便攜式設備的微型電池

2025 年 10 月 21 日

範浩博士

技術總監，擁有20年鋰電池研發設計經驗，精通電池結構優化、性能提升及安全技術，在高能量密度電池、防爆電池、長壽命電池開發方面擁有豐富的實際項目經驗，參與並領導了多個大型電池研發及產業化項目。

微型電池為大多數電力便攜式和生物醫學設備如今，針式鋰電池市場已超過 60% 為可充電電池，其中超過 40% 的需求來自穿戴式裝置。微型鋰離子聚合物電池模型和生物電池透過靈活、永續的設計和更高的安全性推動創新。選擇電池時，尺寸、能量密度、安全性和應用契合度至關重要。

下表比較了便攜式應用的電池類型：

電池類型	優點	應用領域
鋰離子（Li-ion）	高能量密度、高性價比、耐用	智慧眼鏡、遊戲機
鋰離子聚合物電池（LiPo）	輕量、靈活、降低洩漏風險	穿戴式裝置、無人機

關鍵要點

微型電池，尤其是鋰離子和鋰聚合物電池，由於其高能量密度和緊湊的尺寸，對於便攜式和生物醫學設備的供電至關重要。
選擇電池時，安全至關重要；考慮熱失控等風險並確保正確的充電方法，以延長電池壽命和性能。
生物電池代表著一項重大進步，為藥物輸送和心臟治療等醫療應用提供了可持續的能源解決方案。

第一部分：微型電池概述

1.1 鋰離子電池組

你依賴鋰離子電池組適用於大多數便攜式和可穿戴電子設備。這些微型電池具有高能量密度和緊湊的尺寸，使其成為醫療設備和智慧感測器的理想選擇。最常見的類型包括 3.7V 和 3.8V 微型鋰離子聚合物電池。這些電池可用於便攜式監視器、輸液幫浦、智慧手錶和無線設備。下表列出了典型應用：

電池類型	應用實例
3.7V 鋰聚合物電池	便攜式監視器、輸液泵
3.7V 和 3.8V 微型鋰電池	便攜式感測器、醫療設備、智慧手錶
微型鋰電池	嬰兒監護設備、手術設備

鋰離子聚合物電池組的能量密度為 150 至 260 Wh/kg，部分高級型號甚至可達到 400 Wh/kg 或更高。快速充電和可靠的性能將為您帶來許多好處。這些 USB 電池組解決方案可支援醫療保健和工業領域的永續能源目標。

1.2 鎳氫電池

鎳氫 (Ni-MH) 電池為小型電池提供了一種可持續的替代方案。它不僅環保，而且使用壽命長。與傳統化學電池相比，鎳氫電池的能量密度較高，但不如鋰離子聚合物電池組。下表重點介紹了一些要點：

鎳氫電池的優勢	鎳氫電池的缺點
環保	能量密度低於鋰離子
使用壽命長	對高溫的敏感性
自放電率低	記憶效應的可能性

鎳氫電池具有更佳的熱失控保護性能，使其成為某些便攜式應用的更安全選擇。對於安全性和永續性比最大能量輸出更重要的設備，您可以選擇鎳氫電池。

1.3 紐扣電池

紐扣電池為許多穿戴式電子設備和醫療設備供電。它們廣泛應用於智慧手錶、健身追蹤器、助聽器和遠距病人監護設備。這些微型電池結構緊湊，專為低功耗、長效運作而設計。像 CR2032 USB 電池組這樣的熱門型號可以提供穩定的 3 伏特電壓，為重要資料傳輸提供精準的電力傳輸。

常見的紐扣電池應用：
- 智能手錶
- 健身追踪器
- 助聽器
- 醫療呼叫按鈕
- 起搏器
- 胰島素幫浦監測器

紐扣電池採用鋰、鹼性、氧化銀或鋅空氣化學電池。選擇鋰紐扣電池，可延長使用壽命並提高可靠性。這些 USB 電池組選項可協助您在醫療保健和穿戴式電子裝置中實現永續的能源解決方案。

小型化電池設計的最新趨勢包括軟電池和片上儲存。微型鋰離子電池（micro-LIB）現在採用層壓薄膜、平面叉指和3D架構。您將受益於改進的離子擴散、更高的能量和功率密度以及更好的抗應力性能。這些進步將支援下一代可持續、可充電的便攜式設備USB電池組解決方案。

第 2 部分：效能與應用

2.1 能量與尺寸

在為便攜式設備選擇微型電池時，需要考慮能量密度和尺寸。電極材料、物理結構和電池形狀都會影響電池的儲能容量和緊湊程度。例如，鋰離子電池有圓柱形、軟包形和方形三種形狀。每種形狀在能量密度、熱管理和安全性方面都各有優勢。

