9款手机电池测试：会爆炸的不止三星，乐视联想酷派等3款电池不达标

2017-04-06 16:25

三星Note7电池爆炸事件注定成为智能手机电池界的里程碑事件。
为了追寻三星爆炸的真正起因，同时也为了验证这是否是独立性事件，更重要的是为了给消费者提供更好更安全的消费参考。2016年10月，《消费者报道》即从市面官方渠道采购了三星Note7、华为P9、iPhone 7、魅族MX6、联想ZUK Z2、努比亚Z11 miniS、乐视Pro3、酷派cool 1 dual、vivo Xplay5合共9款手机及电池，送至第三方权威机构进行了历经5个月的多次检测。
在测试项目上，本刊参照了GB 31241-2014《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求》中的“过充电”、“挤压”、“重物冲击”及“燃烧喷射”。
另外，检测工程师也通过分析手机内部结构及电池内部结构;监控手机各个部位在正常和高温环境下的工作温度、电池过充时电压及温度的变化，以此来对比各款手机电池的安全性。
测试结果是令人意想不到的。
三星Note7电池仓尺寸较其它手机小
在近几代智能手机上，我们能看到这样一种趋势：轻薄机身配上大容量电池，保证握持感的同时也不牺牲续航。但是，这种设计能否给电池预留足够的安全空间呢?
站在电池使用角度，本次测试的实验团队设计了一个模拟实验。他们对9款手机电池进行了20个充放电循环，以模拟手机电池20天的使用情况，在循环结束后对比它们充电前后的厚度。
结果显示，9款手机电池中间部位的厚度均有0.1mm至0.2mm的增加，呈现出一种微拱状态。负责本次测试的工程师对本刊表示：“电池膨胀的原因在于，电池经过一定次数的充放电，内部电解液分解进而产生气体。”
他认为导致电池厚度增加的因素还有很多，如消费者在实际使用时，由于误操作(如使用劣质的手机充电器)或设备进水短路而使保护板失效，进而导致锂离子电芯失去保护。
为此，《消费者报道》依据GB 31241-2014对9款手机电池进行了过充测试，测试中，工程师去除了电池的保护板，并对电量已经饱和的电池继续充电。

结果显示，9款电池均符合国标要求，并未出现燃烧或爆炸的现象，但电池均出现明显增厚。
考虑到电池规格在出厂时可能存在一定误差，厂商一般会将手机电池仓尺寸设计得略大于电池本体，以防止手机对电池造成挤压。但在追求机身轻薄的趋势下，厂商为了丰富手机功能难免会增加更多的零部件，这时电池仓的体积就可能被压缩。
我们可以看到，在9款手机电池仓的对比中，三星Note7和努比亚Z11 miniS的电池与电池仓的间距较小(在手机平面角度进行观察)。
值得一提的是，Note7的电池容量较高。(如图1)

《消费者报道》综合了多位业内工程师的意见，电池仓尺寸过小的影响是，当电池膨胀时，手机内部就会对电池本体产生作用力，造成挤压。
三款手机电池冲击试验不过关
电池处于手机内部这样狭窄的环境下，或多或少会受到复杂的外力影响。因此对消费者而言，电池能否通过受力测试显得十分关键。
通常来说，挤压会使电池正负极更加紧密地靠近。如果电池内部本身就存在焊接毛刺的话，挤压有可能使毛刺刺穿隔离膜，导致电池内部短路爆炸。
参照GB 31241-2014中的挤压测试，测试工程师应用一个13kN的力分别对平放于实验台的9款电池进行挤压。
结果显示，送检的9款电池均未出现爆炸起火现象。

当然，平面挤压属于一个恒定力的影响。那么当电池受到外力冲击，在瞬时力的影响下，它的安全稳定性又是否有保障呢?
为此，工程师参照GB 31241-2014中的“重物冲击”对9款手机电池进行了测试。测试过程中，电池表面中心将被横置一根15.8mm的金属棒，随后受到处于610mm高度、重9.1kg金属块的冲击。根据标准规定，当电池受到冲击时，电池应不起火、不爆炸。
结果显示，乐视Pro3、联想Zuk Z2、酷派cool 1 dual这3款手机的电池在测试中发生爆炸，不符合国标要求。(如图2)

