三星Note 7爆炸探因:你所不知道的电池材料的物理极限


Note7爆炸门最近动态:9月14日,中国质检总局网站公告称,质检总局与三星(中国)投资有限公司进行会谈后,三星向国家质检总局备案了召回计划,将自9月14日起召回1858台中国大陆地区受影响的Galaxy Note 7手机。美国ABC News报道称,佛罗里达州圣露西港市发生了一场汽车失火事故,而引发火灾的原因可能是已经于3月份上市的三星电子另一款旗舰智能手机Galaxy S7。虽然警方还在调查引发火灾的是否是Galaxy Note 7,但车主的妻子告诉ABC称,他丈夫使用的确实是Galaxy S7。在三星 Note 7 出现多次爆炸之后,美国多家航空公司已向三星手机发出禁令,禁止乘客在飞机上使用所有三星手机。中国民航局也于14日发声:提醒旅客不得在飞机上使用三星Note7或为其充电,不要将三星Note7放入托运行李中托运,不允许将三星Note7作为货物运输。从9月28日开始,三星将在韩国本土市场重新启动Note 7的销售。其他国家的销售重启将视情况而定。三星将为韩国的Note 7用户更换“没有电池问题”的新手机。与此同时,三星还计划发布软件升级,限制电池充电电量至60%。三星称,为了让消费者把新生产的Galaxy Note 7手机跟旧的问题手机区别开来,新Note 7的电池电量指示图标将变成绿色,而不是之前的白色。国外媒体近日撰文探究了三星Note 7电池爆炸背后的原因。文章指出,为了满足用户对更长续航的需要,三星将Note 7的电池容量从Note 5的3000mAh增加到3500mAh,反观苹果,iPhone 7 Plus的电池容量只有2900mAh,该公司增加电池续航的做法是通过优化软件和芯片设计。此外,三星旗下产品线普遍采用的快充技术,也在不断挑战电池材料和设计的物理极限,因此,Note 7电池发生爆炸并不是偶然的,是三星当初的一些决定所种下的恶果。

三星Galaxy Note 7

以下为文章全文:由于用户对更长续航、更快充电的电池产品的渴求,三星在这种压力下不断挑战锂离子电池技术的极限。当三星最新款手机Galaxy Note 7起火并发生爆炸后,这种努力就起到了适得其反的作用。 出现瑕疵的风险大增长期以来,如何开发出更好的电池产品,始终困扰着科技行业。智能手机的功能不断得到改进,屏幕更清晰,软件体验更好,而摄像头甚至可媲美专业相机的质量。然而,电池技术并未获得如此快速的改进,尽管也取得了一些进步,但电池衰减的速度仍然快于用户的预期,充电时间仍然很长。市场研究机构Gartner分析师马丁·雷诺兹(Martin Reynolds)表示,“各个厂商都在争相给手机增加新的功能和特性,这就要求手机配备更先进的电池。”除了市场对其性能的要求,电池也变得越来越轻薄,尺寸越来越小,因为智能手机厂商都试图利用更轻薄的设备赢得消费者的青睐。这就给制造流程带来进一步压力,同时也冒着出现瑕疵的风险,而这种瑕疵也可以导致我们今天在三星手机上看到的那种故障。由于配备先进的触控笔,加上独具匠心的双曲面屏幕设计以及更快的充电技术,Note 7原本被认为会从拥挤的智能手机市场杀出一条血路。今年8月份,三星在苹果新一代iPhone问世前推出了Note 7。这本该是三星超越智能手机市场最大竞争对手的良机,但是事与愿违。通常情况下,智能手机厂商和移动运营商会对产品展开严格测试,然后再送达消费者手中,虽然这一过程主要是为了确保新款智能手机与无线网络兼容。据知情人士透露,在Note 7正式发布之前,三星给予运营商一定时间进行测试。上述人士称,三星最早在4月份就向运营商展示了Note 7原型机,然后在5月份开始测试。另据知情人士透露,至少一家三星的重要合作伙伴目前正再次评估其测试流程,以求发现导致Note 7爆炸之类的问题。此人称,三星每周还与重要的运营商合作伙伴举行多次会议,讨论其调查的最新细节,帮助解决这一问题。 电池问题非智能手机行业所独有实际上,生产锂离子电池所涉及的问题,并不是智能手机行业所独的有。2006年,由于索尼制造的电池组存在发热问题,戴尔、东芝等电脑厂商生产的数百万台笔记本电脑被召回,而波音787“梦想飞机”在2011年首次交付使用后,不断遭受锂电池短路的问题。三星在回应这个问题的声明中称:“根据我们的调查,我们了解到电池存在隔离问题。一旦正负极接触,电池过热,就会导致非常罕见的制造流程错误。”三星手机部门负责人高东镇在宣布全球召回Note 7的新闻发布会上鞠躬道歉

