【HK01】鋰離子電池見末路 新電池開發競賽展開
當手機已從「大哥大」演變到智能電話，鋰離子電池面世廿多年來卻大同小異，離技術瓶頸極限不遠。5G、電動車、太陽能電網、飛天車（flying cars）等各種未來潮流紛紛湧至，正需要一場電池革命來支持。
種種問題使現有的鋰離子電池逐漸走到盡頭，難以應付未來的科技潮流。科學界、業界、初創公司等各有進路，針對不同元件，以不同新材料來徹底改造鋰離子電池。
方向一：鋰矽電池
矽（silicon）是其中一種備受看好的材料，前Tesla員工貝迪基夫斯基 （Gene Berdichevsky） 創立的Sila Nanotechnologies就用矽來着手改善石墨陽極：「在六、七年前開始已看到石墨的局限，現時它在電池的熱動能基本上已發揮至極限。」從結構上來說，每個矽原子可與四個鋰離子結合，作為陽極材料，與相若重量的石墨相比，可儲存十倍數量的鋰離子。但這種優勢亦帶來另一難題，正因為能儲存更多的鋰離子，矽陽極會因而劇烈膨脹最高達400%，充電時會自行毀爛。
針對這個難題，Sila聲稱已找到解決方法。貝迪基夫斯基說經過三萬次嘗試，他們成功創造出一種微米級大小的球體結構，充電時的膨脹只會在結構內部發生，外部不受影響。Sila的技術獲德國車廠BMW青睞，計劃在2023年於部分電動車上使用這種物料，並預期可增加10至15%電池能量。事實上，特斯拉現時的電池陽極已添加了少量的矽，除Sila之外，Enevate、Enovix等初創公司也以矽來開發電池。
方向二：鋰硫電池
鋰硫電池是另一股開發潮流，即利用硫（sulphur）作為電池陰極。電池專家史尼迪卡（David Snydacker）說：「鋰硫電池雖然每公升能量不算很好，但硫陰極勝在夠輕。」不過，這種電池重複充電時會在陰極中產生「枝晶」（dendrites），有可能穿過隔膜接觸陽極，造成短路。
索尼（Sony）聲稱已解決這個問題，並預計於2020年推出使用鋰硫電池的電子產品至市場。同樣針對陰極改良的還有古迪納夫的學生葛蕾（Clare Grey），她正着手研製鋰空氣（Lithium-air）電池。理論上，這種電池可有更高的能量密度，但現階段即使在實驗室也無法穩定地充電，充電次數也有限，遑論在現實中使用。
方向三：固態電池
對於這些進路， 美國電池初創公司Ionic Materials創辦人齊默爾曼（Mike Zimmerman） 認為固態電池（solid-state battery）才是最終答案：「很多人在研究改良不同的陰極、陽極，但對電池發展最大的阻力是電解質，也正是我們努力改進之處。」所謂固態電池，即把現時電池的電極或液態電解質，以一種聚合物的固態材質取代，如玻璃或陶瓷等，這樣做最大好處是電池體積較小且容量高，比現時液態的鋰離子電子更便宜和不易燃外，理論上也更快和更長壽。「同樣容量下，固態電池可提供雙倍能量。第一波固態電池應可在無人機中看到。」史尼迪卡說。
中國飛天車公司億航（Ehang）的共同創辦人熊逸放則補充：「固態電池展現出很高的能量密度，可延長飛行器具的電池壽命，但其他性能例如發電能力仍有待改進。」固態電池何時能推出市面仍屬未知之數，豐田（Toyota）車廠便承認在量產固態電池時仍有些問題尚待解決，另一日本車廠日產（Nissan）的研發及工程高級副總裁淺見孝雄今年4月時更說：「所有固態電池，大致上都仍處於早期研究階段，現階段『實際上是零』。」
方向四：超級電容
在更遠的將來，電池可能不再止於鋰離子。英國初創公司ZapGo正以碳來研製電池，靈感來自超級電容（Supercapacitor）。有別於鋰離子電池所使用的化學方法，電容儲電以物理方式用電場儲電，就像氣球上的靜電。由於不涉及化學反應，電池不會像鋰離子電池般因長年累月充電和發電而快速耗損，故較為長壽。ZapGo創辦人禾拉（Stephen Voller）聲稱其電池可承受10萬次放電，是鋰離子電池的100倍，每天充電的話相當於可用30年。
不過，超級電容儲電量不及鋰離子電池，亦很快無電，鋰離子電池充電後能儲電長達兩周，超級電容則只有幾小時。能源儲存科學家海格特（Donald Highgate）就認為兩者可互補，未來手機可以既有一、兩分鐘快速充電，又有鋰離子電池作後備：「若有快速充電功能，你可以在攪拌咖啡時，讓手機在感應線圈上充電。」但要這樣做，需要對充電器作出修改，因為傳統鋰離子電池的充電設計是刻意減慢充電速度以防止起火，而ZapGo或任何超級電容系統則需要與之相反的充電器。
ZapGo現時仍不夠能量推動一部手機，禾拉預計要到2022年或「iPhone 15」推出時才能面世。然而，包括戴森設計工程學院（Dyson School of Design Engineering）谷巴（Sam Cooper）在內的一些專家質疑，電器商對這種長壽電池是否感興趣：「對手機製造商來說，有很強的經濟誘因讓他們的手機在推出下一代時就『死亡』。」
一枚鋰離子電池造就了一個科技時代，這場最新的電池研發競賽鹿死誰手仍言之過早，但勝出者很可能會改寫出另一個科技時代。
#科技
鋰離子聚合物電池膨脹 在 [新聞] IPhone 8 Plus 電池全台首"爆"？淺談鋰電 的八卦
