電池安全問題是懸掛的達摩克利斯之劍
資料來源：網(wǎng)易科技、深藍DeeperBlue 、品玩
編撰整理：iot101君
物聯(lián)網(wǎng)智庫 整理發(fā)布
轉(zhuǎn)載請注明來源和出處
------ 【導讀】 ------
Note 7炸機近半年之后，三星終于公布了原因，還是我們都知道的......電池、電池、電池！
（文章后附三星韓國說明會全程實錄）
在Note7宣布停產(chǎn)三個多月之后，三星終于在今天上午9點官方正式公布Note7自燃原因。
說實話，iot101君一臉興奮的坐在電腦前瀏覽消息，等著三星告訴大家其實他們是在背地里秘密研究軍火，結(jié)果看完發(fā)布會后一臉失望，還是老生常談的電池問題啊......
三星電子無線事業(yè)部總裁高東真（DJ Koh）表示：燒損事故主要是由于負極板受到壓迫所致，而負極端錯誤的位置等其他因素也提高了事故發(fā)生的可能性。
圖：鞠躬道歉的Koh
為什么說這個理由毫無驚喜呢？因為在爆炸剛發(fā)生的時候，三星就說了：由于制造工藝失誤，電池的陰極和陽極相接觸，導致電池芯過熱從而引發(fā)爆炸。同期也有很多人做了技術(shù)解析，從今天的發(fā)布會來看，完全就是三星找了一堆專業(yè)機構(gòu)做了一堆專業(yè)檢測然后證實了大家的猜測。
電池設(shè)計有問題！電池組裝有問題！！電池制造也有問題！！！反正就是電池的大問題！
電池安全問題是懸掛的達摩克利斯之劍
無論是移動互聯(lián)網(wǎng)時代的手機，還是物聯(lián)網(wǎng)時代的可穿戴設(shè)備，都需要電池供電，一旦發(fā)生安全問題，會直接對人身造成傷害。
鋰電池因為種種優(yōu)勢，一直備受青睞，但是其安全性始終是一柄達摩克利斯之劍，懸在人們的心頭。
爆炸一次不可怕，連續(xù)爆炸才可怕。其實三星Note 7爆炸的同期，蘋果的手機也炸了，甚至特斯拉也炸了。
2015 年年末，特斯拉還忙著統(tǒng)計去年全球交付總量達到 50,580 輛的傲人成績的時候， 1 月 1 日挪威一輛 Model S 充電時突然起火——所幸車內(nèi)無人。
為什么鋰電池容易爆炸？我們先看一下鋰電池的解剖圖：
普通的鋰離子電池由正極、負極、電解質(zhì)、隔膜組成。鋰離子在正負極之間來回“奔跑”，完成充放電的過程。有了電解質(zhì)，鋰離子才能 “奔跑”。正負極之間用陶瓷或者其他聚合物制成的隔膜隔開，電池的正負極因此避免了直接接觸。
安全隱患就在這個隔膜上。一旦高壓、過熱，隔膜很容易被穿破，導致正負極接觸，造成內(nèi)部短路。據(jù)《科技日報》報道，三星為了提升電池的能量密度、延長續(xù)航能力，采用了更薄的隔膜材料，所以才會事故頻出。
想想看，一輛特斯拉需要使用 7000 多節(jié) 18650 型號鋰電池，只要其中一節(jié)出了問題……
只有一個改變才可以徹底解決問題——把液體的電解質(zhì)換成固體的。
固態(tài)電解質(zhì)能讓電池正負極永不接觸。即使發(fā)生過熱情況，固態(tài)電解質(zhì)只是熔化成絕緣體，溫度下降后又能恢復成固體，不會分解出氣體和多余的熱量。
如果一個鋰電池，換成固態(tài)電解質(zhì)，它就叫做 “固態(tài)電池”。
人類在固態(tài)電池上探索的道路至今已經(jīng)有六十多年。最先生產(chǎn)出來的固態(tài)電池，不是那種厚厚的、或者圓圓的，而是像一層薄膜一樣。
2008 年，美國的 Infinite Power Solutions （IPS）公司推出了一種全固態(tài)薄膜電池。它只有一個指甲蓋大小、兩張紙厚，15 分鐘就能充到 90% 的電量，可充放電 10 萬次，使用至少 15 年。由于是全固態(tài)，這種薄膜電池可以隨意彎折，在 -40℃ 到 85℃ 溫度范圍、甚至水下一千多米都能安全使用。
2015 年， Infinite Power Solutions 公司被蘋果收購，開始研究用于可穿戴設(shè)備上的固態(tài)電池。可以想象，如果蘋果手表用上固態(tài)電池，就能解決續(xù)航時間以及體積問題了。
