鋰聚合物電池可說是無所不在，它們出現(xiàn)在手機、平板電腦、筆記本電腦，以及混合動力/電動車輛中；我們很少會想到它們，除非討論到一些消費性電子設(shè)備電池壽命似乎不夠長的問題?，F(xiàn)在的智能手表就像某些筆記本電腦，電池續(xù)航力甚至不到一天，這讓我想到電池的問題，以及智能手表、手機與平板電腦之間的電池是否有共通性？

 

一個簡單的代理變量可能包含電池的質(zhì)量或是其充電容量，而兩者都很容易測量。下圖一是智能手機常見的袋裝型（pouch-type）鋰離子電池，是從拆開的 iPhone 6 Plus手機所拍攝；與電池連接、內(nèi)含控制電路的軟帶已經(jīng)被移除，不過在圖二可以看到。我們注意到，這顆電池使用了兩顆Ricoh的電池保護(hù)IC，以及 TI的鋰離子電池電量計。

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圖一　iPhone 6 Plus的鋰離子電池

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圖二　iPhone 6 Plus的鋰離子電池控制電路

 

 

為了尋找答案，我們檢驗了過去這一年在TechInsights實驗室拆解過的數(shù)款智能手機、平板電腦電池能量密度（Wh/g）；而下圖三顯示，許多手機/智能手機電池的重量不到25公克，而平板設(shè)備電池則多于70公克。

圖三　鋰電池容量

 

圖中的斜直線代表220 Wh/kg，與大多數(shù)電池的能量密度相符，從那些分散卻接近的小點可以看出，那些電池是采用非常類似的電池芯技術(shù)。而iPhone 6 Plus的電池重量為43公克，其能量密度表現(xiàn)并沒有非常顯眼，但既然是Apple的電池就值得觀察。

 

我們的下一個關(guān)注焦點，是電池的物料清單成本；為了這個我們得多知道一些電池的結(jié)構(gòu)。下面的圖四就是我們開始拆解iPhone 6 Plus的鋰電池，將電池外面的鋁箔剝開，露出內(nèi)部封住電池芯的聚合物薄膜；進(jìn)一步將該聚合物薄膜剝離之后，就露出了在外面的鋁制陰極集電層 （aluminum cathode collector），如圖五。

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圖四　將iPhone 6 Plus電池外殼切開

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圖五　鋁制陰極集電層

 

顯微鏡下的iPhone 6 Plus鋰電池的剖面圖

 

下圖六是 iPhone 6 Plus鋰電池的剖面圖，顯示其層狀結(jié)構(gòu)。該電池內(nèi)含11個陰極（cathode），以及10個鋁制陽極（anode），集電層是并聯(lián)的。陽極與陰極的電極，都各自以活性層涂布，然后一個個往上堆棧；分隔層（separator layer）插入在陽極與陰極之間，以避免短路，同時又能讓陽極與陰極之間的鋰離子相互傳遞。

 

圖七顯示的則是電池的側(cè)邊，陰極集電層被焊在一起，形成電池的陽極端點（anode battery terminal）；陽極集電層則以類似的形式被帶出封裝外部。

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　圖六　iPhone 6 Plus 鋰電池的剖面圖

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圖七　iPhone 6 Plus 鋰電池的陰極端點

根據(jù)TechInsights 的拆解分析，我們知道iPhone 6 Plus的電池是采用氧化鋰鈷（lithium cobalt oxide，LiCoO2）作為陰極，陽極則是采用石墨（graphite），如圖八所示。

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圖八　顯微鏡下的iPhone 6 Plus電池斷面

 

 

我們經(jīng)常拆解分析智能手表、智能手機或是平板、筆記本電腦等設(shè)備，并以加總零部件的方式來推算物料清單成本，那些報告通常包括電子組件與人力成本、利潤；因此我們藉由減去那些利潤，來估算電池制造的成本。

 

如圖9所顯示，紅色的點狀顯示電池的物料列表成本約為每瓦小時0.37美元，而且也有一些分散的狀況，這是因為電池通常包含不同的搭配電子組件；每瓦小時 0.37美元比前面的電動車鋰電池成本略低，但因為手機電池與車用電池采用的技術(shù)畢竟不太一樣，這并不令人驚訝，而且手機電池相對是比車用電池更成熟的技術(shù)。

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圖9　移動設(shè)備鋰電池成本估算

 

上圖中藍(lán)色的部分則是我們從Amazon調(diào)查的手機鋰電池零售價，這部分我們是選擇了價格最低產(chǎn)品，因為考慮這些產(chǎn)品應(yīng)該是制造商與零售商利潤最?。讳囯姵亓闶蹆r約是我們估計的物料清單成本兩倍，這個結(jié)果似乎很合理。所以回到我們最前面的問題，物料清單成本能使用最簡單的代理變量（proxy）嗎？我們認(rèn)為答案應(yīng)該是肯定的，從圖十一所顯示的鋰電池成本集中狀態(tài)，這應(yīng)該是合理的；電池的成本也包含材料與人工，我們認(rèn)為這部分也會隨著電池的容量大小而遞增。