IPhone 8 Plus 電池全台首”爆”？淺談鋰聚合物電池膨脹問題
原始文章來源:https://goo.gl/8A2imV
https://tel3c.tw/blog/post/iphone-8-plus-%e9%9b%bb%e6%b1%a0%e5%85%a8%e5%8f%b0%e9%a6%96%e8%86%a8%ef%bc%8c%e6%b7%ba%e8%ab%87%e9%8b%b0%e8%81%9a%e5%90%88%e7%89%a9%e9%9b%bb%e6%b1%a0%e8%86%a8%e8%84%b9%e5%95%8f
iPhone 8 與iPhone 8 Plus九月22日全球開賣，根據”蘋果日報“報導:「台灣首度傳出
iPhone 8 Plus爆裂案例。台中一名吳姓女子向《蘋果》爆料，剛入手三天的iPhone 8
Plus，手機外殼竟在充電時爆裂，嚇得她趕緊拔掉插頭，馬上連絡通訊行，初步懷疑是電
池膨脹導致，通訊行已將手機收回，準備送回原廠檢視，當事人表示，好險立即發現，再
充下去，搞不好會燒起來。」
由於Samsung Galaxy Note7去年發生大規模電池爆炸燃燒事件，大眾對於手機電池爆炸如
驚弓之鳥，所以新聞一出，台灣各大媒體無不跟進報導，甚至加油添醋一些錯誤資訊。經
檢視新聞，吳姓女子的案件是典型鋰聚合電池膨脹案例，不是電池爆炸，只是新機就發生
電池膨脹比較罕見而已。鋰聚合電池膨脹與爆炸有何不同呢? 媒體報導的內容有哪些錯誤
之處呢? 以下做一說明:
1.Phone 8 Plu電池膨脹事件:
Apple iPhone 8 Plus 在台發生電池膨脹導致機外殼與螢幕明顯爆裂分家，出現約0.5公
分的裂縫。無獨有偶，日本也出現一個iPhone 8外殼無故破裂的案例。針對此事件，各電
子媒體無不跟進報導，甚至引述南韓產經媒體《Hankyung》報導: 「蘋果最新發布的
iPhone 8是使用南韓廠商三星SDI供應的電池，而報導中也指出而三星SDI正是之前爆炸事
故頻頻的三星Note 7電池供應商。」，來加深讀者對於iPhone 8 Plus電池會爆炸的聯想
。
不過，不管台、日的CASE，明顯都是電池膨脹導致手機外殼裂開，並非電池爆炸。蘋果日
報的報導也指出:「記者也到該通訊行找到爆裂的手機，發現手機外殼與螢幕明顯爆裂分
家，裂縫約0.5公分，但外觀沒有外傷或凹折等，看起來是從內部爆開，而手機還是可以
正常使用。」 由於手機仍可正常使用且由手機裂損狀況，的確是電池膨脹所致，並非電
池爆炸。
鋰聚合物電池爆炸與鋰聚合物電池膨脹的差別為何呢？鋰聚合物鋰電池爆炸時，電池外觀
會出現燃燒、爆裂，電池因已毀損，無法再使用。鋰聚合物電池膨脹則外觀會出現膨脹變
形且無法再回復，但除非膨脹到很嚴重，否則仍可使用，只是電池蓄電量會減少、使用壽
命變短、電池內阻增加..而影響整支手機的效能。不過，因現在手機內部空間小，當電池
膨脹變形可能會擠壓到其他零件，輕則造成螢幕毀損，重則會導致膨脹的電池被其他零件
擠壓穿刺容易產生爆炸或燃燒風險。再者，鋰電池膨脹內部會產生一氧化碳、氧化磷等有
毐氣體，這些氣體沒有味道，長期使用下，恐對人體有害，所以鋰聚合電池膨脹最好趕快
更換。
iPhone 8是使用三星Note 7電池供應商~南韓廠商三星SDI供應的電池? 根據Apple在2017
年3月公布其200大供應商資料，電池的供應商主要是比亞迪、天津力神、德賽電池、日本
松下、台灣順達、台灣新普、韓國LG化學，並沒有韓國三星SDI，且iPhone電池最大供應
商向來都是中國德賽電池。不過，iPhone鋰電池Pack的電池蕊是不是如南韓產經媒體《
Hankyung》所寫的是由韓國三星SDI提供，就得再求證了。
（Thenextweb 網站指出 iPhone 8 Plus 所採用的電池正是由 ATL (Amperex
Technology Limited) 供應，不過仍待求證。）
https://goo.gl/83F8XN
由於鋰電池本身就是一個相當不安定的化學物質，加上Apple iPhone 全球銷量驚人，有
一定的故障與不良率是正常的事。APPLE 對於其產品的鋰電池都有提供1~2年的保固，
iPhone一般是提供1年保固內所有有瑕疵的電池。據了解，若是電池膨脹，Apple會提供兩
年的保固(消息來源)。以吳姓果迷的電池膨脹CASE，Apple一定會給予換新。
iPhone電池會不會爆炸呢? 天有不測風雲，沒有電池廠商可以打包票其鋰電池一定不會爆
炸。事實上，今年二月在美國亞利桑納州的 一名18 歲少女 Brianna Olivas 所持有的
iPhone 7 Plus就發生無故爆炸事件(新聞詳見這裡)。只是手機電池爆炸都是大事件，
iPhone行銷全球上億台，目前發生原因不明的鋰電池爆炸事件大都算是偶發事件，不能與
三星Note7當年發生大規模自燃事件相比。
不過，或許是三星在Note7遭受很大損失的前車之鑑，Apple 這次iPhone 8 與 iPhone 8
Plus所使用的電池容量居然比前一代容量還低，電池容量引刀自宮下還發生新機電池就膨
脹，可能讓Apple始料未及吧 !