這種薄膜形狀的固態(tài)電池，在微型電子器件市場上應用廣泛。世界范圍內(nèi)，有十幾家公司擁有薄膜電池的專利，除了上面提到的兩家，還有法國 Bellcore、美國 Cymbet、臺灣輝能科技、俄羅斯的 GS Nanotech 等。
圖：俄羅斯公司 GS Nanotech 生產(chǎn)的柔性薄膜鋰離子電池
但薄膜電池生產(chǎn)成本實在太高。它需要利用一種叫做氣相沉積的技術(shù)，所用設(shè)備動輒上百萬。如果將薄膜電池用到手機上，一臺蘋果能賣到 100 多萬。
另外，因為電極是薄膜，薄膜電池能儲存的能量很少，別說電動車了，手機需要的電力都供不上。
更多人把目光投向了大容量的非薄膜型固態(tài)電池。但非薄膜型的電池，目前技術(shù)還不是很靠譜。
瓶頸主要有兩個：一是固態(tài)電解質(zhì)離子電導率太低，也就是鋰離子在固態(tài)中“奔跑”得慢，而電池是靠鋰離子在正負極間奔跑來實現(xiàn)充放電的，所以這意味著電池充放電慢。二是固電解質(zhì)和電極接觸得沒有液態(tài)和電極接觸好，導致界面電阻太高，這會顯著降低電池性能。
絕大部分廠商，包括中國新能源科技（ATL）（也就是給Note 7提供了30%電池的那家），只是在隔膜上涂一層聚合物將隔膜與正負極粘接在一起。
三星韓國說明會全程實錄
看完了科普，iot101君相信你心里已經(jīng)有數(shù)了，然后我們再來重點看一下三星的這次說明會。
聚焦一：電池問題是Note7爆炸的唯一原因么？
回應：從結(jié)論上來看，Galaxy Note7燃損的原因就在于電池。三星就Galaxy Note7電池設(shè)置了規(guī)格和標準，而這種電池在設(shè)計與制造過程中存在的問題，三星未能在Note7發(fā)布之前發(fā)現(xiàn)和證實。
聚焦二：三星將拿出怎樣的對策來避免問題重現(xiàn)？
回應：三星制定了“8項電池安全檢查措施”、產(chǎn)品規(guī)劃階段采用“多層安全措施協(xié)議”、并組建“零部件專業(yè)團隊”，同時，三星為客觀地評估安全問題，組建來自學界、業(yè)界的專家顧問團隊。
同時，三星也聯(lián)合了美國保險商實驗室（UL）、Exponent實驗室以及德國萊茵TUV集團等業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的第三方機構(gòu)也應三星的委托，針對Galaxy Note7事件原因的可能性展開了客觀、公正、獨立的調(diào)查。
將目光放到本應在MWC發(fā)布而又推遲的三星Galaxy S8，當Note 7成為過去時，那么問題來了：即將到來的三星S8，你還會買賬么？
以下為發(fā)布會實錄，為方便閱讀，有刪減：
三星電子無線事業(yè)部總裁高東真（DJ Koh）對爆炸事故原因的發(fā)言：
接下來向各位說明一下我們對事故原因的調(diào)查分析結(jié)果。為了找出燒損原因，我們對所有可能導致發(fā)生Note 7燒損的假設(shè)做了逐一的排查并進行了綜合、全面的調(diào)查。為了觀察類似事故是否和快充電有關(guān)聯(lián)，我們在有線和無線充電模式下觀察了使用快充和不適用快充模式下的情況，同時我們也使用了不同的快充電流和電壓進行測試。為了確認是否受到了防水功能的影響，我們對有后殼和無后殼的手機反復進行了充電、放電測試。
我們?yōu)榱伺袛嗍欠裼泻缒ぷR別功能的影響，仔細觀察了啟用虹膜識別功能時候的電流的表現(xiàn)，是不是有USB的影響，對USB端口進行了4000伏特以上的電流測試。此外，為了觀察是否有應用軟件的影響，我們不僅針對預裝的軟件，第三方應用進行耗電測試，而且也測試觀察了應用軟件運行錯誤導致的過耗電現(xiàn)象，在以上所有測試過程當中，均未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象或事故的關(guān)聯(lián)性。除了產(chǎn)品本身以外，我們還對零部件的驗證、生產(chǎn)、物流等所有流程環(huán)節(jié)進行了全面調(diào)查，我們檢查了從電池入庫組裝到整機出廠的生產(chǎn)和物流的全過程、全環(huán)節(jié)，同時從物流角度檢查了包裝、搬運、倉儲等可能影響電池和整機狀態(tài)的諸多因素。
