電極的引出電極。
又，本發明的引出電極1a適當地使用在陽極及陰極的任一者需要引出電極的袋型二次電極。
因此，本發明也提供具有本發明的引出電極而成的二次電池。
本發明的二次電池並沒有特別限定，可以是鋰離子聚合物二 次電池、鹼性二次電池等，較佳為鋰離子聚合物二次電池。
本發明的一態樣的鋰離子聚合物二次電池11(以下簡稱為「二次電池11」)電連接於基板12的狀態表示在第三圖。本發明的鋰離子聚合物二次電池11具有盒14及做為陽極的本發明的引出電極1a及陰極16而成。在二次電池組的內部，通常積層有複數個二次電池胞。在二次電池11引出電極1a的第一終端4被電連接於盒14內部的二次電池胞的內部電極或集電器。引出電極1a的第二終端6經由熔接片18電連接於基板12(又，省略基板上的配線等)。
在此態樣中，本發明的二次電池11具有做為陽極的引出電極的上述本發明的引出電極1a。在鋰離子聚合物二次電池，二次電池胞的內部電極及集電器較佳為由鋁為主成分的材料所構成，在此情況下，為了使引出電極與陽極集電器的熔接變容易，與引出電極的陽極集電器的連接部較佳為由鋁所構成。但是，如以往，在引出電極整體為鋁的情況下(例如第四圖的態樣)，連接處為與鋁以外的基板等的其他電元件的連接，會有成為異種金屬間的連接而變得困難的情況。在產生此類問題的情況下，如第四圖所示，需要以鎳片44夾入陽極34來熔接等配置。但是，因為使用本發明的引出電極1a做為陽極的引出電極，與二次電池胞的內部電極或集電器的連接部(即第一終端)可以鋁所構成，與其他電元件的連接部(即第二終端)可以適合與其他電元件的連接的其他材料(例如鎳)所構成。也就是說，可以使與二次電池胞的連接及與其他電元件的連接的任一者變容易。
本發明的引出電極1a較佳為配置成PTC要素2能盡量接觸靠近盒14的位置。也就是說，引出電極1a的第一終端4的延伸部的長度，與從第一終端與集電器的連接部到第一終端從盒露出處為止的長度，較佳為大致相同或略長。由於PTC要素位於更靠近盒的位置，在二次電極胞異常發熱時，可以更迅速地感測該熱並運作。但是，本發明並不受限於此態樣，例如PTC要素2也可以靠近基板或位於基板上的位置。
本發明的二次電池係引出電極具有PTC要素，二次電池本身具有對於過電流及異常發熱的保護功能，又，可配置PTC要素於靠近二 次電池胞的位置，所以特別對於異常發熱能發揮良好的保護功能。再者，由於可任意設定引出電極的第二終端的材料，所以對其他電元件的連接會變容易。
本發明的電極是藉由將第一終端連接於PTC要素的一主表面，將第二終端電連接於另一主表面來製造。PTC要素的主表面與第一終端或第二終端的連接方法，只要是可電連接或機械連接這些元件的方法，並沒有特別限制，例如也可以熱壓接各終端與PTC要素，或者是，也可以用導電性接著劑等的連接材料來連接兩者。在較佳態樣中，PTC要素的兩主表面使用具有薄層金屬電極的所謂PTC元件，也可以用焊接材料、導電性接著劑、導電膠、銀焊材等的連接材料來連接此PTC元件的層狀金屬電極與第一終端或第二終端，或者是，也可以用熔接來連接兩者。PTC要素的主表面與第一終端及第二終端的連接也可以同時進行，也可以依序進行。
以上，說明了關於本發明的電極及具有其而成之二次電池，本發明並不受限於此，可進行各種改變，例如本發明的電極也可以做為二次電池以外的電裝置的電極來使用。
例如，第二實施形態的引出電極1b表示在第五圖。在引出電極1b中，第二終端6是從PTC要素2在與第一終端4成大致直角的方向延伸。第一終端4與第二終端6所成角度為大致直角，即不需要為完全直角，例如75~105度，較佳為80~100度，更佳也可以為85~95度。電極1b除了第二終端的延伸方向以外，可具有與上述第一實施形態相同的結構。
第三實施形態的引出電極1c表示在第六圖。在引出電極1c中，第二終端6從PTC要素2在二方向延伸。在各方向延伸的第二終端6分別在與第一終端4成大致直角的方向延伸。在各方向延伸的第二終端6分別與第一終端4所成角度為大致直角，即不需要為完全直角，例如75~105度，較佳為80~100度，更佳也可以為85~95度。電極1c除了第二終端的延伸方向以外，可具有與上述第一實施形態相同的結構。再者，在本實施形態中，雖然第二終端的兩個延伸部延伸成相對於第一終端成直角，但並不受限於此，也可以分別在任意方向延伸。又，在本實施形態中，雖然第二終端的延伸方向彼此為相反方向，但也不受限於此，也可以在任何 方向延伸。例如，第二終端的延伸部之一，相對於第一終端以直角延伸，另一延伸部也可以相對於第一終端以反方向(成180度的方向)延伸。也就是說，第二終端並非直線狀，而是折彎的形狀，在上述情況下，也可以是折彎成直角的形狀。
