SamsungNote7电池为何爆炸?

2024-05-02 239

近期Samsung 由于Note7电池爆炸事件，宣布在全球范围召回Galaxy Note 7，引起轩然大波，让Samsung在财务及商誉都蒙受极大损失。锂电池虽然普遍使用于3C产品上，但其不安定化学特性问题让锂电池的安全性总是备受质疑。不管是手机、平板电脑、行动电源、笔记型笔电、电动滑板车、飞机..都有锂电池所导致层出不穷的安全事故。

虽然三星这次在Note7全球召回上展现极大诚意，不过再大的诚意也敌不过嗜血成性的商场斗争与因陌生产生恐惧的人性，有关三星手机因电池安全疑虑的各式落井下石或投鼠忌器的报导不断，也出现一些零星贪婪行为(如故意将手机毁损换新机…)。锂电池发生爆炸意外的原因其实很多，包括电池内部/外部短路、电池被穿刺或折弯、过度充电..等等(详见这里) ，由于相比前几代Note与S系列产品，Galaxy Note 7的设计与采用的主要零组件并没有明显的不同，根据目前三星官方说法及事证来看，八九不离十就是三星SDI 所产制的锂电池蕊品质有瑕疵导致内部短路所致。

虽然三星将矛头指向三星SDI电池品质问题的说法信者恒信、不信者恒不信，以下纯就版主的观点来探讨为何这次Note7的电池为何会发生内部短路酿下这场灾难:

三星电池爆炸

图片来源 : 网络

1. 锂电池蕊为何会内部短路:

锂电池的基本构造上主要是包含电极 (正、负极)、电解液、隔离膜及罐体等四大部分。锂电池两端分为正负两极，中间装着电解液，电压流经电解液，将锂离子从一端带到另外一端，这就是充电(正到负)与放电(负到正)的过程。

三星Note7这次所使用的锂电池称为锂高分子电池(Lithium Polyme Battery，俗称锂聚合物电池)，由正极极板(铝)与负极极板(铜)与隔离膜所卷绕而成，导电柄正极为铝、负极为镍，外壳以铝箔冲壳封装而成。

锂电池结构

图片来源 :宏濑科技

锂电池的电池蕊发生内部短路的原因通常有二:

A. 厂商工艺控制不力:

生产与品质技术不到位的锂电池厂商，容易发生如如浆料分散、C/A比离散性、温度控制、湿度控制(水)…工艺控制不力就容易发生内部短路问题。尤其，因充电中的高活性锂碳化合物对水非常敏感，若除湿做得不好，将会产生化学反应产出气体将会造成电芯内压升高，导致电池蕊膨胀。另外，若封装时让灰尘等异物跑进去锂电池罐子的电解液内或是让锂电池在高湿高温环境下导致锂分子发生异常化学变化，就有可能发生内部短路。’

B. 隔离膜品质不佳或破损:

隔离膜是位于两个正负极之间，做为隔离电极，除了要让电离子可自由通过外，也要避免两极上活性物质直接接触，以免内部短路。目前的商业用的锂电池隔离膜大多采用多孔性高分子膜，孔隙率约40%，膜厚约20um，成本约占锂电池蕊Bom成本的15%。当电池出现不正常高温时，多孔性高分子膜由于其结晶态与无型态之间的密度差，在软化点温度开始收缩，关闭原先作为离子通道的细孔，避免温度持续升高导致爆炸，可以说是锂电池安全性的关键零组件。

根据三星官方说法，Note 7电池爆炸事故是三星SDI制造方面出问题，因为“一个非常罕见的制造过程失误”导致电池内正、负离子相接触而造成电池自燃”。换言之，Note 7电池爆炸事故的主因目前是被归咎在于电池蕊的隔离膜因一个罕见的制造失误让其无法有效在电池不正常高温下关闭而发生自燃事故。

电池隔离膜

图片来源 : 网络

2. 为何是三星SDI生产的Note7锂电池出问题?

