穿戴式電子產品迅速發展,未來能否取代智能型手機,最重要的關鍵就在于電池大小及續航力。由于傳統鋰電池無法符合穿戴式裝置輕薄體積的設計需求,各國電池廠商紛紛投入新世代的鋰電池技術開發,除了助攻穿戴式電子產品突破設計與銷售困境,更重要的是著眼于全球鋰電池的市場大餅。

    2018年全球鋰電池產量將達7700萬美元

    根據IHS Technology市場研究報告,穿戴式產品的全球出貨量可在2018年達到5600萬臺,而全球電池的產值將從2014年的600萬美元,迅速成長至2018年的7700萬美元,營收成長正來自于穿戴式產品的挹注。

    依據日本技術系統研究所(Technology System Research)在2013年Q2的調查報告,2012年至2018年全球二次鋰電池的年平均成長率約8~10%,從2012年全球市場需求總計43億顆,預估至2018年將提高到62億顆以上,應用市場仍然以3C電子產品與電動車輛為主。而隨著全球智能型手機與平板計算機成長動能趨于平緩,智能型眼鏡、穿戴式電子裝置、智能型手環、智慧手表將會是下一波最有發展潛能的電子產品。

    不過,穿戴式裝置現階段主要關鍵問題在于電池續航量不足,若能持續降低耗電量,拉長穿戴式裝置續航力,穿戴式裝置市場才可能有突破性的發展。為了滿足消費者長時間使用穿戴式裝置需求,高能量鋰電池需求是最亟需解決的技術瓶頸。

    韓廠鋰電池出貨量全球最大日廠增產追趕

    在2000年之前,日廠曾在全球鋰離子電池市場囊括約九成市占率,在專利申請上也屬日本廠商布局最積極(詳見附錄“鋰離子電池專利數量分析”),但隨著三星SDI、LG化學等韓廠異軍突起,2011年韓國終于超過日本成為全球第一大。但從2014年開始,日本和韓國出貨量首度呈現縮小,日廠正在努力追趕韓廠,希望能重新奪回鋰離子電池龍頭的榮耀,包括電子零組件廠商日本TDK株式會社,預定在2016年度上半年內將鋰離子電池年產能提高四成;日立制作所(Hitachi)旗下電池制造子公司Hitachi Maxell,也計劃新增產線,將穿戴裝置用鋰離子電池產能提高三成(注1)。

    日本大廠松下(Panasonic)不僅是電動車動力鋰電池的主要供貨商(可參考北美智權報先前文章“2014年電動車產量遽增67%動力鋰電池需求將引領市場十年”),在3C鋰電池這塊當然不能缺席。Panasonic利用在信息及通訊裝置上所使用的電池材料技術,以及參考鈕扣型電池與其他小型鋰電池的制造技術,開發出市場上最小的別針造型鋰離子電池CG-320,直徑只有3.5mm,高度約2公分,重約0.6公克,體積約是AAA電池的1/20,容量為13mAh。

    CG-320可作為筆狀或眼鏡等小型裝置的電池,不但可重復充電,還具備近場通訊(NFC)及藍牙輸出能力。除了CG-320之外,Panasonic也正在開發另外兩款新電池,分別為容量30mAh、直徑4.5mm、高度2.5公分的CG-425,以及容量50mAh,直徑4.5mm及高度3.5公分的CG-435(注2)。

    日韓搶推超薄大電池臺廠可走利基市場

    過去日、韓及國內電池大廠,主要聚焦于中、大型標準化的鋰電池產品研發與生產,但若將來穿戴式裝置取代智能型手機、平板、NB成為當紅炸子雞,情勢將有所改變,穿戴式裝置受到產品尺寸限制,需要體積更小的鋰電池,日、韓鋰電池大廠優勢不再,這讓專注投入在小型、客制化鋰電池生產的臺灣地區的廠家有機會趁勢而起,在穿戴式產品領域和日韓大廠互別苗頭。

    興能:搶先布局微小化先進混成電池

    興能高科技是臺灣第一個將鋰電池導入商業化的廠商,結合傳統的鋰離子電池極板技術與鋰高分子電池封裝技術之優點,免加上自行開發之電解液、界面黏著技術、活化及制程技術,研發出獨有的先進混成電池(Advanced Hybrid Battery, AHB)。

    專攻中小型鋰聚合物電池(Lithium Polymer Battery)應用市場的興能高科技,產品主要運用于藍牙耳機,近年來投入適用于穿戴裝置產品應用的小型、異型化電池研發,并在微小化、半月形、圓柱形、曲面等形狀上逐漸取得研發成果。根據興能提供的數據,去年鋰電池出貨量已達數百萬顆,并將高分子鋰電池大量用在智慧健康手環。雖然2014年興能鋰電池應用仍以藍牙耳機占53%為最大宗,但穿戴式裝置已經以24%躍居次位,醫療、無線鍵盤及游戲桿等計算機周邊、手機周邊等非藍牙應用市場約占23%。展望未來兩年,應用于穿戴式裝置、醫療裝置等供貨量與市占率將持續放大。

    因應穿戴式裝置的小型化趨勢,電池勢必朝微小化發展,而興能開發出的曲面電池,有別于日、韓與大陸等電池廠家的設計,采用4.35V高電壓設計,具備穩定的曲面形狀,提升了電池的體積能量密度,循環充放電壽命可超過1,000次,不會因為電池充放電使用后,造成電池曲度產生變化,目前興能高科技除了在臺灣已獲得13筆的鋰電池專利技術,也正在歐、美等國申請專利。

    輝能:超薄軟板鋰陶瓷電池FLCB除了興能的曲面電池之外,臺灣輝能科技也已發表“超薄軟板鋰陶瓷電池”(FPC Lithium-Ceramic Battery, FLCB),以固態鋰陶瓷電解質(Lithium-Ceramic electrolyte)取代傳統電池內的電解液,并結合軟性電路板基材,制造出可自由彎曲、不會漏液、無可燃物質、在受到穿刺、撞擊、切割后仍能安全放電的軟性電池。FLCB電池還可以像紙一樣任意彎曲,厚度最薄可達0.36mm。

    在應用上,FLCB因有超薄且可彎曲的特性,特別適合穿戴式電子、時尚的穿戴電源、智慧手表/手環、智慧衣、智慧鞋、智能眼鏡、溫度貼片、GPS追蹤傳感器、溫度卷標、智能顯示適配器、多功能卡、交通顯示適配器、IOT物聯網、電子煙、電子筆、健康照護等相關應用,讓穿戴式產品開啟更多設計上的可能性。

    穿戴式裝置系統設計空間吃緊,鋰電池擺放的位置又缺乏彈性,對于電池技術的要求更加嚴峻。因為具備超薄、可撓曲和安全性,FLCB電池創造出一般鋰電池做不到的新應用,例如以射出成型制程將FLCB一體成形,利用表帶空間為次要電池,搭配手表主體內建鋰電池,延長智能手表的續航力;或是以智能型手機的皮套作為行動電源,抑或生物醫療用的溫度貼片、超薄的芯片顯示智能卡,都是FLCB在穿戴式電子裝置主推的應用范疇。盡管目前FLCB電池供應鏈尚不成熟,仍以支持性功能為主,未來努力的方向是能提高能量密度,并解決成本問題,只要價格趨近于現在的鋰電池,將有機會成為穿戴式裝置的電池解決方案。

    
 
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