中國儲能網(wǎng)訊：三星Note 7的電池為何會發(fā)生起火爆炸？
9月14日，國家質(zhì)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(xiàn)短路現(xiàn)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Note 7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。
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(shù)碼相機以及智能手機等數(shù)碼產(chǎn)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(gòu)造上看，鋰電池由電芯和外面的電池保護系統(tǒng)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(tǒng)。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(jié)構(gòu)的空隙里，驅(qū)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(xiàn)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(chǎn)生化學反應(yīng)，電池溫度過高最終爆燃起火。
在密閉的狹小空間內(nèi)裝入了那么多的材料，產(chǎn)生化學反應(yīng)溫度升高，無法及時散熱，這就符合爆炸的條件?，F(xiàn)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(nèi)人士則認為，三星的電池問題量產(chǎn)前不做不可靠性測試是不可能的，出現(xiàn)問題極有可能是電芯的材料后來出現(xiàn)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(yīng)商要打板子、設(shè)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(shù)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(nèi)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(nèi)部會產(chǎn)生高熱，造成部分電解液汽化，將電池外殼撐大。當電池內(nèi)部溫度高到135攝氏度時，質(zhì)量好的隔膜紙，會將細孔關(guān)閉，電化學反應(yīng)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(guān)閉率太差，或是細孔根本不會關(guān)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(nèi)部短路是指電芯內(nèi)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(jié)晶穿破膈膜所造成。但內(nèi)部短路造成爆炸的概率很小，可以觀察到的現(xiàn)象是電池漏電很快。
內(nèi)部短路發(fā)生爆炸主要原因是過充造成的，針狀鋰金屬結(jié)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(yīng)，溫度慢慢降下來。
過度追求能量密度
現(xiàn)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(xiàn)，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(xiàn)，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。”謝長君認為，廠商強行拔高電池能量密度，是導致手機電池出現(xiàn)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(chǎn)，而三星的另一供貨商ATL生產(chǎn)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(xiàn)，在能量密度上比ATL的產(chǎn)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(shè)計參數(shù)完全一模一樣的，說明SDI的工藝水平有差距?！?
謝長君稱，鋰電池誕生至今，技術(shù)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(chǎn)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(shù)，在很短時間內(nèi)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(guān)人士對澎湃新聞記者表示，快充的技術(shù)不能把電池能量密度做得過大，否則短時間內(nèi)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(shù)?！?
“鋰電池沒有百分之百安全，出現(xiàn)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(chǎn)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Note 7顯然是遠遠超出了這一控制線。
(原標題：不要以為只有三星的電池會炸：全行業(yè)都在提高電池能量密度)