調(diào)查結(jié)果顯示沒有異常現(xiàn)象或者事故關(guān)聯(lián)性，但是為了進一步確保產(chǎn)品的品質(zhì)，我們確定了產(chǎn)品安全強化方案，有關(guān)防護措施向后會做詳細的說明。另外，我們?yōu)榱嗽佻F(xiàn)市面上發(fā)生的燒損現(xiàn)象，投入了700多位研究人員和工程師，經(jīng)歷了數(shù)個月的時間對20萬部的整機和3萬只以上的電池做了測試。在模擬用戶實際使用環(huán)境下對Note 7整機和電池進行了充電、放電測試，測試結(jié)果顯示，整機和電池都出現(xiàn)了相近比例的燒損現(xiàn)象，因此我們推斷電池發(fā)生燒損。基于這樣的判斷，我們對電池做了精密的分析。在闡述電池檢測分析結(jié)果之前，首先介紹一下鋰電池的基本結(jié)構(gòu)。
鋰電池由正極、負極以及分割正負極板的隔離膜組成，這三種組件以卷繞的粉飾形成卷芯，通常情況下電池芯內(nèi)部的短路現(xiàn)象發(fā)生在卷芯里面的隔離膜受損而使正極板和負極板直接接觸的時候。
針對發(fā)生燒損的電池進行精密檢測分析結(jié)果可以確認，第一次召回的A電池和第二次召回的B電池所呈現(xiàn)的現(xiàn)象不同，A電池就像CT圖可見的那樣，卷芯有上端的角落均出現(xiàn)擠壓現(xiàn)象。分析結(jié)果顯示，燒損事故主要是由于負極板受到壓迫所致，而負極端錯誤的位置等其他因素也提高了事故發(fā)生的可能性。
圖：A電池
像B電池我們在接觸正極端的負極板上發(fā)現(xiàn)銅箔熔化的現(xiàn)象，這是事故的源頭。主要原因可以確定為超聲波焊接正極材料過程中產(chǎn)生的焊接毛刺引發(fā)電池內(nèi)部的短路，過大的焊接毛刺容易穿破絕緣膠帶和隔離膜接觸到負極材料引起短路現(xiàn)象，甚至一部分電池還發(fā)現(xiàn)沒有使用絕緣膠帶。
圖：B電池
下面，我們將分享第三方專業(yè)機構(gòu)的分析結(jié)果。外部的專業(yè)機構(gòu)他們各自獨立展開了調(diào)查，下面我要向大家介紹一下調(diào)查的專業(yè)機構(gòu)。美國保險商實驗室（UL）、Exponent實驗室以及德國萊茵TUV集團等業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的第三方機構(gòu)應三星的委托，針對Galaxy Note7事件原因的可能性展開了客觀、公正、獨立的調(diào)查。
關(guān)于第三方分析機構(gòu)的發(fā)言，大家如果不想看就別看了，總結(jié)一下就是：我們再來證實一遍上面高東真說的都對~
第三方質(zhì)檢調(diào)查機構(gòu)UL發(fā)言:
我們作為三星的獨立第三方測試機構(gòu)，對Note 7設(shè)備和電池進行了一系列的測試，對A公司我們進行了兩個階段的測試，第一階段是現(xiàn)場事件樣本分析，其中我們拆解和檢查了10個損壞的Note 7設(shè)備。位于A公司的第二故障分析我們進行了電池安全邊界故障分析，我們研究了110個A公司電池在各種濫用條件下的電池故障機制，以識別潛在的電池安全問題。
下面是我們對A公司進行的第一階段的主要調(diào)查結(jié)果，在6個受損設(shè)備的電池的右上角存在內(nèi)部短路跡象，并且我們還在四個膨脹電池的右上角發(fā)現(xiàn)了內(nèi)部短路。對第二階段我們進行了30個電池的CT掃描并拆分了20個電池，我們發(fā)現(xiàn)小的異常如小空隙氣泡樣的不均勻的地方，右上角還發(fā)生了變形，看起來比左上角的變形更深。最后拆解分析結(jié)果顯示，在隔離膜角落區(qū)域反復變形，基于對A公司電池的分析結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)組裝或制造工序上的問題，以及來自電池的問題交叉發(fā)生，來自制造或組裝的問題涉及在右上角處的變形。另外來自電池設(shè)計上的問題看似來自于隔離膜變薄的原因，這產(chǎn)生了更大的缺陷。
