深度剖析锂电池制造工艺与物料清单成本

　　锂聚合物电池可说是无所不在，它们出现在手机、平板电脑、笔记本电脑，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设备电池寿命似乎不够长的问题。现在的智能手表就像某些笔记本电脑，电池续航力甚至不到一天，这让我想到电池的问题，以及智能手表、手机与平板电脑之间的电池是否有共通性？

　　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。下图一是智能手机常见的袋装型（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能手机、平板电脑电池能量密度（Wh/g）；而下图三显示，许多手机/智能手机电池的重量不到25公克，而平板设备电池则多于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。

　　通过拆解探寻电池的物料清单成本

　　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

　　显微镜下的iPhone 6 Plus锂电池的剖面图

　　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，然后一个个往上堆栈；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

　　能通过BOM清单估算电池制造成本吗？

　　我们经常拆解分析智能手表、智能手机或是平板、笔记本电脑等设备，并以加总零部件的方式来推算物料清单成本，那些报告通常包括电子组件与人力成本、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列表成本约为每瓦小时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组件；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　移动设备锂电池成本估算

　　上图中蓝色的部分则是我们从Amazon调查的手机锂电池零售价，这部分我们是选择了价格最低产品，因为考虑这些产品应该是制造商与零售商利润最小；锂电池零售价约是我们估计的物料清单成本两倍，这个结果似乎很合理。所以回到我们最前面的问题，物料清单成本能使用最简单的代理变量（proxy）吗？我们认为答案应该是肯定的，从图十一所显示的锂电池成本集中状态，这应该是合理的；电池的成本也包含材料与人工，我们认为这部分也会随着电池的容量大小而递增。