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谷歌Nexus 6P手机电池电量猝死故障分析

谷歌Nexus 6P手机电池电量猝死故障分析谷歌Nexus 6P手机电池电量猝死故障分析

谷歌Nexus 6P手机电池电量猝死故障分析

研究背景

谷歌Nexus 6P手机电池电量猝死故障分析

Nexus 6P是Google在2015推出、由华为代工的Android智能手机,电池标称容量3450 mAh。该款手机推出后市场端不断爆出手机电量猝死的情况,即在显示还有电的情况下手机会突然关机。截至2017年11月29日,有超过5000人在AOSP Issue Tracker上反馈该问题。由于该款手机并未在国内上市,因此国内对此了解的人并不多,但在国外则是被广泛讨论。来自美国马里兰大学Saurabh Saxena等对该款手机的新鲜电池和故障电池进行了电化学(容量、内阻、阻抗)和CT分析,结果显示故障电池严重老化且电池内部存在异物,即使新鲜电池也存在容量衰减异常的现象,该研究以”A Unique Failure Mechanism in the Nexus 6P Lithium-Ion Battery“为题于2018年发表在Energies上。

图文浅析

谷歌Nexus 6P手机电池电量猝死故障分析

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图1. (a)新Nexus 6P手机拆解图;(b)使用后的Nexus 6P手机拆解图。

谷歌Nexus 6P手机电池电量猝死故障分析图2. (a)新Nexus 6P手机拆解后电池图像;(b)使用后的Nexus 6P手机拆解后电池图像。

谷歌Nexus 6P手机电池电量猝死故障分析

新旧Nexus 6P手机拆解及电池信息如图1、图2和表1所示。值得指出的是该旧手机存在电量猝死故障从图2电池照片上可以了解到两只新旧手机所用的电池均是华为所生产的(注:华为自己不生产电池,很可能是某家企业代工的),产地都在中国,其中新手机电池生产于2016年7月6日,使用过的那款手机电池生产于2015年10月6日。从标识上看文字位置略有调整。如表1所示,新旧手机电池容量均为3.45 Ah,标称电压和充电截止电压相同,尺寸上旧手机电池较新手机电池有所增大。

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图3.新手机电池(a)和旧手机电池(b)首次充放电曲线。

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图4.新手机电池(a)和旧手机电池(b)第二周循环的电化学阻抗谱图。

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首先,作者对新旧电池的电化学性能如放电容量、内阻和阻抗进行了表征分析,汇总如表2所示。从容量上看,新电池首次放电容量3.5076 Ah,较标称的容量略高,第二周放电容量3.5050 Ah;旧电池首次放电容量仅0.6795 Ah,第二周放电容量低至0.5024 Ah,相较于标称的3.45 Ah仅一圈循环容量就降低了接近5%。无论是内阻还是阻抗值,旧电池较新电池都显著增大。以第二周循环通过压降法计算得到的内阻为例,新电池内阻为81 mΩ,而旧电池内阻则高达375 mΩ,是新电池的4.6倍。

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图5. 新电池CT图像结果

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图6. 旧电池CT图像结果

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图7. 旧电池两处不同位置CT结果及灰度值变化

    随后,作者对进行了20周的新电池进行了CT表征。如图5所示,新电池内部极片分布均一,结构完整。旧电池的CT结果如图6所示,可以明显观察到电池中心区域的极片部分发生了变形,部分区域极片间距增大。极片分布不均势必导致电解液分布不均,造成局部内阻增大、产热异常,最终导致电池容量快速衰减。对旧电池内部两处位置沿图7所示直线进行细致扫描,可观察到其中存在异物。(注:观察到异物后作者并未对电池进行拆解观察异物,这点有些遗憾!)从以上结果不难判断该旧手机出现电量猝死现象也是在所难免。

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图8. 新手机电池容量衰减曲线及循环过程阻抗谱图

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    乘胜追击,作者进一步对新手机的循环容量衰减情况和电化学阻抗谱进行了深入分析,结果如图8和表3所示。可以看到即使是新手机电池,循环53周电池容量就衰减至初始值的89%,表明电池本身的性能就很差。在53-127周电池容量有所恢复,但127周后容量快速衰减,402周电池容量仅为初始值的76%。表3所示的电化学阻抗谱中0.0125 Hz处的结果反映的是锂离子的扩散能力,1.638 KHz处的结果反映的是欧姆电阻和SEI膜阻抗。可以看到循环过程变化最大的是扩散电阻。随着循环周数的增加,扩散电阻不断增大,而欧姆电阻和SEI膜阻抗变化不大。结合图8和图4可以看到新手机电池循环402周后的阻抗谱曲线同旧手机电池的阻抗谱曲线非常相似。以上结果表明,对于该款手机,不仅电量猝死手机的电池存在显著的制造缺陷(异物),新手机电池电化学性能也很差,问题的出现不是偶然而是必然。

文献信息 

谷歌Nexus 6P手机电池电量猝死故障分析

Saurabh Saxena, Yinjiao Xing, Michael Pecht. A Unique Failure Mechanism in the Nexus 6P Lithium-Ion Battery. (Energies 2018, 11, 841; doi:10.3390/en11040841.)

文献链接:

https://www.mdpi.com/1996-1073/11/4/841

供稿丨深圳市清新电源研究院

部门丨媒体信息中心科技情报部

撰稿人丨景云

主编丨张哲旭


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