電極材料（陰極和陽極）直接影響能量密度。
電池單元的構造（包括電極負載和電解質效率）至關重要。
電池格式的選擇會影響尺寸和能量密度。

較大的電池通常能提供更高的能量密度，但您可以將較小的電池串聯起來，以在提高電壓的同時保持緊湊性。較小的電池也有助於熱管理，這對安全至關重要。

電池化學成分也會影響標稱電壓和最佳充電條件。例如，鋰離子電池標稱電壓約為 3.7V，與鉛酸等傳統化學電池相比，其設計更加緊湊。下表比較了微型電池中常見的化學成分：

電池化學	平台電壓（V）	能量密度 (Wh/kg)	典型循環壽命	重量影響	運行時改進
LCO（鋰鈷氧化物）	3.7	150-200	500-1,000	亮	長
NMC（鎳錳鈷）	3.7	180-220	1,000-2,000	亮	長
LiFePO4（磷酸鐵鋰）	3.2	90-160	2,000-5,000	中度	中度
LMO（鋰錳氧化物）	3.7	100-150	300-700	亮	強化-
LTO（鈦酸鋰）	2.4	70-80	5,000-10,000	重	強化-
固體狀態	3.7	250-350	1,000-10,000	亮	長
鋰金屬	3.7	350-500	500-1,000	亮	長

有關可持續能源和電池化學的更多信息，請參閱我們的可持續發展方法.

2.2 安全與生命週期

在為便攜式或生物醫學設備選擇電池時，必須優先考慮安全性和生命週期。微型電池，尤其是鋰離子和鋰離子聚合物電池，如果管理不當，可能會帶來風險。

熱失控可能因過熱而引起火災或爆炸。
不正確的充電，尤其是使用非原廠充電器，會增加故障風險。
環境條件（例如極端溫度）可能會導致膨脹或開裂。
製造品質差可能會導致短路和電池損壞。
鋰離子電池含有可燃成分，可能造成火災危險。

您可以透過使用可靠的電池管理系統來降低這些風險（BMS)、選擇高品質的可充電電池組，並遵循安全運輸和使用指南。鎳氫電池能夠更好地防止熱失控，因此在某些應用中是更安全的選擇。

微型電池的生命週期因化學成分和應用而異。下表總結了主要差異：

電池類型	化學	電壓	容量	尺寸範圍	應用領域
鋰離子	LCO、NMC等	3.7V	200–1200毫安培時	10440年到18650年	智慧型手機、醫療、電動車
鎳氫	AB5合金	1.2V	600–2500毫安培時	AAA 至 D	可充電家用、工業
羈扣電池	多種	1.5V	有限	LR44、CR2032、CR2025	醫療、穿戴式裝置、小型電子產品

負責任的採購，請參閱我們的衝突礦產聲明.

2.3 用例

微型電池為各行各業的各種便攜式設備供電。它們廣泛應用於穿戴式裝置、醫療設備、物聯網感測器和工業顯示器。下表重點介紹了一些關鍵用例：

行業領域	用例描述
穿戴式	為健身追蹤器、智慧手錶和健康監測器提供動力，以持續收集數據。
Medical	對於起搏器和藥物輸送系統等設備在體內可靠運作至關重要。
物聯網	用於環境感測器和智慧農業設備的遠端操作和數據傳輸。
工業	在具有挑戰性的環境中支援工業監視器和便攜式通訊設備。
消費者	利用輕巧、高容量的電池，為無線耳機和相機等小型裝置供電。

柔性電池在穿戴式醫療設備（例如智慧手錶和用於健康監測的生物感測器）中大有裨益。可拉伸電池可支援工廠中的軟體機器人和工人安全監測器。健身手環也使用這些電池，以提高舒適度並延長使用壽命。

微型電池為便攜式和生物醫學設備帶來了新功能。您可以將其用於藥物分子釋放、心臟去顫和微型機器人能量輸送。生物相容性確保電池與生物組織的安全相互作用，而生物降解性則允許電池使用後安全處置。遠端控制功能可實現微創手術的精準操作。

2.4 便攜式生物電池

便攜式生物電池技術正在徹底改變生物醫學和片上設備的格局。您可以使用微型生物電池為藥物釋放系統、心臟去顫器以及用於微創手術的微型機器人供電。這些生物電池具有生物相容性和生物降解性，使其成為醫療植入物和臨時裝置的理想選擇。

應用類型	產品說明
藥物釋放	能夠以生物相容的方式控制藥物的釋放。
心臟去顫	為心臟治療中的除顫提供電源。
微型機器人	為微創手術的小型機器人設備提供動力。
移動能源載體	結合磁性粒子來有效傳遞能量。
無線心臟治療	證明了在動物模型中治療心律不整的潛力。