電池是我們對A公司和B公司分析之后再次適用的，對B公司的電池調(diào)查結(jié)果顯示，兩極的接片的接合的制造過程中造成的缺陷，所以不僅給電池帶來了影響，而且也發(fā)生了熱失控的問題。
接合的缺陷是兩極接片與兩極的連接裝置相連接的超聲波的接合是有關(guān)聯(lián)的，也就是說和接合部是相關(guān)聯(lián)的，我們可以看到這個高度是80微米，這個長度會受到絕緣的膠帶和隔離膜以及應急活性物質(zhì)涂層的厚度來決定。在調(diào)查的時候也看到了有一些缺乏保護，甚至是沒有保護的膠帶，這可能是制造工藝上的一個問題。這樣會造成短路的可能性增高，陽極和陰極的接合損傷問題是一個內(nèi)部的缺陷，損傷的情況是和接合有關(guān)聯(lián)的，而且電池內(nèi)部的壓力過高，因此接合點一直擠壓到的陰極板。從這樣的情況來看，陽極板和反方向的陰極板的接合而造成短路發(fā)生。
檢測機構(gòu)EXPONENT發(fā)言：
我們進行了破壞性試驗，對未使用的新終端進行了測試，并對鋰電池之外對note7能源儲存進行了分析，我們發(fā)現(xiàn)，調(diào)查數(shù)據(jù)和原因一脈相通。
前面大家看到的接片下段接合部的二維和三維數(shù)據(jù)，紅顏色、接近紅顏色的時候，它的高度值就更高，看數(shù)據(jù)的話結(jié)合部分的話有問題的時候就比較尖銳。我們基于這樣的數(shù)據(jù)可以提出這樣的幾點，因為接合工藝問題而造成比較尖銳的突起，而且在充電、放電的時候極板的正常膨脹和收縮造成了結(jié)合部的突起更加嚴重，一直穿透到陰極板，還有，陽極板和陰極板用銅進行接合的時候造成短路。還有的可能是充電的時候造成失控。
除了對電池進行分析以外，我們也對于能源儲存系統(tǒng)進行了電子性分析，對三星的電子領(lǐng)域和第三方的充電包進行了分析，目的就是為了發(fā)現(xiàn)和燒損有沒有關(guān)聯(lián)。
通過調(diào)查結(jié)果顯示，三星Note 7的電池系統(tǒng)為了保護鋰電池設(shè)有多層的設(shè)計，而且這種設(shè)計是非常高的一種設(shè)計，所以說電池的保護回路網(wǎng)，甚至回路網(wǎng)的規(guī)格超出三星和第三方可能會發(fā)生問題的規(guī)格，所以說最重要的是Note 7的電子裝置對兩家電池公司的電池問題沒有影響。
第三方檢測機構(gòu)TUVRheinland發(fā)言：
我們作為獨立的第三方機構(gòu)，為企業(yè)提供檢測技術(shù)體系服務和產(chǎn)品，我們的檢測以國際公認的標準或者是國內(nèi)、國際法規(guī)為基礎(chǔ)的。我們的分析、工作的范圍是檢查、物流系統(tǒng)中與電池安全相關(guān)的具體因素。并檢測影響三星電池、EB、BG、935AVA五安全的相關(guān)要素。
關(guān)于物流評估結(jié)果如下，從中國到越南的運輸過程當中的環(huán)境和機械運力，為了了解這一點，我們通過原始運輸條件下準備兩個托盤的電池類型來測量，這里我們主要測量的內(nèi)容包括溫度、濕度、加速、地理位置，建立測試模式，以在實驗室環(huán)境中模擬實際運輸條件。為了評估高或低溫度、濕潤引起的運力，開發(fā)了復雜測試模式，符合一年四季當中任何氣侯條件下的環(huán)境。
為了驗證結(jié)果我們測試了500個電池的樣品，此外，我們根據(jù)UL38.3以及IEC62133來進行測試，我們對象的電池通過了這個測試，為了驗證樣品，這些樣品是在五個供應鏈的地方配七的，我們的檢測標準和上面介紹的標準是一致的，此外從中國到越南的運輸路線中，抽取了150個樣片，根據(jù)上述標準測試樣品，此外有保護線路的電池，以熱暴露等方式進行了安全性實驗，在濫用條件和正常使用環(huán)境下的安全性已經(jīng)被驗證。
