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三星Note7“爆炸门” 最让人信服的技术分析

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发表于 2018-10-29 15:49:50 | 显示全部楼层 |阅读模式

在全球范围内,“一言不合就爆炸”的三星Galaxy Note7手机,终于得到了阶段性的处置结果。

2016年10月11日,韩国三星电子公司发布公告称,将暂时停止销售和更换该款手机。当日,三星电子股价收盘下跌8%,为2008年金融危机以来最大跌幅,致使三星公司市值缩水约170亿美元。

同一天,中国国家质检总局缺陷产品管理中心在官方网站发布消息称,三星中国向国家质检总局备案了召回计划,决定自10月11日起,召回在中国大陆地区销售的全部三星Note7手机,共计190984台。

在中国市场,三星Note 7也已全部下架,目前三星官方商城、京东、天猫、苏宁等电商渠道均已无法购买。

此前一天,韩联社援引三星电子公司一家供应商的表态报道称,三星电子公司决定暂时停止生产Note7手机。

这场噩梦始自8月24日,韩国发生首起爆炸事件,到10月10日,47天间,Note7从“明星手机”,跌落为令三星公司蒙羞的“问题手机”。从最初的不重视,到在美国市场换机、召回,然后在中国大陆召回,最终停止生产,三星公司始终没有向消费者详细说明,Note7的症结到底在哪里,为何会频频发生燃烧、爆炸事件?



佛罗里达州一辆汽车因Note 7充电爆炸导致焚毁

行业内的专家,只能依靠经验,与Note7供应链中的供货商,一起来猜测爆炸的源头。

Note7电池中的隔膜被首当其冲“揪出”,这也是三星公司至今为止唯一承认的缺陷。然而,多位电池行业与材料学专家可不这么看,他们在接受记者采访时,给出了更多的可能“元凶”。

三星公司欠公众一个详细的说法。毕竟,“爆炸”、“燃烧”这样的词汇出现时,足以扼杀一款消费品的安全问题,这是电子产品的底线。

“100万韩元的炸弹”

三星电子官网发布声明称,正与美国消费者产品安全委员会(CPSC)合作,调查近期报道的Note 7手机问题,并将要求所有运营商和零售合作伙伴在调查进行期间停止销售和置换Note 7手机,持有Note 7原始手机和置换机的用户应当关机,并停止使用。

在三星中国官网上,此前对Note7的“安全性”的介绍中,没有提及硬件可靠性,更多放在了信息的安全上。

“全新启用的虹膜识别功能,应用生物识别技术,强化了登录与认证的唯一性与不可复制性。而基于三星Knox的安全性解决方案,则通过多重加密与独立空间等措施。”47天的风云变幻,让这些“安全”文字已失去了意义。

8月3日,三星为新款旗舰手机Note 7手机在美国召开了风光的全球发布会,8月19日在美国上市,5天后,媒体公布了韩国发生Note 7首起爆炸事件,韩国媒体将Note 7戏称为“100万韩元的炸弹”。

首起事件并没有受到各方的重视,因为这可能是用户在给Note 7充电时,没有使用原装充电器,这也是日常生活中造成手机爆炸的一个重要原因。

随后,澳大利亚、美国相继发生多起Note 7燃烧、爆炸事件。在社交网站上,三星Note7果真印证了其官网上的宣传语“不止是手机”——在网络段子中,Note7被网民调侃成“炸弹”、“武器”。

三星公司终于坐不住了。9月2日,三星宣布召回全球范围内的三星Note7手机,共计250万台。此次召回中国地区除外,理由是中国区的手机电池与出事的电池不属同一批次。

9月8日,美国联邦航空管理局建议民航乘客,不要在飞机上使用Note 7手机,或是给它充电。中国、日本、新加坡、澳大利亚、巴基斯坦等国的交通运输部门和航空公司也纷纷对该款手机下了禁令:包括禁止开启电源与充电,也不接受托运等。三星电子当天创四年来最大跌幅,两个交易日市值蒸发约228亿美元。

六天后,为了防止事故再次发生,三星推送系统升级,限制Note7只能充电到60%电量,将电池密度保持在安全水准,防止电池短路引发爆炸。第二天,三星正式宣布召回约100万部该款手机。

“智能手机只用60%的电,相当于把跑车当电瓶车来使用。”中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员陈立桅在接受记者采访时分析,限制充电量只是权宜之策、应急措施,治标不治本。

最后的安全孤岛——中国大陆地区也“沦陷”。9月14日,在与国家质检总局执法司组织质检总局缺陷产品管理中心会谈后,三星中国公司向该局备案了召回计划,召回1858台测试体验机。

