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分析手機電池爆炸的原因

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年12月10日  

電池潛能有極限

現在,電池企業都在挖掘能量密度的潛能,追求把正極、負極、電池隔膜都做得更薄,各項指標已趨于極限。

譬如電池隔膜,現在主流高端手機應用的隔膜已經達到7微米,而理論極限是3微米。這對電池安全管理提出了越來越大的挑戰。

外部加熱也可導致鋰離子電池過熱并最終起火。9月20日,韓國《朝鮮日報》報道稱,此前中國曝出兩例手機起火事件,經其實驗檢測發現,中國Note7手機起火原因疑似外部加熱,并高度懷疑是用電磁爐加熱起火所致。報道還稱,三星考慮起訴兩名制造虛假爆炸的中國消費者。

現在的手機電池為鋰離子電池,分為正極、負極、電解液三部分,正極與負極由隔膜分開。充電時鋰離子由正極向負極運動而嵌入石墨層中。放電時,鋰離子從石墨晶體內負極表面脫離移向正極。如果電池的正極與負極直接接觸,電池內部將會短路并出現燃燒甚至爆炸。

鋰離子電池1992年由索尼研發成功,它的實用化讓手機、筆記本電腦、計算器等攜帶型電子設備的重量和體積大大減小。雖已應用20余年,但任何一個廠家都不敢百分之百保證其電池絕對安全,起火事故時有發生。

溫度是關鍵

觸發鋰離子電池事故的主要因素是溫度;但鋰離子電池又只能在一定的溫度范圍內才能正常工作。

低溫環境下,電池容量放不出來,也充不進去。冬季去過東北等寒冷地區的人會深有體會,手機耗電更快,但充電變慢。

高溫環境更加危險,鋰離子電池正常工作溫度一般為45攝氏度以下,如果達到90-100度,問題就發生了,電池就會引起一系列“自生熱反應”。發生問題的起始溫度因電池材料不同會有差異,但都會有一個極限溫度。

達到這個溫度電池會形成副反應,一般是放熱反應,也有吸熱反應。這種副反應會引起溫度升高并形成連鎖反應。當溫度達到150-250度時,熱失控就會發生。熱失控是指隔膜崩潰、電解液燃燒,最高能達到900度以上高溫。

在這個過程中,有幾個特征溫度:自生熱起始溫度、熱失控起始溫度和熱失控最高溫度。不同電池材料,這幾個溫度值會有差異。譬如有的電池熱失控最高溫度高達900度以上,有的則只有三四百度。有的電池熱失控只是冒煙,有的電池則會起火甚至爆炸。

電池難以百分百安全

導致電池溫度升高的原因主要可分為兩類:電池短路和過充。

電池短路成因復雜,既有可能是電池本身的問題,與其實際應用也有關系。電池材料中含有金屬雜質,工藝環節中正負極錯位、電解液不均勻等都有可能導致短路并觸發電池溫度升高最終發生熱失控。

在實際應用中,大電流充電、低溫充電、碰撞跌落等,也有可能造成短路。

電池在研發環節要經過充分的實驗驗證,生產過程中進行嚴格監控并通過安全監測才能出廠。即便實驗驗證充分,也很難全部模擬全部的實際使用情況。通過安全檢測也不能保證電池一定安全,換言之,安全性是幾率問題。

此次三星Note7手機因電池故障導致大規模召回,在其它領域,鋰離子電池也曾引發召回或安全事件。

2013年波音787飛機頻繁出現起火事故,引發公眾質疑。最終調查結論是波音787選用的鋰離子電池存在缺陷,導致電池過熱起火。

更早的2006年,鋰離子電池研制者索尼也曾進行全球召回。索尼為全球十余家電腦企業生產筆記本電池組,因生產過程中混入金屬微粒,導致電池短路起火。

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