我们可以看到，受外力冲击后，电池内部短路产生爆炸的威力较为强劲。

对于测试结果，乐视移动智能信息技术(北京)有限公司回复《消费者报道》称：“电池冲击实验对测试环境有严苛要求，包括环境温度、湿度、测试器械的精度、底板的清洁度等。”
联想方面则表示：“ZUK Z2的电池组本体贴有‘电池不可拆卸’的标识，从手机上拆卸下的电池不适合进行重物冲击测试。这是因为电池采用双面胶粘贴固定，拆卸电池会导致电芯表面铝塑膜脱离褶皱;而且电池采用无胶框注塑工艺，电芯四周被注满黑色填充胶。工程师拆除这些填充胶会导致电池内部结构变形损伤，引起短路。”
但在本刊的电池冲击实验中，乐视Pro3、联想ZUK Z2这两款手机的电池均从官方售后渠道单独购买，并不存在从手机上拆卸下来造成电池结构损坏的问题。
对于上述两家企业的回复，负责本次测试的工程师向本刊表达了自己的看法：“电池冲击实验确实对测试环境有严格要求，但这并不意味着电池只有在特定环境下使用才具有安全保障。因为消费者的日常使用场景也是多样化的。当然，本次实验环境是遵循国标要求的，结果是受到认可的。考虑到电池拆卸可能对手机电池产生的影响以及国标中的测试要求，我建议尽可能选择从官方售后渠道获取原装电池样品。”
国标为何将要删除冲击实验?
值得一提的是，《消费者报道》还从不通过重物冲击测试的三家企业中得到了同样的答复，即目前工信部已经对现行国家标准进行修改公示，取消软包电池重物冲击试验。(如图3)

注：7.7项为“重物冲击”测试项
“重物冲击是目前锂电池测试中争议较大的项目，也被普遍认为是最严格的内部短路测试条款。该项目主要由早年锂金属电池的UL标准衍生而来，后来被联合国危险品运输的相关标准(即UN38.3标准)所引用。”负责本次测试的工程师对本刊表示。
“但近几年，随着聚合物锂离子电池的广泛使用，锂电池生产企业普遍认为该测试项目要求过高，电池在大批量生产时很难满足该标准的要求。因此在2016年底，GB 31241-2014的起草单位中国电子技术标准化研究院决定对该标准进行修改，删除了该测试项目，并进行了公示，新修订的标准即将实施。”他说。
那么，标准起草单位是出于怎样的考虑对该测试项进行调整?删除了软包电池的重物冲击项是否就意味着电池安全性的降低呢?针对此，《消费者报道》采访了该标准的其中一位起草人伍渊明。
伍渊明指出，“国内外的很多电池标准都涵盖了重物冲击这个项目。就算国标删除了这个项目，也并不意味不符合要求的产品可以在全球范围进行销售。举个例子，联合国危险品运输标准UN38.3《关于危险货物运输的建议书试验和标准手册》明确规定，电池如果要经空运或者海运，必须通过重物冲击测试项。所以企业对于项目删除的回复，我认为是不专业的，他们对标准的了解并不全面。国际通用标准IEC 62133当中也是含有这项测试。所以将这个项目删除的依据是不充分的。”
伍渊明同时指出，“对于电池制造商而言，客户要求电池容量大且体积小的方案，与电池制造时保证电池安全性的要求是相互矛盾的。要求续航时间长的同时还要兼顾手机轻薄，我们就要在有限空间内增大储能介质如钴酸锂和石墨的体积，也就意味着要在手机的其它空间进行缩减。当然如果一味追求安全，增大电池内的隔离膜，又会导致电池充放电性能不佳。因此，制作电池过程中的各项指标是相互制衡的。
伍渊明认为，重物冲击项的删除肯定会降低电池安全性，就像高速公路上如果没有限速，车祸的概率会上升。但对于电池厂商来说，标准的修订并不会降低电池制造成本，而更多的会出于对设计与销售的考量，顺应小体积、大容量的潮流。
一位不愿具名的检测工程师接受本刊采访时说：“标准的修订自然有它的合理性。因为电池冲击实验向来争议较大，部分电池很难通过该测试项，废止该项目更符合目前的电池发展现状。但目前GB 31241-2014中的重物冲击项仍然有效。”
假如GB 31241-2014中的重物冲击项被正式删除，那么问题来了，手机厂商的电池合格率自然会有所上升，但国产厂商出口的手机仍然需要满足带有重物冲击项的各个国际标准、地区标准及运输标准。如果连国货都区别对待自己人，那么中国人又该如何对抗国外品牌的冲击呢?
三星Note7电池爆炸，将电池安全问题推到风口浪尖，本刊从三星Note7国内第四起电池爆炸机主老回(化名)处获悉，他仍然走在起诉三星的路上，他不服气，气的不是产品质量问题、赔偿问题，而是三星对待事件的态度，以及对中国消费者“特殊对待”的处理方式。事故至今他没有收到三星一句道歉。
8款手机可能有燃烧喷射风险
电池一旦出现爆炸起火的现象，可能会产生剧烈喷射，而这些从电池内部喷射出的火焰或不明物体会对人身安全造成伤害。目前，现行的技术标准GB 31241-2014也对电池在燃烧爆炸后所产生的破坏有明确要求。故《消费者报道》基于“燃烧喷射”项对9款手机电池进行了检测。
燃烧喷射实验在半径为61厘米的环装铝网圈内进行。根据国标规定：实验结束后，组成电池的部件(粉尘状产物除外)或电池整体不得穿透铝网。

