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從行動裝置的普及開始，鋰離子電池便 在行動電源供應上，扮演了非常重要的角色。然而由於行動裝置以輕薄、可攜為主要訴求，在其設計上難免需要配合這些需求而做改變，而扮演要角的電池，也被迫得在其外型方面跟著做出變化。這使得聚合物鋰電池因此成為行動市場的明日新星。

只不過，鋰離子電池和聚合物鋰電池兩者究竟有何不同，聚合物鋰電池為何會成為iPhone、iPad等產品的首選？它究竟具有何種優勢？非常值得進一步釐清。

鋰離子電池快速普及

先從鋰離子電池開始看起。鋰離子(Li-ion)電池以其高能量密度為最大特色，最初於1990年由日本Sony公司將其商品化。到了1996年，由於Windows 95作業系統開始帶動筆記型電腦的盛行，這使得鋰電池的重要性開始受到矚目。此外，由於手機市場也大約於此時開始飆速成長，鋰電池的普及速度也飛快增加。到了1998年，已經有三成左右的手機開始採用鋰電池來供電了。

採用液態電解質的鋰離子電池，在生產時必須採用鐵罐之類的金屬容器來存放原料，依其外形可區分為「圓柱型」(Cylindrical;或稱圓形)以及「方形」(Prismatic)兩種。因為如此，所以其物理性質大大限制鋰離子電池的薄行化設計。且一旦薄行型化之後，其電池強度也會降低，因此受到限制，無法以大面積的方式製造。焦點議題

而就生產方面來看，圓形鋰離子電池的生產技術較方形來得成熟，以機械式生產快速而有效率。方形鋰電池則必須以雷射來焊接容器的主體，單位時間內的產出量只有圓形鋰電池的一半。

當然不論圓形與方形，都還是各有其優點。圓形鋰電池的電容量(Capacity)較高，至於方形鋰電池可將其打造成較輕薄的外型，來容許行動裝置廠商設計出更小巧的機種。這也是目前市面上常見的手機或數位相機等產品，其鋰離子電池皆為方形的原因。

聚合物鋰電池高舉薄型化大旗

儘管鋰離子電池隨著行動裝置的大幅成長而更為普及，然而使用上的問題也開始一一浮現。鋰離子電池在高低溫不同環境中使用非常容易縮短壽命，例如在筆電環境中，由處理器所造成之封閉高溫的使用環境，對於必須長期處於約45°C溫度使用之電池壽命，是個非常嚴格的考驗。

另一個最為重大的問題，就在於現今行動裝置的薄型化設計。手機、平板電腦越做越薄，系統不斷擠壓，機身內幾乎找不到多餘的空間。在這種情況下，傳統鋰離子電池碩大的外型，既使採用方形鋰電池，依舊難以解決做薄的問題。必須徹底改變，才有辦法克服這道障礙。

聚合物鋰電池 (Polymerlithiumbattery)正是為了解決這個問題而誕生。這種電池又稱為「高分子鋰電池」，其基本發電原理與鋰離子電池相同。陽極材料完全一樣，但陰極材料及其電解液，則改用不同材料來製作。聚合物鋰電池以高分子聚合物來取代鋰鈷氧化物(LiCoO2)、鋰鎳氧化物(LiNiO2)、鋰錳氧化物(LiMn2O4);或者以高分子聚合物取代鋰離子化合物的有機溶液。

分析材料成本後發現，傳統的鋰離子電池所使用的陰極材料，包括鋰鈷氧化物(LiCoO2)、鋰鎳氧化物(LiNiO2)、鋰錳氧化物(LiMn2O4)等成本較高，因此相關廠商陸續開發導電型高分子聚合物，來取代這些陰極材料。目前常用的高分子聚合物，包括有機硫聚合物(Organosulfide polymer)、聚苯胺(Polyanaline)與聚？咯(Polypyrrole)等。

由於這些高分子聚合物具有無毒性、成本低、易於加工成形、能量密度高等優點，目前積極投入開發的廠商包括美國的Bellcore、Valence、AEA、Ultralife等，在日本則有松下、東芝、湯淺、日本電池等廠商。

圖二

唯高分子獨尊!