三星正在努力解决这一问题。尽管只收到了近40起Note 7发生爆炸的报告,但该公司仍然计划更换250万部Note 7——召回行动最多可造成20亿美元的损失。本周三,三星在韩国主要报纸上登载了一则广告,对这一事件表示道歉。为了避免更多的Note 7发生爆炸,三星还将在9月20日发布一个软件升级,将电池充电容量限制在60%。三星表示,根据海外市场的不同,该软件升级在当地上线的时间也不同。Note 7的电池容量超过了前一代产品,可以存储3500毫安时的电量,而Note 5则为3000毫安时。相比之下,作为Note 7的主要竞争对手,iPhone 7 Plus的电池容量只有2900毫安时。尽管苹果寻求不断改进电池技术来支持更好的屏幕和更快的显卡,但它很少将电池续航作为一项功能进行公开宣传。上周的iPhone 7发布会是个例外,当时该公司强调,得益于更好的软件和处理器设计,iPhone 7的电池续航比前一代增长了近两个小时。 快充技术带来更多安全隐患据知情人士透露,三星旗下SDI是Note 7的主要电池供应商。根据中国政府质量检查机构的一份报告,Note 7电池故障是因为电子组内的分离器过薄,以及电极绝缘不当所致。三星总共在中国分发了近2000部Note 7测试机。三星正准备从9月19日开始将替换机送至用户手中。该公司在一份声明中称:“所有Galaxy Note 7的替换设备都将配备由其他厂商供应的电池。”在过去短短几年,三星在旗下产品线都采用了“快充”(Quick Charge)——这是由高通开发的一项技术,其中就包括Note 7。利用专有的芯片、电路和软件,这项技术可与特有充电器协同工作,以加快充电速度。尽管该技术让快速充电成为现实——比前代的充电速度快50分钟——但也在不断挑战电池技术的材料和设计的物理极限。Gartner分析师雷诺兹就指出,快充基本上就是解决电池寿命较短问题的一个方法。“这是一项由电池寿命较短所驱动的功能,而不是人们真正所需要的东西,”他说。拆解网站iFixit创始人凯尔·韦恩斯(Kyle Wiens)指出,第一批Note 7电池在设计上可能存在瑕疵,致使其不能很好地支持部分手机的化学机制。iFixit对电子设备的内部元件进行拆解,以评估修复这些设备的难易程度。他说:“快充技术将尽可能多的电量塞进了电池里,你越是不断推动它的极限,潜在的安全问题就越多。”另外网易科技一篇文章也提出了类似手机电池技术接近极限的观点,并提出极限条件下三种爆炸可能原因:最近Note 7庞大的召回计划再次让手机电池爆炸成为人们关注的焦点,那么其背后有什么原因和科学道理吗?如果手机电池爆炸,责任往往要厂家来背,因为它们没能在生产过程中稳定电池的化学性质。同时,专家认为电池爆炸也可能是厂商将电池技术推向极限的结果。随着屏幕的变大、处理器的变快,智能设备对电池的要求越来越高,而大容量和高速快充这两个元素让电池的压力越来越大。美国康奈尔大学的材料科学家林登认为,从理论上来讲,我们已经释放了电池90%的潜力,即续航时间已经达到极限值的近90%。因此,各大厂商现在的努力都是在榨取电池的极限潜能。“为了让自家产品获得更好的续航,各家厂商简直就是在搞军备竞赛,”林登说道。“这种趋势正在造成另一种结果,各家厂商的电池普遍都会过度充电,因此发生事故的几率正在不断上升。” 原因1:阴阳两极亲密接触三星Note 7电池爆炸是因为在部分手机上,原本不能互相接触的电池阴阳两极触碰到一起。不过,这只是引起爆炸的原因之一,锂离子电池爆炸也有其他常见的原因,而这主要是因为我们对手机性能要求越来越高。

要解释电池爆炸的相关科学原理,我们首先要了解电池的工作原理。电池上都有两个电极,其中一个电极含正电离子,被称为阴极。阴极里充满锂元素,它是“燃料”存储的地方。另一个相对的电极含负电离子,被称为阳极。

