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鋰電池緣何成為"炸彈"?

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2022年09月17日  

前段時間,三星公司的旗艦智能手機GalaxyNote7一直牢牢占據著新聞頭條,這倒不是因為它的性能或是設計有多么出眾(當然Note7的性能和設計的確很好),而是因為其在上市后的短時間內,即被發現內置電池存在重大安全隱患,手機無故發生爆炸的幾率更是遠遠超出正常范圍。事件一出,三星公司瞬間遭受巨大打擊,損失無數金錢,而電子產品消費者乃至于各界人士也開始“談虎色變”,這從最近部分公司將三星手機含義為民航危險品的“無厘頭”行為之中可見一斑。


不過話說回來,在日常生活中,電子產品爆炸絕非罕見,那么這些原本應該服務消費者的設備突然搖身一變成為“炸彈”,又是怎么回事呢?我們不妨來看一看這篇文章從化學角度給出的解讀。


都是鋰離子電池,但為何有著千差萬別?


在如今,絕大多數電子產品已經邁入了“鋰離子電池時代”,作為一種已經有著較多應用相關相關經驗的電池,鋰離子電池具有壽命長、容量大、造價不高等特點,因此它受到廣泛歡迎完全是在情理之中。不過,雖然很多種電池都可以被稱為“鋰離子電池”,但是你是否了解,鋰離子電池和鋰離子電池之間,也有著很大差異呢?實際上,鋰離子電池可以大體分為兩類——即傳統鋰離子電池和鋰離子聚合物電池,它們在諸多性質上都有著不同之處:


傳統鋰離子電池:此類電池的典型代表,即是在各種“充電寶(移動電源)”之中頻繁出鏡的18650鋰離子電池,該電池以其外觀特點(直徑18mm,高65mm,呈圓柱形)而得名,因成本低廉、經久耐用而成為了當今鋰離子電池市場的“戰斗機”。傳統鋰離子電池與其他傳統電池類似,均含有負責轉移電子(因為電池充放電本質上即為電子定向移動的過程)的電解液,所以要一定的包裝體積(這有時會令它并不便攜),以及負責保護電解液的硬質外殼。


鋰離子聚合物電池:在目前,所有的手機、平板電腦等便攜電子產品,以及絕大多數筆記本電腦所采用的電池均為此類。鋰離子聚合物電池由于利用聚合物串聯電池結構,使其僅要少量液體電解質,因此該類電池并不要硬質外殼做保護,形狀沒有限制,其包裝體積也可大大減少。基于這些特點,鋰離子聚合物電池在一些追求輕便、對設備厚度有要求的電子產品之中大量裝備,并大有取代傳統鋰離子電池的趨勢。


鋰離子電池緣何成為“炸彈”?


在文章開頭所述的三星GalaxyNote7爆炸事件中,三星公司于隨后證實,手機爆炸燃燒與其鋰離子電池的設計缺陷密切相關。而在近些年出現的電子產品爆炸事件(例如索尼筆記本電腦于2006年出現爆炸事件,最后導致索尼公司進行了問題產品的全球召回)之中,無一例外均是鋰離子電池發生了爆炸。從化學的角度來看,引發鋰離子電池爆炸的原因有很多,其中相當一部分原因和廠商的設計缺陷有很大關系。


眾所周知,電池爆炸的一個重要誘因即是電池短路(即電池所在的電路中沒有用電器,以至短時間內通過電池內部的電流過大的現象),而無論是電池短路還是過度充電(鋰離子電池爆炸的另一個重要誘因,即電池充電電壓高于其設定的上限),都會導致鋰離子電池內部在短時間內積聚大量的熱量和氣體(鋰離子電池工作時會生成氣體),這樣一來,為了釋放壓力,鋰離子電池要么會激發內部的壓力釋放裝置,要么會直接使其外殼裂開,而這兩種情況均會導致電池內部材料直接接觸空氣,從而發生燃燒。


一般而言,鋰離子電池爆炸燃燒很少會因為外部電路故障,這也就意味著絕大多數的鋰離子電池爆炸燃燒事件,均源于電池內部的設計缺陷。例如在前面所述的索尼筆記本電池爆炸事件中,問題電池的電解液部分即被檢出了金屬雜質,該事故也正是因金屬雜質造成了意料之外的導電,形成了內部短路而誘發爆炸的。無獨有偶,波音787飛機鋰離子電池起火事件,也和飛機電池在特殊環境下,電解液的性能大幅下降,從而誘發內部短路有關。


當然,這兩起鋰離子電池爆炸燃燒事件之中,所涉及的均為傳統的鋰離子電池,而本次三星GalaxyNote7爆炸事件中的“主角”則是鋰離子聚合物電池,那么鋰離子聚合物電池在此類事件之中,又有什么特殊之處呢?其實一般而言,鋰離子聚合物電池由于并不具備硬質外殼,劇烈爆炸燃燒的可能性已經大大降低,此類電池在出現爆炸事故時,會因外殼的抗沖擊能力差而提前爆開,從而通常表現為爆炸后緩慢燃燒。不過,鋰離子聚合物電池在形狀上的高度可變性,既能夠給設備生產廠商以更多的自由設計空間,也往往要對電池組部分進行額外的設計。這樣一來,便難免出現電池組設計不過關,進而引發事故的情況。在本次三星GalaxyNote7爆炸事件之中,目前已經初步確定的是,生產工藝存在重大缺陷的電池組很可能便是爆炸的元兇。


如何防止爆炸事件重演?


雖然三星公司已經展開了針對載有問題電池的產品的召回行動,但事件所造成的惡劣影響,包括對品牌形象、價值、公司聲譽的破壞,勢必已經無法挽回,該事件也可以被列入鋰離子電池發展歷史上的大型安全事故之一。既然如此,那么我們究竟要從哪方面加以改善,才能防止事故的重演呢?


在鋰離子聚合物電池得到了大面積推廣的今天,各大鋰離子電池廠商所要做的最重要的一件事,無疑是加強對電池安全的把控。這既要進行嚴格的產品出廠檢測、新產品測試和良品率控制,也離不開對電池設計工作的重視和投入。畢竟從理論上來講,一塊設計、生產完全合格的電池,長期使用后出現事故的概率極低,即使出現事故也并不會損毀廠商的信譽,但倘若電池在這些環節出現了重大問題,那廠商可就要付出慘痛的代價了。


而有關消費者們來說,選擇靠譜的鋰離子電池,和在適當的環境下正確地使用鋰離子電池,都是防止事故的關鍵。一些消費者貪圖一時便宜,選擇各種不正規電池的行為,其實已經為日后的使用埋下了隱患;同樣的是,即使是一塊完全合格的鋰離子電池,消費者假如沒有在適當的環境下使用(如在極端天氣、水中、高溫環境下使用電池),或是用不恰當的方法來對待電池(例如摔砸、劃開鋰離子電池),都可能導致事故的發生。

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