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• 鋰金屬的能量密度高，它的輕盈特性和高活性，使鋰電池在電子產品中得以發揮很好的效能。
• 自1980 年問世以來，鋰離子電池經過材料的調整和安全性提升，逐步應用於便攜電子產品和電動車中，至今仍持續發展。
• 鋰離子電池的散熱問題可能導致熱失控現象，進而引發爆炸與火災，這也是當今鋰電池技術面臨的主要安全挑戰。

今（2024）年6 月24 日，位於南韓京畿道華城市的「Aricell」鋰電池工廠，工作人員一如往常地驗收即將出貨的電池。正當他們以為一切妥當、準備走向下一批電池時，「嘶」的一聲，一陣白煙從眼前的紙箱竄出、直衝天花板。

工作人員被這突如其來的狀況嚇得後退、感覺事態不妙，便立即呼叫更多人手前來幫忙。這座工廠的鋰電池並不是手機或平板電腦所使用的可充電「鋰離子電池」，而是埋藏著鋰金屬、僅能放電而不可充電的「一次性鋰電池」，因此必須視為金屬火災來處理。然而在這座充斥著鋰金屬的工廠中，卻只配備一般可燃物火災時可使用的乾粉滅火器，即便消防煙霧快速的覆蓋了起火處，火花依然迸裂而出。火勢隨即蔓延到更多電池上，並在不到一分鐘的過程中完全失控，最終導致23 人罹難。

雖然這起事故的起因是一次性鋰電池，但每年鋰離子電池的爆炸、起火的意外也不遑多讓。既然鋰電池一不小心就有可能威脅人身安全，為何大家依然如此執著，不尋找替代材料呢？一切原因就在於鋰擁有卓越的「能量密度」（energy density）。

掌握能量密度就等於掌握輕薄短小

如果我們形容某個電池材料具有很高的能量密度，那就意味著它像是鋼鐵人胸前的方舟反應爐，只需小小一顆就可以維持很長的工作時間。而鋰金屬不僅具備高活性、善於分享電子、容易創造較高電壓環境等特性，還有著所有金屬元素中最輕盈的原子量。如此優勢讓鋰成為高能量密度的代表，也令電子產品得已實現「輕薄短小」。這麼多無可取代的優點，讓人們無法捨棄鋰電池，只求創造出「更安全」的鋰電池――無論是一次性鋰電池或鋰離子電池。

一次性鋰電池聽起來或許有點陌生，畢竟大家普遍會認為，鋰電池應該是可充電的（又稱二次電池）。但其實它的應用非常廣泛，還可以根據不同的電極材料展現出不同特性。

電池的本質是氧化還原反應，負極（陽極）在放電時丟出電子、正極（陰極）則接收電子。如果元素也可以做MBTI 測試（Myers – Briggs TypeIndicator）〔註〕，那麼鋰金屬百分之百是個很「E」（extraversion）的元素――它個性活潑、喜歡送電子給別人，適合扮演負極的角色。但活潑如鋰，當面對不同的正極材料時，它的負極在放電、丟出電子的傾向還是會有高低之分。因此可以根據應用場合調整正極材料，進而改變電池的續航力、電壓、工作溫度等各種參數，一次性鋰電池的多元性便是從此而來。

〔註〕近年風靡全球的性格測驗，也被稱為「邁爾斯布里格斯性格分類法」。該測驗依據不同結果將人的性格分成16 型，而這16 型人格則以四大性格象限中的能量來源（Introversion- Extraversion, I/E）、認知方式（Sensing-iNtuition, S/N）、決策依據（Thinking-Feeling, T/F）、處事態度（Judging-Perceiving, J/P）作為評定指標。

究竟是「鋰電池」還是「鋰離子電池」？
雖然我們常將手機、平板電腦這類可充電的鋰離子電池稱為「鋰電池」，但這樣稱呼其實並不準確。我們可以在搜尋引擎中輸入「手機鋰電池」來搜尋圖片，只要放大一看就會發現，電池外觀的字樣其實是「Liion Battery」也就是「鋰離子電池」。之所以說不夠準確，可不是在挑語病，因為鋰電池之於鋰離子電池，並不像是「B 群」之於「維生素B 群」，只單純因為懶惰而縮寫。當我們只講鋰電池的時候，實際上指的是另一種「一次性鋰電池」。而今年造成南韓工廠重大慘案的元兇，正是這種一次性鋰電池，而非鋰離子電池。

十年如一日的一次性鋰電池

常見的鈕扣電池就是鋰金屬與二氧化錳的組合，又稱鋰錳電池。由於鋰金屬的高能量密度，讓電池得以做成扁扁、小小的模樣，且在提供穩定電流的同時還具有長效的續航力。此外，鋰錳電池還有低自放電的特性，不像一般乾電池放久了不使用就會掉電，因此非常適合使用在一小型電子設備中，像是遙控器、掌上型遊戲機、計算機等。而造成南韓這場惡火的電池，則是鋰金屬與亞硫醯氯（thionyl chloride, SOCl2）的組合，又稱鋰亞電池。這種一次性鋰電池除了「貴」這個唯一的缺點之外，基本上可以視為鋰錳電池的加強版――它的能量密度提升至2.5 倍，保存時間提升至兩倍，且具有更寬廣的工作溫度。因此在一些專業度更高、不能出錯的場合，例如航太、軍事領域，又或是工業自動化的偵測器上都有它的舞台。

鋰離子充電電池的誕生？

在電池的發明史上，一次性鋰電池其實登場得較早。雖然當時也不是沒有可充電式的電池，但人們不禁想像，要是鋰電池也可以充電，成為能夠重複使用的高性能電池該有多好？……【更多內容請閱讀科學月刊第660期】