鉅大LARGE | 點擊量：1083次 | 2018年11月02日
全行業(yè)都在提高電池能量密度
國家質檢總局要求三星召回部分Note7手機時曾提及，這批手機的電池在陽極與陰極隔離膜局部變薄，并且絕緣膠帶未完全覆蓋極板涂層的情況下，出現短路現象，導致電池異常發(fā)熱，極端情況下可能發(fā)生燃燒，存在安全隱患。
這解釋了三星Note7的電池發(fā)生起火爆炸事故的基本原理。這其實也是大部分智能手機采用的鋰電池，都需要面對的風險。在手機普及度如此之高的今天，這種風險究竟有多大？為什么鋰電池會發(fā)生起火爆炸？
就此，澎湃新聞記者采訪了多名專家和行業(yè)人士。
鋰電池的工作原理
先來認識下鋰電池。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
小型、商用化的鋰電池，是日本索尼公司在1991年首先推出的。這種小型鋰電池被普遍用于筆記本電腦、數碼相機以及智能手機等數碼產品。
人們對鋰電池的認識，更多是功能手機時代那個可以拿出來充電的小長方形電池。進入智能手機時代，鋰電池被鑲嵌在手機里面，鋰電池開始變得神秘起來。
從構造上看，鋰電池由電芯和外面的電池保護系統組成。電芯被稱為鋰電池“心臟”，含有正負極材料、電解液、隔膜層以及外殼，外面是電池的保護系統。電芯的負極材料是石墨，正極材料為錳酸鋰、鈷酸鋰等鋰分子的材料，正極決定電池的能量。
隔膜層把正負極材料完全區(qū)隔開來，一旦正負極直接接觸，就會發(fā)生電池短路，乃至電池起火爆炸。
通俗一點的說，隔膜層像一張紙，不斷折疊在小小的電池盒里，隔膜層里充滿了正負極材料和電解液。充電時，外來的電場把正極材料里面鋰分子激活趕到負極存儲在石墨碳結構的空隙里，驅趕的鋰分子越多存儲的能量就越大；放電時，把負極里面的鋰離子趕到正極，鋰離子又變成了原有正極材料里的鋰分子。如此循環(huán)往復，充電放電。
隔膜層出現問題
武漢理工大學教授、新能源汽車檢測與控制研究所所長謝長君在接受澎湃新聞（www.thepaper.cn）記者采訪時稱，三星電池爆燃主要原因是隔膜層出問題，導致正負極接觸面過大，正負極材料產生化學反應，電池溫度過高最終爆燃起火。
在密閉的狹小空間內裝入了那么多的材料，產生化學反應溫度升高，無法及時散熱，這就符合爆炸的條件?，F在手機外殼都是密閉，三星旗艦手機甚至大都具備防水性能，這對電池的發(fā)熱、散熱的要求很高。
在薄薄一層隔膜上涂上電池材料，工藝難度極高，稍微涂抹不均勻也會導致電池局部過熱，但一旦鋰金屬晶體刺穿隔膜破裂導致正負極大面積接觸，電芯過熱就會引發(fā)熱失控，后果就是爆炸或起火。
一位從事電池安全認證的業(yè)內人士則認為，三星的電池問題量產前不做不可靠性測試是不可能的，出現問題極有可能是電芯的材料后來出現了批次性問題，而且這種失效模式，充放電保護電路都沒抓住，“這次供應商要打板子、設計本身也是有問題，研發(fā)也要被打板子。”
鋰電池起火爆炸的三種原因
從技術層面看，鋰電池起火一般都是電池芯爆炸導致。這種起因可歸納為外部短路、內部短路、及過充三種。
電芯外部發(fā)生短路，電子組件又未能切斷回路時，電芯內部會產生高熱，造成部分電解液汽化，將電池外殼撐大。當電池內部溫度高到135攝氏度時，質量好的隔膜紙，會將細孔關閉，電化學反應終止或近乎終止，電流驟降，溫度也慢慢下降，進而避免了爆炸發(fā)生。但是，細孔關閉率太差，或是細孔根本不會關閉的隔膜紙，會讓電池溫度繼續(xù)升高，更多的電解液汽化，最后將電池外殼撐破，甚至將電池溫度提高到使材料燃燒并爆炸。
內部短路是指電芯內部發(fā)生微短路，銅箔與鋁箔的毛刺穿破隔膜，或是鋰離子的樹枝狀結晶穿破膈膜所造成。但內部短路造成爆炸的概率很小，可以觀察到的現象是電池漏電很快。
內部短路發(fā)生爆炸主要原因是過充造成的，針狀鋰金屬結晶刺穿薄膜，到處發(fā)生微短路，最后面積過大導致電芯溫度升高，最終導致爆炸。
當然，這些常規(guī)的鋰電池事故，電池廠商一般都會做足安全預案。外面的保護措施會對電壓、電流進行控制，一旦超過，就會啟動保護措施，讓電芯停止化學反應，溫度慢慢降下來。
過度追求能量密度
現在的問題是，消費者既希望智能手機輕薄時尚、屏幕大，又要求手機續(xù)航能夠夠長，起碼要支持一天續(xù)航。這就促使手機廠商，尋求能量密度更高的電池。
謝長君在接受澎湃新聞（www.thepaper.cn）記者采訪時稱，由于手機廠商競爭非常激烈，大家都想在電池續(xù)航上有更好的表現，競相提高電池密度，填充更多的正負極材料，這就把隔膜做得越來越薄。
“手機電池重量密度比一般在150WH/Kg（瓦時/千克），體積密度比在550WH/L（瓦時/升），三星可能為了有更好的表現，能量密度可能更高。那么隔膜層就會非常薄，太薄就會出問題。正負極一接觸就會發(fā)生短路?！敝x長君認為，廠商強行拔高電池能量密度，是導致手機電池出現起火爆炸的主要原因。
鑒于這次發(fā)生起火爆炸事故的電池，基本上均由三星子公司SDI生產，而三星的另一供貨商ATL生產的電池尚未被列入風險名單，謝長君認為，不排除三星自家的電池公司SDI為了有更好的表現，在能量密度上比ATL的產品更高，“如果三星給ATL只是提出電池的尺寸和能量要求，那么ATL可以用自己的方案；如果ATL和SDI的電池設計參數完全一模一樣的，說明SDI的工藝水平有差距?！?/p>
謝長君稱，鋰電池誕生至今，技術上沒有非常大的革新，日韓、美國和中國的目標是，2020年把鋰電池能量密度提升至300WH/Kg。產業(yè)界還是圍繞提高電池能量密度做文章。
快速充電風險
除了能量密度越來越高，還有手機廠商開發(fā)的快充技術，在很短時間內把電池充滿。這種快速充電也被認為會導致電池過熱起火的原因。
一位手機廠商相關人士對澎湃新聞記者表示，快充的技術不能把電池能量密度做得過大，否則短時間內快速充電可能導致電池過熱短路?！氨热鐑蓚€杯子里分別裝滿了細沙和粗砂，往里面倒水，細沙肯定是倒不進去的。但快充需要隔膜層開洞多個接口充電，這需要廠商有自己的技術。”
“鋰電池沒有百分之百安全，出現一定比例的爆炸是可能的?！敝x長君稱，相信三星能解決電池頻頻發(fā)生事故的問題，推出更安全更前瞻性的產品。
業(yè)界對鋰電電池故障率的要求是0.1ppm，即千萬分之一。也就是說，賣出1000萬手機，只能允許一臺發(fā)生事故的概率。三星Note7顯然是遠遠超出了這一控制線。
