截至今年九月,光是在美國就發生了92起Galaxy Note 7電池爆炸的意外。

根據《彭博社》(Bloomberg)最近的一篇文章報導,三星(Samsung)打算在蘋果(Apple)最新iPhone 7上市之前,搶先推出一款功能更強大的智慧型手機,期望在此創新競賽中超越Apple。為了達這一目的,三星決定採用為其Galaxy Note 7智慧型手機配備容量高達3500 mAh的鋰離子電池(相形之下,iPhone 7 plus使用了2900 mAh的電池容量),以便能為用戶帶來性能更優越、續航力更長的使用體驗。

然而,提高了手機的電池容量,也必須付出犠牲品質的代價。因為,三星為了加速手機的商用化上市,讓所有的測試與最佳化過程都較一般所需的時間更大幅縮短了。三星甚至鼓勵工程師在辦公室過夜,以便節省上下班通勤的時間;而供應商也被要求優先讓三星產品上市。終於在今年八月底,工程師們趕在要求的技術期限前完成了,而Galaxy Note 7智慧型手機也開始正式出貨。

果然在這支上市後不久,陸續接獲一些用戶舉報新買的手機發生驚人的爆炸意外,濃煙和火焰不斷地從手機電池中冒出來。不過,或許這整件事情最失敗之處還在於該公司的處理方式。一開始,三星僅建議用戶將自己的Note 7手機關機,之後不久還發佈了一款軟體增補程式,據稱可以避免再度發生電池著火的意外……這種種的說法讓幾乎失去信心的Note 7手機用戶更加混淆。今年九月,這一爭議已經發展到三星必須全面召回250萬支新手機的程度了。估計這項召回行動將讓三星付出數十億美元的代價,更不用說消費者已對其信心盡失了。

事情的發展還不僅止於此。三星也因此事件接收到許多國際航班的負面宣傳——機組人員要求擁有Galaxy Note 7手機的所有乘客將手機關機,並嚴禁他們在飛機上為這些手機充電。事實上,Galaxy Note 7手機的電池製造商——Samsung SDI更必須為這次電池著火事件負起大部份的責任,因為問題似乎就出在該公司採用的隔離器較薄,無法負荷裝置的密集封裝導致短路而釀禍。Samsung SDI隨後已不再為Note 7手機提供電池了,甚至在之後的產品份量也將逐漸減少。為了節省成本,該公司在今年六月還進行了一次裁員行動,從7,408人(2015年底)縮編至6,937。如今,三星Galaxy Note 7手機已經改由ATL China提供電池,取代了Samsung SDI在原本供應鏈中的角色。

韓國電池產業協會(Korean Battery Industry Association;KBIA)擔心這起事故可能引發類似Sony在幾十年前歷經的危機——當鋰離子電池首次導入市場之際。然而,鋰離子電池當時仍是一種相對較新的技術,其所涉及的數量相對較少,而目前的情況很不一樣,因為鋰離子電池市場已加倍成長,而三星可望在未來幾年內持續成為最大供應商之一。

雖然像LGChem等競爭對手可能因為三星電池事件而在短期內獲益,這一意外也有利於減緩近年來電池價格持續下滑的趨勢,以及對於能量儲存奇蹟背後整個新興產業的負面影響。由於消費者要求更安全的裝置,更嚴格的法規也隨之而來,抑制了原本可能會是技術上成功的故事。

Galaxy Note 7的意外,突顯出鋰離子電池仍然易於起火,甚至危及使用者。在這個事件背後的真相是它採用了易燃液體作為電解質。這些電解質混合了幾層添加劑作為阻燃劑,但情況仍然是一樣的——在適當的條件下——熱失控仍然會引發問題,即使是採用電池管理系統(BMS)也無法完全避免意外起火的情況發生。

事實上,如果鋰離子電池的電池組被損壞後,可能會在幾週後起火燃燒,但也可能發生在幾個小時內,而電池管理系統很可能因反應時間太慢,而無法在偵測到問題後立刻進行阻斷,因為在這些情況下熱將以指數級的速率擴散。消費者渴望快速充電的智慧型手機,還使問題的嚴重加劇,畢竟,為了達到這一目的,電池必須以恆定電壓進行充電。這可能在石墨陽極上引發鋰析出枝晶的現象,甚至刺穿隔離層而造成短路,導致過熱而足以讓整個裝置起火燃燒。

解決之道就在於尋找一種本質上安全且不含易燃電解質的電池。例如Microvas可為鋰離子電池提供非易燃的液體電解質,可望潛在革新這個領域的應用;不過,它是否足以提供產品需的電源(而非智慧型手機、筆電與電動車所用的匯流排),目前仍有待觀察。

離子液體長久以來一直被標榜為一種可行的解決方案,因為它具有極高的閃點。然而,產業級產品可能讓成本進一步降低,但至今似乎尚未到位。無機和聚合物電解質也有潛力電池更安全。今年,在《自然能源》(Nature Energy)期刊中的一篇文章報導基於硫氯的固體導體,能夠比最先進的液體電解質更快傳導鋰離子,包括像Toyota、Samsung SDI以及LGChem都已經著眼於這種材料的發展潛力了。

採用不可燃的電解液,也具有在封裝上提高電池能量密度的優勢,因為他們能讓熱管理系統冗餘,並降低輔助元件的用量與重量。例如新創公司Solid Power為電動車打造以硫為基礎的固態硫電池,以及專用於行動應用的350 Wh/kg (750 Wh/L)的能量儲存技術。這些熱門技術與產品都將在今年的IDTechEX展示。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Liar, Liar, Phones on Fire!,by Dr. Lorenzo Grande)