在充电过程中,锂离子会从阴极移动到阳极。而电池在使用过程中(放电),锂离子的运动方向则正相反。阴阳两级之间会存在一种名为电解质的化学物质,它能够帮助电离子移动,传导电流。虽然锂离子的运动的电池的主要做功方式,但它们不能“抄近路”,即正负两极不能接触。而为了防止这种情况发生,电池制造商一般会在阴阳两极之间放上隔膜。

而Note 7的爆炸元凶正是这个隔膜,隔膜出现了缺陷,正负两极发生亲密接触,电能直接流向中间的电解质而非两侧的电极,随后就是“嘭”的一声——电池爆炸了。

电解质本身其实并不稳定,因此电离子移动中也会受干扰变得不稳定。当有大量热量产生(无论是内部还是外部),电解质就有可能与其他物质发生化学反应,产生气体并释放更多热量。如果这一过程没能得到有效控制,就会产生“热失控”现象,随后等待电池的就是爆炸或起火。

原因2:过度充电和充电过快这也是厂商在设备中加入过热关机机制的原因。不过这只是引起爆炸的一种原因,有时电池过度充电或充电过快也会引发危险。

过度充电就像在桶中灌入过多的水。对水桶来说,水多了就多了,满了流出去就是,但电池可不行。过度充电时,会有过多的锂元素进入阳极。当然,普通人也不必担心,从理论上来说,你放在床头充了一夜的手机并不会有什么问题,因为厂商的设计会自动防止电池产生过充。真正导致电池出问题的原因是制造商在生产过程中的疏忽,它们的电池电路出了问题,无法阻止过度充电。

普林斯顿大学材料专家斯坦加特表示,电池就像一个橡皮筋,充电时,就好像你在拉伸橡皮筋,而使用电池时,就好像在释放它。如果你将橡皮筋拉得太紧,它就会直接断掉。

此外,充电过快也是造成爆炸的另一个原因。在短时间内向电池充入太多的电能必然会为电池带来巨大压力,如果电池发生短路,就会引起危险。

如果把电池比喻为两个盛放鸡蛋的板条箱,那么充电时锂离子需要在这两个鸡蛋板条箱之间穿梭,以便稳妥地堆积在里面。如果缓慢充电,锂离子有足够的时间在板条箱里找到自己的位置。但是,如果充电过快,或者充电过度,锂离子就会手忙脚乱,最终在板条箱外面堆积起来。如果每次都发生此类现象,锂离子在箱外的堆积会越来越严重并最终导致电池短路。

原因3:高电压引起电池事故的另一个常见原因是高电压,利用这种手法,厂商能让电池存储更多电能。电压和电流就像瀑布和水流,瀑布越高,下面的流水就越多。同理,电压越高,电池里存储的电能就越多。所以,制造商试图通过在电池中加入像镍等元素使电压升高。不过,电压越高,电解质越容易产生化学反应,继而导致起火或爆炸。 新型电解质正在研发中

眼下,许多科学家正试图开发一种全新的不容易起火的电解质,科学家们为其定名“离子液体”。与一般电解质相比,“离子液体”需要更多的热量才会形成可燃气体,这种新型电解质要安全得多,但坏处是它有可能会缩短电池续航时间。

过去几十年中,电池技术一直在不断进化,但它始终赶不上人们的需求,不过厂商们必须铭记一个信条,那就是以安全为代价来满足用户需求终将砸了自己的脚。

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三星Note 7爆炸探因:你所不知道的电池材料的物理极限