国家质检总局官网显示,此次召回的手机电池,在阳极与阴极隔离膜局部变薄,并且绝缘胶带未完全覆盖极板涂层的情况下,出现短路现象,导致电池异常发热,极端情况下可能发生燃烧,存在安全隐患。加拿大戴尔豪西大学教授、知名锂电池技术研究者杰夫·达恩(Jeff·Dahn)告诉记者,三星的工程师们肯定是已经知晓了爆炸发生的原因。

9月29日,三星中国公司就召回及燃损事件发表声明:经检测,可以确保在中国正式销售的国行版Note7的安全性与可靠性。此后,三星决定自10月11日起,召回在中国大陆地区销售的全部Note7手机,共计190984台。

国家质检总局统计显示,截至10月11日,在中国大陆地区已经发生20起Note7过热、燃烧事故。

真相始终没有告知公众

从韩国首炸到在中国召回全部产品,47天中,三星公司始终未向消费者详细说明Note7手机的问题。“三星公司并没有告知公众事情的真相,以我对锂离子电池工业的经验,当有问题出现时,我们总是能够判定原因所在,并能够纠正。三星公司应该对公众发布一份详尽的声明。”作为锂离子电池最早的研究与拓荒者之一,杰夫·达恩并不满意三星信息的披露。

然而,三星公司对详细的报告、原因调查三缄其口,截至记者发稿,三星未回复采访信息,也未答复记者的采访要求。

受损的手机绝大部分由三星公司自己收回,以至业内的专家也只能根据经验、三星公司的应对措施,与Note7供应商的只言片语来“按图索骥”。

隔膜,是被锁定的第一“元凶”。

手机电池内部由正极、负极、隔膜、电解液构成。电池正、负极之间的电解液,帮助离子在两极之间移动。隔膜的作用在于避免正负两极相互接触,隔膜一般是由聚丙烯或聚乙烯制造。

在隔膜生产中,会产生一些空隙、孔洞。美国康奈尔大学化学与生物工程系教授林登·亚契(Lynden Archer)接受记者采访时分析,正常生产中,隔膜中的小孔直径一般是20纳米到20微米。因种种原因,隔膜中的小孔可能被撕裂或刺穿成大孔,当发生撞击时,两个电极会在隔膜的大孔处接触,瞬间产生强大的电流,产生很多热量,从而导致手机电池燃烧,“隔膜中有大孔,导致正负极短路,那么这是一个很大的失败”。

隔膜中的小孔被撕裂或刺穿成大孔,可能是在隔膜的生产工艺中,存在不恰当的应力集中。

应力集中,是指物体中应力局部增高的现象,中科院电工所副研究员陈永翀接受记者采访时解释,一般出现在物体形状急剧变化的地方,如缺口、孔洞、沟槽,以及有刚性约束的地方,造成的后果是会使物体产生疲劳裂纹,也能使脆性材料制成的零件发生断裂。

在第二次召回信息发布中,国家质检总局在官网上的声明称,召回的手机电池,“在阳极与阴极隔离膜局部变薄,并且绝缘胶带未完全覆盖极板涂层的情况下,出现短路现象,导致电池异常发热,极端情况下可能发生燃烧,存在安全隐患。”

三星在美国更换的手机即替换掉了隔膜,这在一定程度上印证了行业内有关隔膜的猜测。

“绝缘胶带未完全覆盖极板涂层”的说法却令业内迷惑,因为这通常是一步常规工艺。陈立桅分析,“除非三星会在这个工艺上有所改进,否则一般不会出现问题。”

隔膜问题被确认,但是,业内专家并不认为这是导致爆炸的唯一问题,“一定还有别的一些原因。”杰夫·达恩说。

比如,手机电池中正、负极材料,若是某个工艺处理不当,会导致一些颗粒,刺破隔膜,造成短路;如果用低劣的电解液,也会起到推波助澜的作用。林登·亚契分析,“处于减少成本的考虑,一般电池厂商都使用便宜的电解液,而越便宜的电解液,沸点越低。本身手机电池就很紧密,正负极短路的时候产生热量,从而达到了电解液的沸点,导致电池燃烧。”

虽然现在Note7的电池嫌疑最大,但有可能电池与手机本身都有责任。甚至,在陈永翀看来,“电池的整体配方出了问题”。

当手机处于充电状态时,如果温度异常,手机自身的充电管理系统会切断电源、控制温度。一般手机电池都自带保护电路,防止过度充电。如果出现过度充电情况,电池会自动切断电源,即便手机还连着充电线。但如果保护电路坏了,过度充电带来的后果更加严重。过度充电时,导电颗粒聚集在电极上,刺破隔膜、电流可能会击穿电池电芯中的隔膜,使电芯中的正负极产生短路,造成高温高压而发生燃烧。