下面介紹一下我們的結(jié)論，越南手機的裝配線以及韓國主要的供應和工作站的工作現(xiàn)場的檢查和觀察結(jié)果表明，沒有發(fā)現(xiàn)任何軟弱點或者可能影響電池完整性的明顯威脅。有關(guān)進一步改進的建議已經(jīng)提交給三星，在電池制造商的倉庫和子裝配線的道路運輸之后，在電池的安全行為的可能調(diào)查表明，在安全評估之前，被測試的電池已經(jīng)通過了安全的要求。這些結(jié)果通過對多個地點采集的樣本進行測試得到正式。在中國、越南、韓國之間的物流采集的電池都滿足了上述的要求。
三星電子無線事業(yè)部總裁高東真（DJ Koh）對提高產(chǎn)品可靠性的發(fā)言：
我們分享了自己進行的分析結(jié)果以及外部專業(yè)機構(gòu)進行的分析結(jié)果，目前智能手機、多媒體應用已增多，所以，相應的電池使用時間也變得越來越長，同時又為了滿足攜帶的便利性設(shè)計也更趨于緊湊和纖薄。
特別是Note 7格外重視豐富的功能和多媒體使用體驗，因此，從產(chǎn)品的策劃階段開始大容量電池也就成為最主要的產(chǎn)品性能之一。Note 7與前一代相比較采用了更加緊湊的時間，同時電池容量提高到了3500毫安。
我們想盡可能地提高電池的容量，電池制造商為了滿足我們對電池性能的要求，在電池設(shè)計和制作工藝等方面做了新的嘗試。結(jié)論是，Note 7的燒損原因就在于電池。但是，為了做出具有革新意義的Note 7，由我們提出了手機電池性能目標，就像大家今天在發(fā)布會上所看到的那樣，我們在Note 7上市之前沒能夠最終確認，也沒能夠很好地驗證電池設(shè)計以及制造工藝方面存在的問題，這是我們的責任，我們也深感痛心。
三星電子今后將產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)品安全置于首位，特別是我們將吸取本次教訓，實施綜合的防范措施，要把研發(fā)生產(chǎn)和品控等所有流程的管理提高到一個新的高度。
首先我們要構(gòu)建品質(zhì)第一的經(jīng)營體系進行全方位的管理，從產(chǎn)品上市之前就加強了一個產(chǎn)品開發(fā)階段的檢測，同時構(gòu)建產(chǎn)品上市前期品質(zhì)保障體系，在組織層面上，我們將提高零部件開發(fā)專業(yè)能力，品控有關(guān)部門，新設(shè)核心零部件專業(yè)團隊，擴大引進更多的外部專家。
我們將導入更加完善的零部件生產(chǎn)全流程的八項電池安全檢查機制，在零部件環(huán)節(jié)上，電池制造商在出庫之前要采用X光檢測和電池抽樣拆解分析提高出庫檢測標準，我們也是在出庫之前要采取抽樣調(diào)查和X光檢查，在制造環(huán)節(jié)上，我們引入了特殊設(shè)備對電池內(nèi)部進行檢測，確認電池內(nèi)部的問題，事先檢測到像Note 7一樣的極低概率的事件。此外我們還會對電池和手機整機進行大量的充放電測試。在出庫環(huán)節(jié)上，為了提前監(jiān)測到產(chǎn)品上市以后可能發(fā)生的各種問題，模擬消費者的實際使用場景，集中進行產(chǎn)品測試。
另外，在電池入庫到手機成品出庫的全過程，提高安全管理，制定了相關(guān)的較完善的重點管理項目以及相關(guān)的處理標準，同時加強了工作人員的培訓。電池除了八項管理測試以外，我們還從產(chǎn)品策劃開始就本著安全第一的原則，啟用多重安全保障措施。在設(shè)計環(huán)節(jié)，我們要找到并完善所有對安全產(chǎn)生消極影響的因素，事先切斷危險可能性，提高安全標準。在產(chǎn)品設(shè)計方面我們也計劃采用可以進一步提高按照性的設(shè)計。
此外我們還將進一步加強軟件保護算法，為充電溫度、電流、充電速度更采用更加安全的算法。我們希望通過此次事件，不僅對我們也能夠?qū)φ麄€的行業(yè)成為加強鋰電池安全的一個契機，我們也將與業(yè)界積極共享我們的教訓，為行業(yè)整體提高安全性添磚加瓦。同時，我們也正在研究向標準機構(gòu)公開剛才我所介紹的多重安全裝置和檢測流程的方案，保障消費者能使用更加安全的產(chǎn)品。