2. 鋰聚合物為何會膨脹?
iPhone電池都是採用鋰聚合電池(Li-Polymer)， 不是一般的鋰電池。鋰聚合物電池採用
膠狀電解質，電池內部不含液態電解液，無電池漏液問題，正常情形下不會爆炸(在外力
破壞下可能燃燒或膨脹裂開)，只會膨脹。會造成鋰聚合電池膨脹的原因通常有四:
A.過度充電，造成電極材料受損:
鋰電池的材料無法忍受到4.30V，雖燃鋰電池大都有過充電保護，但保護版的值約為
4.28+/-0.05V，仍有超過的風險。若使用不合格的充電器充電，電極材料就會受損，連續
使用一段時間就會發生電池出現脹氣膨脹狀況。
B.過度放電，造成電解液分解:
電池用到沒電後，雖保護板啟動過放電保護，但電池本身的自放電作用仍繼續，當放了一
段時間，電池電壓就會低於1.5V，就無法再回充了，電解液也開始分解而產生氣體而發生
脹氣。
C. 電池溫度過高:
如電池電壓充飽，溫度高於70或80度，也會發生電池膨脹狀況。前幾天臉書與LINE有問題
造成IOS裝置電池耗損快、手機變燙，是否因此引發電池膨脹不得而知。
D. 廠商生產品質不良:
電池製造生產時若工藝控制不力(如濕度控制、漿料分散、C/A比離散性、溫度控制..)，
尤其是濕度控制(水)。因充電形成的高活性鋰碳化合物對水非常敏感，若除濕做得不好，
將會產生化學反應產出氣體將會造成電芯內壓升高，導致電池蕊膨脹。
由於前兩項都必須使用一段時間，台灣首爆的案例應該是與電池過熱或是廠商生產品質不
良有關機率較大。就目前來看，iPhone8 電池膨脹仍只是少數個案，加上Apple對於電池
膨脹通常會給予較寬鬆的換貨保固條件，目前暫不需因偶發個案而杞人憂天。
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延伸閱讀:【鋰離子電池】iPhone 8 Plus電池是鋰聚合物電池，還是鋰電池呢?
https://tel3c.tw/blog/post/15391
心得順便就幫各位整理一下重點:
第一、這只是典型的電池膨脹不是電池爆炸，各位媒體你們扯遠了囉~
第二、想到電池爆炸就先聯想到三星SDI，也就是Note7的電池供應商。
第三、目前好像並沒有確定那些電池就是三星SDI電池蕊?
第四、原來三星SDI好像不是蘋果200大供應商之一?
第五、鋰電池本身就相當不穩定，iPhone 7 Plus的確有發生爆炸事件過，
不過規模與Note7相比，相差甚遠。
第六、電池會膨脹，不外乎是材料問題、使用者問題(過度充放電、溫度過高)、
電池製造的品質不良。
不過我記得Note7爆炸的原因，好像是因為手機設計問題，讓電池空間太小受到擠壓，
還有一種說法是因為電池的保護晶片?
這也難怪iPhone8的設計，只要溫度超過35度就會停止充電到80%，
不是廚師心裡有數(早就知道材料不良?)，不然就可能是因為選用玻璃材料難以散熱?
一直以來，溫度跟電池安全本身就是個頭痛的問題。
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作者 asosan (清水の舞台) 看板 iOS
標題 [討論] 官方對於充電只能充到80%的解釋
時間 Fri Sep 29 22:55:03 2017
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https://support.apple.com/en-us/HT201569
蘋果表示這是為了保護電池
延長電池壽命的保護機制
如果超過一定溫度
（官方建議iPhone使用限制0-35度）
iPhone將會將電池充電最大限制在80%左右
等溫度下降後再繼續充電
※ 編輯: catquill (61.227.130.42), 10/02/2017 15:37:14
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