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三星Galaxy Note 7

以下为文章全文:由于用户对更长续航、更快充电的电池产品的渴求,三星在这种压力下不断挑战锂离子电池技术的极限。当三星最新款手机Galaxy Note 7起火并发生爆炸后,这种努力就起到了适得其反的作用。 出现瑕疵的风险大增长期以来,如何开发出更好的电池产品,始终困扰着科技行业。智能手机的功能不断得到改进,屏幕更清晰,软件体验更好,而摄像头甚至可媲美专业相机的质量。然而,电池技术并未获得如此快速的改进,尽管也取得了一些进步,但电池衰减的速度仍然快于用户的预期,充电时间仍然很长。市场研究机构Gartner分析师马丁·雷诺兹(Martin Reynolds)表示,“各个厂商都在争相给手机增加新的功能和特性,这就要求手机配备更先进的电池。”除了市场对其性能的要求,电池也变得越来越轻薄,尺寸越来越小,因为智能手机厂商都试图利用更轻薄的设备赢得消费者的青睐。这就给制造流程带来进一步压力,同时也冒着出现瑕疵的风险,而这种瑕疵也可以导致我们今天在三星手机上看到的那种故障。由于配备先进的触控笔,加上独具匠心的双曲面屏幕设计以及更快的充电技术,Note 7原本被认为会从拥挤的智能手机市场杀出一条血路。今年8月份,三星在苹果新一代iPhone问世前推出了Note 7。这本该是三星超越智能手机市场最大竞争对手的良机,但是事与愿违。通常情况下,智能手机厂商和移动运营商会对产品展开严格测试,然后再送达消费者手中,虽然这一过程主要是为了确保新款智能手机与无线网络兼容。据知情人士透露,在Note 7正式发布之前,三星给予运营商一定时间进行测试。上述人士称,三星最早在4月份就向运营商展示了Note 7原型机,然后在5月份开始测试。另据知情人士透露,至少一家三星的重要合作伙伴目前正再次评估其测试流程,以求发现导致Note 7爆炸之类的问题。此人称,三星每周还与重要的运营商合作伙伴举行多次会议,讨论其调查的最新细节,帮助解决这一问题。 电池问题非智能手机行业所独有实际上,生产锂离子电池所涉及的问题,并不是智能手机行业所独的有。2006年,由于索尼制造的电池组存在发热问题,戴尔、东芝等电脑厂商生产的数百万台笔记本电脑被召回,而波音787“梦想飞机”在2011年首次交付使用后,不断遭受锂电池短路的问题。三星在回应这个问题的声明中称:“根据我们的调查,我们了解到电池存在隔离问题。一旦正负极接触,电池过热,就会导致非常罕见的制造流程错误。”三星手机部门负责人高东镇在宣布全球召回Note 7的新闻发布会上鞠躬道歉

三星正在努力解决这一问题。尽管只收到了近40起Note 7发生爆炸的报告,但该公司仍然计划更换250万部Note 7——召回行动最多可造成20亿美元的损失。本周三,三星在韩国主要报纸上登载了一则广告,对这一事件表示道歉。为了避免更多的Note 7发生爆炸,三星还将在9月20日发布一个软件升级,将电池充电容量限制在60%。三星表示,根据海外市场的不同,该软件升级在当地上线的时间也不同。Note 7的电池容量超过了前一代产品,可以存储3500毫安时的电量,而Note 5则为3000毫安时。相比之下,作为Note 7的主要竞争对手,iPhone 7 Plus的电池容量只有2900毫安时。尽管苹果寻求不断改进电池技术来支持更好的屏幕和更快的显卡,但它很少将电池续航作为一项功能进行公开宣传。上周的iPhone 7发布会是个例外,当时该公司强调,得益于更好的软件和处理器设计,iPhone 7的电池续航比前一代增长了近两个小时。 快充技术带来更多安全隐患据知情人士透露,三星旗下SDI是Note 7的主要电池供应商。根据中国政府质量检查机构的一份报告,Note 7电池故障是因为电子组内的分离器过薄,以及电极绝缘不当所致。三星总共在中国分发了近2000部Note 7测试机。三星正准备从9月19日开始将替换机送至用户手中。该公司在一份声明中称:“所有Galaxy Note 7的替换设备都将配备由其他厂商供应的电池。”在过去短短几年,三星在旗下产品线都采用了“快充”(Quick Charge)——这是由高通开发的一项技术,其中就包括Note 7。利用专有的芯片、电路和软件,这项技术可与特有充电器协同工作,以加快充电速度。尽管该技术让快速充电成为现实——比前代的充电速度快50分钟——但也在不断挑战电池技术的材料和设计的物理极限。Gartner分析师雷诺兹就指出,快充基本上就是解决电池寿命较短问题的一个方法。“这是一项由电池寿命较短所驱动的功能,而不是人们真正所需要的东西,”他说。拆解网站iFixit创始人凯尔·韦恩斯(Kyle Wiens)指出,第一批Note 7电池在设计上可能存在瑕疵,致使其不能很好地支持部分手机的化学机制。iFixit对电子设备的内部元件进行拆解,以评估修复这些设备的难易程度。他说:“快充技术将尽可能多的电量塞进了电池里,你越是不断推动它的极限,潜在的安全问题就越多。”另外网易科技一篇文章也提出了类似手机电池技术接近极限的观点,并提出极限条件下三种爆炸可能原因:最近Note 7庞大的召回计划再次让手机电池爆炸成为人们关注的焦点,那么其背后有什么原因和科学道理吗?如果手机电池爆炸,责任往往要厂家来背,因为它们没能在生产过程中稳定电池的化学性质。同时,专家认为电池爆炸也可能是厂商将电池技术推向极限的结果。随着屏幕的变大、处理器的变快,智能设备对电池的要求越来越高,而大容量和高速快充这两个元素让电池的压力越来越大。美国康奈尔大学的材料科学家林登认为,从理论上来讲,我们已经释放了电池90%的潜力,即续航时间已经达到极限值的近90%。因此,各大厂商现在的努力都是在榨取电池的极限潜能。“为了让自家产品获得更好的续航,各家厂商简直就是在搞军备竞赛,”林登说道。“这种趋势正在造成另一种结果,各家厂商的电池普遍都会过度充电,因此发生事故的几率正在不断上升。” 原因1:阴阳两极亲密接触三星Note 7电池爆炸是因为在部分手机上,原本不能互相接触的电池阴阳两极触碰到一起。不过,这只是引起爆炸的原因之一,锂离子电池爆炸也有其他常见的原因,而这主要是因为我们对手机性能要求越来越高。

