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手机电池技术大揭密:三星没有使用最安全的电池?


2020-07-11


手机电池技术大揭密:三星没有使用最安全的电池?

不知道你们有没有同感?最近坐在办公室里,一听到身边响起三星专属铃声心里就会「抖」一下。

30 多起「爆机」事件后,Note 7 几乎成了「过街老鼠」,各大航空公司纷纷以电池存在安全隐患为由封杀 Note 7。儘管在几次三番的表态中,三星与其电池供应商 SDI 在电池是否是爆炸元兇的问题上说法不一,前后矛盾,但手机电池安全还是毫无意外地被推上台前。

目前电池安全做到什幺地步了?如何正确使用电池?了解这些问题,或许你就会对「爆机」有全新的认识。

手机电池为什幺会爆炸?

我们现在使用的手机电池大多是锂离子电池,引起锂离子电池爆炸的常见原因有两个:过热和机械损坏。

过热是锂离子电池发生爆炸最常见的原因。这通常是指外部因素引起热失控,也就是电池某一部分温度升高,进而导致其他部分温度升高,这样,电池发热部分越来越多,形成恶性循环,电池内电解质开始膨胀,蒸汽出现,最终导致电池因内压过大而爆炸。

机械损坏是另一个原因,简单来说就是挤压引起短路。锂离子电池有轻巧耐用的特点,从当年笨重的「大哥大」到今天轻薄时髦的智慧型手机,电池的改良起到了重要作用。但也正是因为今天我们对于轻便越来越执着的追求,锂离子电池在设计上,其外壳和正负级之间的隔膜越来越薄,这就为电池安全埋下了隐患。因为一旦隔膜损坏,就可能引起短路,导致电池内部生热。

手机电池技术大揭密:三星没有使用最安全的电池?

那幺 Note 7 爆炸属于哪种原因呢?不久前,三星曾表示「生产过程中一个罕见的错误导致电池正负极相触,造成电池过热」,这似乎是在描述内部短路,但目前三星没有对此给出更多细节。

有外媒依据网传的爆炸图片及当事人描述猜测,Note 7 爆炸正是由机械损坏导致的短路引起。因为在多起爆炸事件中,当事人并没有在给手机充电,没有提到手机在爆炸前出现膨胀的情况,并且从爆炸后的图片来看,如果是过热导致的爆炸,手机烧毁面积应该更大。
最近有 SDI的内部人士也表示,爆炸是由于电池 R 角位出现了正负极短路的问题。

现在有哪些可靠的技术可以防止电池爆炸?

需要说明的是,无论是哪种原因引起的失控,不同电池电芯的表现形式不同,有的会起火,但并不一定会爆炸。在工业上,针对不同的安全问题,锂离子电池会採用不同的安全技术,例如热熔断器、热敏电阻可以用来防止短路引起的过热。

而在防止电池爆炸方面,最传统的解决方案是增加安全阀。当电池内压过大时,气体可以通过安全阀逃逸出去,从而阻止爆炸发生。

类似的办法是把电池外壳做薄,这可能听起来有点不可思议,电池外壳越薄,不就越容易开裂?但事实上,正是因为轻薄的电池外壳能够承受的压力更小,所以可以在电池发生热失控,但压力还没有达到特别危险的程度时及时裂开,相当于形成了一个安全阀。

另外还有使用抗燃型电解质。锂离子电池採用的电解质一般都具有低沸点、低燃点的特点,一旦电池受到损坏,电解质暴露在空气中,很可能就会带来爆炸的危险。虽然说,研制出既具电池电解质理想属性、又不会在遇热或明火时燃烧的电解质几乎是白日做梦,但是增加电解质的抗燃性还是有可能的。

什幺样的手机电池比较安全?

前不久,着名拆机网站 iFixit 爆料,Note 7 大部份使用的都是锂离子电池,而不是更为稳妥安全的聚合物锂离子电池。那幺,这里所说的聚合物锂离子电池到底是什幺?它比其他电池更加安全吗?

首先了解一下电池的分类。手机电池曾经历过镍铬电池和镍氢电池时代,而正如上文所说,由于在性能上与前两者相比有明显优势,锂离子电池已成为主流的手机电池。但是现在,锂离子电池也衍生出了许多子种类。

根据锂离子电池所用的电解材料,锂离子电池可以分为液态锂离子电池和聚合物锂离子电池。两者的区别就在于,液态锂离子电池使用的是液体电解质,聚合物锂离子电池则以「乾态」或「胶态」的固体聚合物电解质来代替。此外,锂离子电池的生产成本要低一些。与普通液态锂离子电池相比,聚锂电池不仅容量更高、寿命更长、设计更加灵活,而且由于不存在漏液问题,安全性也更高。

虽然根据三星此前的表态,设计缺陷才是 Note 7 爆炸的直接原因,但是随着 Note 7 电池容量增加以及快充技术的升级,使用液态锂离子电池的风险也随之增加。与之相比,目前苹果、HTC 等品牌手机均採用了聚锂电池,其中,苹果从第一代 iPhone 开始就採用了聚锂电池。

手机电池技术大揭密:三星没有使用最安全的电池?
第一代 iPhone 电池

对此曾有好事的网友在三星官网的 Live Chat 上询问过技术专家,对方的回应是:三星採用传统锂离子电池而非聚锂电池,是因为聚锂电池有高电阻的问题,而且与其他更加成熟的电池技术相比,聚锂电池充电时间较长,最大放点速率较低。
如何能避免电池爆炸?

但即使是相对安全的聚锂电池,也依然有可能因为温度过高、短路、过度充电、遭遇重击或电池损坏等发生爆炸。理论上,没有一款电池可以做到绝对安全,安全只能是相对于不同的标準而言。

手机电池技术大揭密:三星没有使用最安全的电池?
不同的电池安全标準

所以,在平时使用中,我们还是要避免极端情况,以下是部分锂离子电池安全使用指南:

使用手机生产商提供的原配电池,不要因贪图便宜而使用不知名的厂商生产的电池;

不要在温度过高或过低的环境中充电,温度过高容易引起电池过热,而温度过低时,金属锂会在负极表面析出形成锂结晶,锂结晶沈积会刺穿隔膜造成电池内短路;

如果你需要在充电时使用某些容易使手机发热的功能,或彻夜充电,那幺最好摘掉手机套,以保证电池正常散热;

保持手机有一半以上的电量对延长电池寿命很有帮助,因为锂离子电池在低电压下容易受损;

注意充电环境,尽量不要在易燃物附近、车内或安全通道内充电;

最后,不要玩花样!你可能经常在网上看到虐机影片:用刀戳、用榔头砸、用微波炉烤……不用浪费时间去模仿了,结局很可能只有一个——爆炸。



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