这次被指为Note7锂电池自燃罪魁祸首~Samsung SDI(韩国三星SDI；006400.KS)创立于1970年，主要生产锂离子电池、汽车电池、液晶面板零组件及太阳能面板，三星电子是大股东，持股19.58%。三星SDI虽然早期是以面板为主，近几年在三星集团扶植之下，在锂离子电池的销售表现非常亮眼，2015年的全球市占高达30%。换言之，Samsung SDI 在锂电池产业算是响当当的厂商，但为何会犯下电池内部短路这种大厂罕见的大失误呢? 版主推测有以下原因:

A. 三星SDI可能在高分子锂电池的制造技术不够纯熟:

虽然Samsung SDI 在传统的锂离子电池(18650圆柱形锂电池/角形锂电池)销量居全球之冠，但在高分子锂电池(锂聚合物电池)的供应产能占比只有11%，落后ATL（新能源科技）、Sony，居第三名。根据EnergyTrend 统计，2011 年全球智能手机高分子电池使用占比仅约 35%，但2016 年已高达 70%。为扶植Samsung SDI 在高分子锂电池的势力，三星首次让Samsung SDI 担大纲，承接Note 7高分子锂电池的60%供应。

“推测“Samsung SDI 在高分子锂电池的产制经验仍不足，为满足Note7销售热潮，拼命赶工下加上可能没有将电池蕊置放25天以上以让锂分子安定后才能出货，导致发生“一个非常罕见的制造过程失误”导致电池内正、负离子相接触而造成电池自燃”。

图片来源 : EnergyTrend

B. 三星Note7电池的能量密度过高，提升电池的不安全性:

由于近年来手机锂电池为了满足长时间的使用需求，能量密度不断提升，市场主流已超过680Wh/kg，能量密度甚至超过发展时间更长的笔电锂电池产品，因此大大增加电池安全性的疑虑。根据目前主流的5.5吋~5.7吋智能手机，相较于其他品牌大都使用3,000mAh左右容量的锂电池，Samsung 自Galaxy S7以后的旗舰机都使用更高能量密度(3,500~3,600mAh)的锂电池。由于越高能量密度的锂电池技术层次越高，”推测“SDI在高分子锂电池的产制技术不足下，为了跟上ATL所能提供的容量规格，可能牺牲隔离膜的厚度或是让正负极极版的位置过于接近所致。

由于手机越来越薄型化的设计，加上防水功能及快速充电的功能越来越受欢迎，让电池与机壳之间的安全间隙变得越来越小，即使电池蕊本身加了多重防护措施，随着高分子锂电池因充电而膨胀，有可能挤压到电路板与其他零件，造成手机内部电路的短路或电弧产生而引起电池与手机一起燃烧的危险。相较于Apple 在历代iPhone所采用锂电池容量提升上异常保守，三星则偏爱在其旗舰机使用能量密度较高(容量较大)但安全风险较高的锂电池。

规格提升与安全有时像鱼与熊掌无法兼得，提醒三星要记取Note7惨痛教训，对于使用高于业界水准以上的能量密度较高锂电池一定要有所有敬畏，不再一味要求兼顾电池价格与能量密度的表现，否则三星手机电池易爆炸的刻板印象将挥之不去。

三星Note7电池爆炸事件让三星付出了惨痛的财务与商誉的代价，也让大众再次唤醒对锂电池使用安全的重视。锂电池虽然一直有安全性的疑虑，但只要经过合格工厂并通过安全检测规格的锂电池，安全其实是无虞的。多数锂电池的安全事故仍是外部过度充电与外部短路所引起居多，这次锂电池因制造疏忽导致发生内部短路造引发电池自燃或爆炸算是较罕见的案例。

借镜三星Note7的惨痛教训，希望各手机大厂切记:“【电池成本】诚可贵、【能量密度】价更高，若为【安全】故，两者皆可抛! ”

2018-01-16 01:44:00