甚至可能是手机的整体设计出了问题。一名不愿透露姓名的业内专家告诉记者,Note7的综合性能比前一款三星手机高出很多,手机芯片很容易发热,如果芯片离电池很近的话,会造成电池迅速升温以致爆炸。而此前在美国,更换电池后的手机依然有爆炸事件发生,“更换的电池应该是没问题的,这就说明可能是手机的整体设计不合理”。

是的,“可能不止是隔膜的问题,也可能是制造工艺。我们现在还不清楚到底是什么导致爆炸的。电池燃烧也有别的原因,三星可能没有告诉我们所有消息,也可能他们的回答就是正确的。”林登·亚契表示。

三星公司欠所有用户一个说法,不能只说正在调查中,“最终的定论还是要三星方面给出”。陈立桅担心,三星公司可能会以公司机密作为借口,来搪塞舆论,最终不了了之。

要更安全,还是更高性能?

Note7曾被视为对抗苹果的iPhone7最有力的对手,现在,三星迫切需要推出一些有品质的产品来确保市场份额,这并不容易,当前手机技术、工艺、材料的挚肘,难以摆脱,

屏幕越大、功能越强大,就需要越多的能量,视频、游戏、音乐吞噬着手机的电量,消费者总希望电池续航时间越长越好,充电速度越快越好。厂商如何来满足这样的需求?

电池的主要原材料成本,包括活性材料、添加剂、电解液、隔膜等,其中锂和钴是比较贵的,处于风口浪尖的隔膜成本占比不是很大。电池容量是由正负极的材料决定的,当厂商选定好正负极材料的时候,电池的容量就决定了。

爆炸,更可能是厂家榨取现有电池技术的极限潜能的一个后果。“现在的电池结构、材料,很难突破电池高容量与安全性的兼容。”陈立桅告诉记者,如果只是改变材料,而还沿用固有的电池结构的话,能量密度越大,安全性越低。

在三星中国官网上,Note7电量介绍是:充沛的电量保障更持久的工作和游戏,Note7相比上一代Note,配备了更强大的电池,充电效率更高,速度更快。3500毫安时的电量,比上一代NOTE整整多出1/6。

竞争,直接加剧手机厂商对提升电池的容量、并减轻重量的诉求。这就需要减轻电池各个部件的重量,比如让隔膜变得更薄,改变正极的材料。压缩隔膜,曾经是提升电池容量的主要方法,现在隔膜已经被压缩到10微米左右。陈立桅告诉记者,隔膜越薄,要求的生产工艺就越高,同时相应的安全隐患就越大。

当隔膜这条路已被走至极致,那从正极材料下手是否可行?

电池容量是由正、负极的材料决定的。在同样负极材料的情况下,正极材料的电压越高,电池的容量越高。这说明当厂家选定好正极材料的时候,其生产的电池的容量极限就决定了,手机电池的正极材料一般是钴酸锂。林登·亚契分析,三星、苹果的电池技术大同小异,如果有区别,一般可能就是所用的正极材料不同。

改变正极材料也有难点,“如果我们用电压更高的材料做手机电池正极,理论上这种材料会更活跃,也更倾向进行化学反应,也更容易燃烧。”林登·亚契告诉记者。

现在,那些顶尖厂家已经能把电脑和手机中的锂电池基本做到接近能量的最大值,手机电池甚至能达95%电池容量。不过,中科院物理所研究员李泓接受记者采访时表示,电池的技术一直在不断进步,后续还将有固态电池等新的电池技术出现。

电池虽然很小,但是一个系统的工程。目前来看,一些新材料的应用方式更多是向已有材料中逐渐添加,在现有技术的基础上逐步提升性能。全新的材料体系虽然有可能使某些性能指标产生飞跃,但是会有安全性、循环寿命等众多问题需要解决,不像现有技术这么成熟。

“电池技术的发展需要兼顾安全性、循环寿命、充放电速率和能量密度,单纯追求提高电池的能量密度,而使其它性能指标低于产品使用要求,是过于激进的做法。”李泓说。



无论如何,三星不但需要思考如何重建客户的信心,正如韩国报纸社论称,“你不能以金钱来衡量消费者的信任”。作为世界顶尖手机企业,三星还应该考虑如何避免重蹈诺基亚的覆辙。

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