测试结果显示，除了努比亚Z11 miniS外，其余8款手机电池向外侧喷射的火焰都冲出了61厘米直径区域。本刊从工程师提供的测试视频中发现，从电池中喷射出来的火焰直接将铝网烧穿(铝的熔点为660.37℃)。
值得一提的是，在测试过程中，三星Note7、联想ZUK Z2、乐视Pro3三款手机电池均喷射出燃烧物到61厘米直径区域外。其中，三星Note7在实验结束后有明显残留物。(如图4)
不过，对于本次试验的现象，GB 31241-2014当中并未明确规定达标与否。故在“燃烧喷射”项上，工程师没有对9款手机电池下判定。

测试工程师认为燃烧喷射实验的判定依据并不严谨，他对本刊表示：“标准对于粉尘状产物的大小等没有明确规定，而且我们缺乏企业方面的数据支持，所以还不能将细小喷射物或残留物作为不达标的判定依据。”
根据工程师描述，该测试项是来源于美国的标准。因为当地天气较冷，家庭通常采用壁炉进行取暖，为了模拟儿童将含电池的电子设备扔入壁炉这种极端情况，美国方面制订了这个测试项目。而这个项目也同时能够模拟电池因受热发生爆炸的影响情况。

测试工程师告诉《消费者报道》：“我们也对认证送样的电池做过燃烧测试，一般只出现冒烟或者着火缓缓燃烧的现象。但这次送检产品的燃烧现象较为严重。”
他同时指出：“认证送样的电池往往都是高质量的电池。其实企业是有能力制造出合格产品，只是在量产时会考虑压缩成本，必然会导致产品质量参差不齐。”
本刊也从电池拆解环节中发现了差别，其中华为采用堆叠结构，而其余品牌均采用卷绕结构。

对此，测试工程师表示：“不同制造工艺的电池会对手机的快充性能、散热性能造成影响。一般来说，相对于卷绕技术，堆叠技术可使电池获得更低的内阻，并适用于较高倍率的充电使用。当然采用叠片工艺也意味着更高的制造成本。”
异常工作环境易影响电池安全性
自始至终，我们对电池安全性的讨论都没办法脱离三星Note7这一事故。关于三星Note7的讨论以及本次测试，我们能够获得怎样的一些信息呢?
《消费者报道》采访了多名业内人士以及检测工程师，并总结了部分原因。
在设计上，三星追求大容量电池而使得隔离膜厚度变薄，仅有一根头发丝左右的厚度。用户的长期使用会让电池内部产生锂枝晶，也会让隔离膜之间的电解液挥发产生结晶;再加上手机电池仓体过小，容易使电池本体遭受挤压或受各种复杂外力影响，最终可能导致这些晶体刺穿隔离膜形成内部短路，使电池燃烧爆炸。
当然，电池是一个复杂的系统，出现安全事故的原因有很多。滥用、手机进水、更换来历不明的非官方电池、异常的环境条件都有可能引起电池失效。
工程师也认为，锂离子电池在温度较高的环境下，其正极的结构会因为锂离子的活性加强而变得不稳定，比较容易出现电池膨胀鼓包，甚至爆炸起火等现象。
因此，本刊还进行了一项实验，监控手机在各种运行状态下的温度。(如图5)

国际标准IEC 62133:2012中就有相关描述，10℃至45℃是锂离子电池较合理的工作温度范围。但随着技术提升，越来越多锂电池能够承受的工作温度超过了这个范围。
因此，想要提高电池安全性，不仅对标准提出了更高的制订要求，也是号召各手机厂商、电池制造商提升自身的研发水平，心中握有社会责任感。
网购电池不达标率更高
除了官方渠道，《消费者报道》也从线上线下一些非官方渠道采购了相应检测机型的电池。从测试结果来看，非官方渠道电池的不达标率要远高于官方电池。

所以本刊建议广大消费者，不要私自对手机进行拆卸改装;最好使用官方适配器以及充电线对手机进行充电;如果需要维修手机或更换电池，尽量选择官方渠道进行售后维修。
而对于本次电池检测不达标的乐视Pro3、联想ZUK Z2、酷派cool 1 dual这3款手机，《消费者报道》不予推荐。
【来源：消费者报道作者：钟旭彬】

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