第四實施形態的引出電極1d表示在第七圖。引出電極1d具有以下元件而成：PTC要素；第一終端，配置於PTC要素的一主表面上的一部份，在一方向延伸；以及第二終端，配置成在上述主表面的另一部分，與第一終端隔離，與第一終端在不同方向延伸。電極1d除了第一終端及第二終端兩者存在於PTC要素的相同主表面上以外，可具有與上述第一實施形態相同的結構。又，與上述第二及第三實施形態一樣，第二終端也可以延伸。再者，在此態樣中，PTC要素2在連接有第一及第二終端的主表面上具有層狀金屬電極的情況下，需注意位於第一終端4與PTC要素2之間的層狀金屬電極與位於第二終端6與PTC要素2之間的層狀金屬電極被隔離。
【產業利用性】
本發明的引出電極可做為各種二次電池的引出電極來適當地使用。
1a‧‧‧引出電極
2‧‧‧PTC要素
4‧‧‧第一終端
6‧‧‧第二終端
8‧‧‧延伸部
10‧‧‧延伸部

Claims (22)

  1. 一種電極，是電裝置的電極，具有以下元件而成：正溫度係數(PTC，Positive Temperature Coefficient)要素；第一終端，配置於PTC要素的一主表面上，在一方向延伸；以及第二終端，配置於PTC要素的另一主表面上，在與第一終端不同的方向延伸。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電極，其中第二終端以PTC要素為基準，在與第一終端相反方向延伸。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電極，其中第二終端以PTC要素為基準，在與第一終端成大致直角的方向延伸。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電極，其中第二終端從PTC要素在二方向延伸。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電極，其中第二終端從PTC要素在二方向延伸，在各方向延伸的第二終端分別與第一終端成大致直角的方向延伸。
  6. 一種電極，是電裝置的電極，具有以下元件而成：PTC要素；第一終端，配置於PTC要素的一主表面上的一部份，在一方向延伸；以及第二終端，在上述主表面上的另一部份，被配置成與第一終端隔離，在與第一終端不同的方向延伸。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電極，其中第二終端以PTC要素為基準，在與第一終端相反方向延伸。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之電極，其中第二終端以PTC要素為基準，在與第一終端成大致直角的方向延伸。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之電極，其中第二終端從PTC要素在二方向延伸。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之電極，其中第二終端從PTC要素在二方向延伸，在各方向延伸的第二終端分別與第一終端成大致直角的方向延伸。
  11. 如申請專利範圍第1~10項中任一項所述之電極，是二次電池的引出電極。
  12. 如申請專利範圍第1~11項中任一項所述之電極，更具有：層狀金屬電極，位於PTC要素的主表面與其上所配置的第一終端或第二終端之間；
  13. 如申請專利範圍第1~12項中任一項所述之電極，其中第一終端是由鋁所形成。
  14. 如申請專利範圍第1~13項中任一項所述之電極，其中第一終端是由鋁所形成，第二終端是由鎳所形成。
  15. 如申請專利範圍第1~14項中任一項所述之電極，做為二次電池的陽極來使用。
  16. 如申請專利範圍第1~15項中任一項所述之電極，其中二次電池是鋰離子聚合物二次電池。
  17. 如申請專利範圍第15或16項所述之電極，其中二次電池是袋型。
  18. 一種二次電池，具有如申請專利範圍第1~17項所述之電極而成。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之二次電池，是鋰離子聚合物二次電池。
  20. 如申請專利範圍第18或19項所述之二次電池，其中如申請專利範圍第1~17項中任一項所述之電極是做為二次電池的陽極來使用。
  21. 如申請專利範圍第18~20項中任一項所述之二次電池，其中第一終端是由鋁所形成，第二終端是由鎳所形成，如申請專利範圍第1~17項中任一項所述之電極是做為二次電池的陽極來使用，由鎳所形成的另一電極是做為陰極來使用。
  22. 一種如申請專利範圍第1~17項中任一項所述之電極的製造方法，其特徵在於：將第一終端及第二終端，依序或同時電連接或機械連接於PTC要素的主表面。
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