要解释电池爆炸的相关科学原理,我们首先要了解电池的工作原理。电池上都有两个电极,其中一个电极含正电离子,被称为阴极。阴极里充满锂元素,它是“燃料”存储的地方。另一个相对的电极含负电离子,被称为阳极。

在充电过程中,锂离子会从阴极移动到阳极。而电池在使用过程中(放电),锂离子的运动方向则正相反。阴阳两级之间会存在一种名为电解质的化学物质,它能够帮助电离子移动,传导电流。虽然锂离子的运动的电池的主要做功方式,但它们不能“抄近路”,即正负两极不能接触。而为了防止这种情况发生,电池制造商一般会在阴阳两极之间放上隔膜。

而Note 7的爆炸元凶正是这个隔膜,隔膜出现了缺陷,正负两极发生亲密接触,电能直接流向中间的电解质而非两侧的电极,随后就是“嘭”的一声——电池爆炸了。

电解质本身其实并不稳定,因此电离子移动中也会受干扰变得不稳定。当有大量热量产生(无论是内部还是外部),电解质就有可能与其他物质发生化学反应,产生气体并释放更多热量。如果这一过程没能得到有效控制,就会产生“热失控”现象,随后等待电池的就是爆炸或起火。

原因2:过度充电和充电过快这也是厂商在设备中加入过热关机机制的原因。不过这只是引起爆炸的一种原因,有时电池过度充电或充电过快也会引发危险。

过度充电就像在桶中灌入过多的水。对水桶来说,水多了就多了,满了流出去就是,但电池可不行。过度充电时,会有过多的锂元素进入阳极。当然,普通人也不必担心,从理论上来说,你放在床头充了一夜的手机并不会有什么问题,因为厂商的设计会自动防止电池产生过充。真正导致电池出问题的原因是制造商在生产过程中的疏忽,它们的电池电路出了问题,无法阻止过度充电。

普林斯顿大学材料专家斯坦加特表示,电池就像一个橡皮筋,充电时,就好像你在拉伸橡皮筋,而使用电池时,就好像在释放它。如果你将橡皮筋拉得太紧,它就会直接断掉。

此外,充电过快也是造成爆炸的另一个原因。在短时间内向电池充入太多的电能必然会为电池带来巨大压力,如果电池发生短路,就会引起危险。

如果把电池比喻为两个盛放鸡蛋的板条箱,那么充电时锂离子需要在这两个鸡蛋板条箱之间穿梭,以便稳妥地堆积在里面。如果缓慢充电,锂离子有足够的时间在板条箱里找到自己的位置。但是,如果充电过快,或者充电过度,锂离子就会手忙脚乱,最终在板条箱外面堆积起来。如果每次都发生此类现象,锂离子在箱外的堆积会越来越严重并最终导致电池短路。

原因3:高电压引起电池事故的另一个常见原因是高电压,利用这种手法,厂商能让电池存储更多电能。电压和电流就像瀑布和水流,瀑布越高,下面的流水就越多。同理,电压越高,电池里存储的电能就越多。所以,制造商试图通过在电池中加入像镍等元素使电压升高。不过,电压越高,电解质越容易产生化学反应,继而导致起火或爆炸。 新型电解质正在研发中

眼下,许多科学家正试图开发一种全新的不容易起火的电解质,科学家们为其定名“离子液体”。与一般电解质相比,“离子液体”需要更多的热量才会形成可燃气体,这种新型电解质要安全得多,但坏处是它有可能会缩短电池续航时间。

过去几十年中,电池技术一直在不断进化,但它始终赶不上人们的需求,不过厂商们必须铭记一个信条,那就是以安全为代价来满足用户需求终将砸了自己的脚。

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