聚合物鋰電池的優點非常多。其電解質為膠狀，無電解液外漏的問題，但鋰離子電池的鋼、鋁罐等包覆體破漏後，電解液就會立即外漏。另外，由於適形性佳，也讓電池業者可將聚合物鋰電池設計成薄形。薄形化的優點，不只在於視覺上的美觀，同時也可爭取電池的散熱面積，使電池擁有較佳的散熱性。

聚合物鋰電池跟普通鋰離子電池最大的差別，在其與電芯的外包裝材料。絕大部分的聚合物鋰電池都是採用軟塑料紙作為外包裝，但普通鋰離子電池則必須使用鋼或鋁等金屬外殼。聚合物鋰電池與鋰離子電池有相同的化學性能，內部結構甚至是相同的，所以它是以鋰離子電池為基礎，所發展出的新型電池。

SONY自1999年開始量產聚合物鋰電池之後，由於其價格比起鋰離子電池要高出許多，而且其常規的容量並沒有比液態鋰電池高出多少，在效能相同、且價格偏高的情況下，並沒有足夠的優勢來支撐其快速普及的速度，這也成為手機廠商採用聚合物鋰電池的最大障礙。

聚合物鋰電池最大的轉機，就在於藍牙耳機。近年來新款的藍牙耳機紛紛採用了聚合物鋰池，正是因為其可塑性高，能配合不同外觀的電子產品進行設計。

漸漸地，聚合物鋰電池的優勢被設計人員知道後，電子裝置(特別是對於薄形化需求特別高的行動裝置)的設計，不必再拘泥於電池外型，而是可以先依據設計者的構想進行設計，再利用聚合物鋰電池的特性，在剩餘的空間角落放置電池。這種產品特色，加上蘋果在其產品上大量採用，讓原本吸引力不怎麼高的聚合物鋰電池，市場一下子被打開。

由於行動需求提高，使得鋰電池需求量不斷增加，而聚合物鋰電池也被公認為未來最具發展潛力和應用市場的電池產品。目前全球生產聚合物鋰電池的主要廠商包括日本Sony、三洋、和韓國三星等，台灣則有威力(深圳威力能)，中國大陸的廠商包括東莞新能源-ATL、惠州TCL金能、天津力神、深圳比亞迪、順德精進能源、深圳比克和泉州優科等大廠紛紛投入生產行列，其他有興趣小廠更是不計其數。

近期日本一連串出問題的鋰離子電池回收，讓電池安全問題又被浮現，這也使得高安全性的聚合物鋰電池成為市場新寵。消費市場需要更安全、環保的產品，聚合物鋰電池正好符合這樣的需求，其市場前景非常樂觀。

圖三

蘋果帶動需求

蘋果新iPad除了使用相同的聚合物鋰電池外，為了滿足高解析度面板、4G的高頻寬傳輸等高耗電零組件的需要，也將電池芯容量加大，從原本的2300mAh提高至3800mAh，增加容量幅度達65%。

聚合物鋰電池在產品規格上，向來都以客製化為主。早期的手機因為少量多樣的特性，因此在產能的供給上一直維持保守。但隨著蘋果新iPad所造成的硬體跟隨潮流，未來手機與平板系統耗電將勢必提昇，連帶使得聚合物鋰電池的需求也大漲。

觀察新iPad的系統設計，仍舊屬於一串連三併聯的模式，對於電池保護板的差異來說並不大，儘管對電池組裝良率的提升將造成一些難度，但整體而言，對於電池芯廠仍是利多的趨勢。

隨著蘋果點燃聚合物鋰電池風潮，新款平板與Ultrabook對於大型聚合物鋰電池需求也隨之起飛。以製程特性而言，大型與小型鋰電池的差異並不高，主要關鍵還是在於薄型化所產生的良率問題，但根據瞭解，目前尚未造成產能瓶頸。

蘋果新iPad推出後，對於終端市場、零組件的產品價格影響都在逐步發酵。根據集邦科技研究調查，大型聚合物鋰電池將隨著系統耗電規格的提昇，而有更多市場需求，連帶也使電池芯單價走入更合理的以量制價局面。

結語

值得觀察的是，聚合物鋰電池一般多用於不能更換電池，又需要輕薄設計的產品上，對於目前市場上仍以可更換鋰電池為主流設計的行動裝置，聚合物鋰電池是否能被大量採納還有待觀察。然而聚合物鋰電池的優勢，正好完全符合行動裝置的設計需求，加上蘋果帶起使用風潮，未來聚合物鋰電池被應用在更為廣泛的消費市場上，是可以期待的。

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(本文刊載於CTIMES雜誌247期/2012年5月號)