移动设备中的锂电池，你了解多少？

锂聚合物电池可说是无所不在，它们出现在手机、平板电脑、笔记型电脑，以及混合动力/电动车辆中；我们很少会想到它们，除非讨论到一些消费性电子装置电池寿命似乎不够长的问题，例如智慧手表。

现在的智慧手表就像某些笔记型电脑，电池续航力甚至不到一天，这让我想到电池的问题，以及智慧手表、手机与平板电脑之间的电池是否有共通性？这也激发了我们TechInsights的好奇心：是否能以单一变量来估算电池的制造成本(即物料清单成本BoM)？一个简单的代理变量可能包含电池的质量或是其充电容量，而两者都很容易测量。

下图一是智慧型手机常见的袋装型(pouch-type)锂离子电池，是从拆开的 iPhone 6 Plus手机所拍摄；与电池连接、内含控制电路的软带已经被移除，不过在图二可以看到。我们注意到，这颗电池使用了两颗Ricoh的电池保护IC，以及TI的锂离子电池电量计。

图一　iPhone 6 Plus的锂离子电池

图二　iPhone 6 Plus的锂离子电池控制电路

我们的第一个问题是：这款电池特别吗？为了寻找答案，我们检验了过去这一年在TechInsights实验室拆解过的数款智慧型手机、平板装置电池能量密度(Wh/g)；而下图三显示，许多手机/智慧型手机电池的重量不到25公克，而平板装置电池则多于70公克。

图三　锂电池容量

图中的斜直线代表220 Wh/kg，与大多数电池的能量密度相符，从那些分散却接近的小点可以看出，那些电池是采用非常类似的电池芯技术。而iPhone 6 Plus的电池重量为43公克，其能量密度表现并没有非常显眼，但既然是Apple的电池就值得观察。

我们的下一个关注焦点，是电池的物料清单成本；为了这个我们得多知道一些电池的结构。下面的图四就是我们开始拆解iPhone 6 Plus的锂电池，将电池外面的铝箔剥开，露出内部封住电池芯的聚合物薄膜；进一步将该聚合物薄膜剥离之后，就露出了在外面的铝制阴极集电层(aluminum cathode collector)，如图五。

图四　将iPhone 6 Plus电池外壳切开

图五　铝制阴极集电层

下图六是iPhone 6 Plus锂电池的剖面图，显示其层状结构。该电池内含11个阴极(cathode)，以及10个铝制阳极(anode)，集电层是并联的。阳极与阴极的电极，都各自以活性层涂布，然后一个个往上堆叠；分隔层(separator layer)插入在阳极与阴极之间，以避免短路，同时又能让阳极与阴极之间的锂离子相互传递。

图七显示的则是电池的侧边，阴极集电层被焊在一起，形成电池的阳极端点(anode battery terminal)；阳极集电层则以类似的形式被带出封装外部。

图六　iPhone 6 Plus 锂电池的剖面图

图七　iPhone 6 Plus 锂电池的阴极端点

根据TechInsights 的拆解分析，我们知道iPhone 6 Plus的电池是采用氧化锂钴(lithium cobalt oxide，LiCoO2)作为阴极，阳极则是采用石墨(graphite)，如图八所示。

图八　显微镜下的iPhone 6 Plus电池断面

LiCoO2是一种成熟的电池技术，常见于行动装置电池，包括手机、平板装置与笔记型电脑，而这也解释了前面图三所显示的、各种装置非常类似的能量密度原因。下表则显示了一些其他阴极材料，最下面的三种是电动车电池的阴极材料，使用氧化锂锰(lithium manganese oxide ，LMO)以及氧化锂镍锰(lithium nickel manganese oxide，NMC)。

常见的锂离子电池阴极材料与应用

石墨阳极与氧化钴阴极拥有晶格状结构，锂离子在其中能可逆转地插入(夹入)原子层之间的空隙；图九是电池阴极氧化钴层的显微镜影像，阳极的石墨层结构则显示于图十。

图九　显微镜下的氧化钴阴极层

图十　显微镜下的阳极石墨层

要估算出手机锂电池的物料清单成本并不是件那么容易的事情，先前有一些与电动车电池成本相关的研究，但是关于更小型的电池成本估算则付之阙如，有一篇2015年才出炉的报告指出一颗完整(电动车)锂电池的成本基准约为每瓦小时(Wh) 0.5美元。

我们经常拆解分析智慧手表、智慧型手机或是平板、笔记型电脑等装置，并以加总零组件的方式来推算物料清单成本，那些报告通常包括电子元件与人力成本、利润；因此我们藉由减去那些利润，来估算电池制造的成本。

如图十一所显示，红色的点状显示电池的物料清单成本约为每瓦小时0.37美元，而且也有一些分散的状况，这是因为电池通常包含不同的搭配电子元件；每瓦小时0.37美元比前面的电动车锂电池成本略低，但因为手机电池与车用电池采用的技术毕竟不太一样，这并不令人惊讶，而且手机电池相对是比车用电池更成熟的技术。

图十一　行动装置锂电池成本估算

上图中