行動裝置的普及,讓鋰離子電池的重要性大增。便在行動電源供應上,可反覆充電的鋰電池扮演了非常重要的角色。而由於行動裝置的特性,是以輕薄、可攜為主要訴求,鋰電池也必須配合這樣的設計需求而做改變。這使得鋰電池的外型,也必須跟著做出變化。
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電池芯特性比較(資料來源:EnergyTrend) BigPic:563x331 |
根據市場研究機構EnergyTrend調查顯示,2012年平板電腦、Ultrabook以及智慧手機銷售成長,成功帶動鋰電池需求水漲船高,而由於這些行動裝置外型不同,讓鋰電池也產生不同分支。其中圓柱型(Cylindrical)、高分子(Polymer)與方型電池(Prismatic),已經在各式智慧行動裝置上扮演重要角色。
回顧過去,鋰電池大量使用在筆記型電腦產品上,已有將近十年時間,為了有效降低成本,以圓柱型電池(18650)為標準尺寸。期間因為2007年Sony大規模回收電池、2008年松下電池火燒廠、LG在2009年發生工安意外,電池芯廠也因此在2009~2010年期間迅速擴充產能。
然而從金融海嘯以來,筆記型電腦成長速度逐年趨緩,且中國大陸電池開始投產,使得圓柱型價格逐步滑落,2011年開始電池廠已陸續經過幾次減產或者移線方式降低生產量。EnergyTrend指出,圓柱型電池經歷接連的低迷價格衝擊後,目前再度面臨需求不振的窘境,受到薄型產品持續擴張的影響,除了中國本土廠商與台灣廠商接續棄守外,韓系電池廠也面臨圓柱型電池產能過剩的危機,規模經濟似乎成為最大的營運負擔。
EnergyTrend表示,2011年是平板電腦萌芽的一年,隨著2012年作業系統以及晶片組產品支援,品牌廠對於系統要求已從過去的性能取向,轉而走向外觀的重視,也推動電池從圓柱型轉型到高分子電池或者方型電池(角型電池)。圓柱型具有高自動化與經濟性的優勢,反觀方型電池與高分子電池較適合應用於薄型產品,包括平板電腦以及薄型筆電。
若就生產方面來看,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較高,至於方形鋰電池可將其打造成較輕薄的外型,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。
然而,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,傳統鋰離子電池的外型,既使採用方形設計,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。
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。
為了與蘋果抗衡,產品勢必難以避免輕薄的性能訴求,以電池芯的種類來說,圓柱型、方型、高分子電池各有一席之地,然而在終端產品的特色訴求上,非蘋陣營必須在產品做出明顯區隔,以避免掉入規格與蘋果相近但是採購量分散的困擾,建立迥異於蘋果零組件的穩固供應鏈。
由於圓柱型電池可自動化生產以及產能利用率高,14650以及16650兩種規格產品最有機會被導入在薄型NB產品上。然而方型電池後市也不容小覷,不但在厚度以及自動化程度都具有優良表現,兼具高分子與圓柱型電池的優點,因此方型電池的後市看好,未來將有一定程度影響力。