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锂电池缘何成为"炸弹"?

时间:2022-09-19 14:40:19来源:钜大LARGE

导语:​锂离子聚合物电池由于利用聚合物串联电池结构,使其仅要少量液体电解质,因此该类电池并不要硬质外壳做保护,形状没有限制,其包装体积也可大大减少。

  前段时间,三星公司的旗舰智能手机GalaxyNote7一直牢牢占据着新闻头条,这倒不是因为它的性能或是设计有多么出众(当然Note7的性能和设计的确很好),而是因为其在上市后的短时间内,即被发现内置电池存在重大安全隐患,手机无故发生爆炸的几率更是远远超出正常范围。事件一出,三星公司瞬间遭受巨大打击,损失无数金钱,而电子产品消费者乃至于各界人士也开始“谈虎色变”,这从最近部分公司将三星手机含义为民航危险品的“无厘头”行为之中可见一斑。

  不过话说回来,在日常生活中,电子产品爆炸绝非罕见,那么这些原本应该服务消费者的设备突然摇身一变成为“炸弹”,又是怎么回事呢?我们不妨来看一看这篇文章从化学角度给出的解读。

  都是锂离子电池,但为何有着千差万别?

  在如今,绝大多数电子产品已经迈入了“锂离子电池时代”,作为一种已经有着较多应用相关相关经验的电池,锂离子电池具有寿命长、容量大、造价不高等特点,因此它受到广泛欢迎完全是在情理之中。不过,虽然很多种电池都可以被称为“锂离子电池”,但是你是否了解,锂离子电池和锂离子电池之间,也有着很大差异呢?实际上,锂离子电池可以大体分为两类——即传统锂离子电池和锂离子聚合物电池,它们在诸多性质上都有着不同之处:

  传统锂离子电池:此类电池的典型代表,即是在各种“充电宝(移动电源)”之中频繁出镜的18650锂离子电池,该电池以其外观特点(直径18mm,高65mm,呈圆柱形)而得名,因成本低廉、经久耐用而成为了当今锂离子电池市场的“战斗机”。传统锂离子电池与其他传统电池类似,均含有负责转移电子(因为电池充放电本质上即为电子定向移动的过程)的电解液,所以要一定的包装体积(这有时会令它并不便携),以及负责保护电解液的硬质外壳。

  锂离子聚合物电池:在目前,所有的手机、平板电脑等便携电子产品,以及绝大多数笔记本电脑所采用的电池均为此类。锂离子聚合物电池由于利用聚合物串联电池结构,使其仅要少量液体电解质,因此该类电池并不要硬质外壳做保护,形状没有限制,其包装体积也可大大减少。基于这些特点,锂离子聚合物电池在一些追求轻便、对设备厚度有要求的电子产品之中大量装备,并大有取代传统锂离子电池的趋势。

  锂离子电池缘何成为“炸弹”?

  在文章开头所述的三星GalaxyNote7爆炸事件中,三星公司于随后证实,手机爆炸燃烧与其锂离子电池的设计缺陷密切相关。而在近些年出现的电子产品爆炸事件(例如索尼笔记本电脑于2006年出现爆炸事件,最后导致索尼公司进行了问题产品的全球召回)之中,无一例外均是锂离子电池发生了爆炸。从化学的角度来看,引发锂离子电池爆炸的原因有很多,其中相当一部分原因和厂商的设计缺陷有很大关系。

  众所周知,电池爆炸的一个重要诱因即是电池短路(即电池所在的电路中没有用电器,以至短时间内通过电池内部的电流过大的现象),而无论是电池短路还是过度充电(锂离子电池爆炸的另一个重要诱因,即电池充电电压高于其设定的上限),都会导致锂离子电池内部在短时间内积聚大量的热量和气体(锂离子电池工作时会生成气体),这样一来,为了释放压力,锂离子电池要么会激发内部的压力释放装置,要么会直接使其外壳裂开,而这两种情况均会导致电池内部材料直接接触空气,从而发生燃烧。

  一般而言,锂离子电池爆炸燃烧很少会因为外部电路故障,这也就意味着绝大多数的锂离子电池爆炸燃烧事件,均源于电池内部的设计缺陷。例如在前面所述的索尼笔记本电池爆炸事件中,问题电池的电解液部分即被检出了金属杂质,该事故也正是因金属杂质造成了意料之外的导电,形成了内部短路而诱发爆炸的。无独有偶,波音787飞机锂离子电池起火事件,也和飞机电池在特殊环境下,电解液的性能大幅下降,从而诱发内部短路有关。

  当然,这两起锂离子电池爆炸燃烧事件之中,所涉及的均为传统的锂离子电池,而本次三星GalaxyNote7爆炸事件中的“主角”则是锂离子聚合物电池,那么锂离子聚合物电池在此类事件之中,又有什么特殊之处呢?其实一般而言,锂离子聚合物电池由于并不具备硬质外壳,剧烈爆炸燃烧的可能性已经大大降低,此类电池在出现爆炸事故时,会因外壳的抗冲击能力差而提前爆开,从而通常表现为爆炸后缓慢燃烧。不过,锂离子聚合物电池在形状上的高度可变性,既能够给设备生产厂商以更多的自由设计空间,也往往要对电池组部分进行额外的设计。这样一来,便难免出现电池组设计不过关,进而引发事故的情况。在本次三星GalaxyNote7爆炸事件之中,目前已经初步确定的是,生产工艺存在重大缺陷的电池组很可能便是爆炸的元凶。

  如何防止爆炸事件重演?

  虽然三星公司已经展开了针对载有问题电池的产品的召回行动,但事件所造成的恶劣影响,包括对品牌形象、价值、公司声誉的破坏,势必已经无法挽回,该事件也可以被列入锂离子电池发展历史上的大型安全事故之一。既然如此,那么我们究竟要从哪方面加以改善,才能防止事故的重演呢?

  在锂离子聚合物电池得到了大面积推广的今天,各大锂离子电池厂商所要做的最重要的一件事,无疑是加强对电池安全的把控。这既要进行严格的产品出厂检测、新产品测试和良品率控制,也离不开对电池设计工作的重视和投入。毕竟从理论上来讲,一块设计、生产完全合格的电池,长期使用后出现事故的概率极低,即使出现事故也并不会损毁厂商的信誉,但倘若电池在这些环节出现了重大问题,那厂商可就要付出惨痛的代价了。

  而有关消费者们来说,选择靠谱的锂离子电池,和在适当的环境下正确地使用锂离子电池,都是防止事故的关键。一些消费者贪图一时便宜,选择各种不正规电池的行为,其实已经为日后的使用埋下了隐患;同样的是,即使是一块完全合格的锂离子电池,消费者假如没有在适当的环境下使用(如在极端天气、水中、高温环境下使用电池),或是用不恰当的方法来对待电池(例如摔砸、划开锂离子电池),都可能导致事故的发生。


标签: 锂电池

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