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手机电池为什么会燃爆?

2016年09月21日 10:57 本文来源于 财新网 | 评论(0
   触发锂离子电池事故的关键因素是温度,温度低了不行、高了就会热失控

  【财新网】/火线评论(记者 安丽敏 覃敏)手机极为普及的今天,手机电池爆炸这样的新闻牵动亿万消费者的关注。信息的不透明、传播渠道的混杂,导致坊间谣言、段子丛生。

  舆论的焦点是三星陷入“电池门”——其8月初于美国市场首发的Note7智能手机,发生了多起电池燃烧事故,被美国消费品安全委员会要求大规模召回。进而,原本因电池供应商不一样而置身事外的中国市场,于9月上旬开始酝酿危机。

  9月14日,国家质检总局要求三星召回部分Note7手机,认定部分三星Note7手机存在安全隐患,原因是电池阳极与阴极隔离膜局部变薄,并且绝缘胶带未完全覆盖极板涂层,正负极直接接触,出现短路现象,导致电池异常发热,极端情况下可能发生燃烧。

  质检总局的这份公告透露了“三星手机电池为什么会爆炸”大概的技术原理。三星中国一直没有对Note7为何会发生燃烧做出解释。三星集团曾公开称,部分Note7使用的电池存在缺陷,一旦正负极接触,电芯会过热引发热失控,造成燃烧乃至爆炸。

  财新记者采访了多位电池和手机行业专家,根据现有信息大家基本判断:三星Note7手机电池存在工艺问题,是其内部缺陷导致燃烧甚至爆炸事故。

  电池行业内的故障率要求是0.1ppm,即千万分之一。此次三星Note7故障比例已大大超出这个范围。

  电池潜能有极限

  现在,电池企业都在挖掘能量密度的潜能,追求把正极、负极、电池隔膜都做得更薄,各项指标已趋于极限。

  譬如电池隔膜,现在主流高端手机应用的隔膜已经达到7微米,而理论极限是3微米。这对电池安全管理提出了越来越大的挑战。

  外部加热也可导致锂离子电池过热并最终起火。9月20日,韩国《朝鲜日报》报道称,此前中国曝出两例手机起火事件,经其实验检测发现,中国Note7手机起火原因疑似外部加热,并高度怀疑是用电磁炉加热起火所致。报道还称,三星考虑起诉两名制造虚假爆炸的中国消费者。

  现在的手机电池为锂离子电池,分为正极、负极、电解液三部分,正极与负极由隔膜分开。充电时锂离子由正极向负极运动而嵌入石墨层中。放电时,锂离子从石墨晶体内负极表面脱离移向正极。如果电池的正极与负极直接接触,电池内部将会短路并出现燃烧甚至爆炸。

  锂离子电池1992年由索尼研发成功,它的实用化让手机、笔记本电脑、计算器等携带型电子设备的重量和体积大大减小。虽已应用20余年,但任何一个厂家都不敢百分之百保证其电池绝对安全,起火事故时有发生。

  温度是关键

  触发锂离子电池事故的主要因素是温度;但锂离子电池又只能在一定的温度范围内才能正常工作。

  低温环境下,电池容量放不出来,也充不进去。冬季去过东北等寒冷地区的人会深有体会,手机耗电更快,但充电变慢。

  高温环境更加危险,锂离子电池正常工作温度一般为45摄氏度以下,如果达到90-100度,问题就发生了,电池就会引起一系列 “自生热反应”。发生问题的起始温度因电池材料不同会有差异,但都会有一个极限温度。

  达到这个温度电池会形成副反应,一般是放热反应,也有吸热反应。这种副反应会引起温度升高并形成连锁反应。当温度达到150-250度时,热失控就会发生。热失控是指隔膜崩溃、电解液燃烧,最高能达到900度以上高温。

  在这个过程中,有几个特征温度:自生热起始温度、热失控起始温度和热失控最高温度。不同电池材料,这几个温度值会有差异。譬如有的电池热失控最高温度高达900度以上,有的则只有三四百度。有的电池热失控只是冒烟,有的电池则会起火甚至爆炸。

  电池难以百分百安全

  导致电池温度升高的原因主要可分为两类:电池短路和过充。

  电池短路成因复杂,既有可能是电池本身的问题,与其实际应用也有关系。电池材料中含有金属杂质,工艺环节中正负极错位、电解液不均匀等都有可能导致短路并触发电池温度升高最终发生热失控。

  在实际应用中,大电流充电、低温充电、碰撞跌落等,也有可能造成短路。

  电池在研发环节要经过充分的实验验证,生产过程中进行严格监控并通过安全监测才能出厂。即便实验验证充分,也很难全部模拟全部的实际使用情况。通过安全检测也不能保证电池一定安全,换言之,安全性是几率问题。

  此次三星Note7手机因电池故障导致大规模召回,在其它领域,锂离子电池也曾引发召回或安全事件。

  2013年波音787飞机频繁出现起火事故,引发公众质疑。最终调查结论是波音787选用的锂离子电池存在缺陷,导致电池过热起火。

  更早的2006年,锂离子电池研制者索尼也曾进行全球召回。索尼为全球十余家电脑企业生产笔记本电池组,因生产过程中混入金属微粒,导致电池短路起火。■

责任编辑:郭 琼 | 版面编辑:李丽莎
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