锂电池缘何成为“炸弹”?

前段时间, 三星公司的旗舰智能手机GalaxyNote 7一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”, 这从最近部分航空公司将三星手机定义为民航危险品的“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“锂电池时代”, 作为一种已经有着较多应用经验的电池, 锂电池具有寿命长、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“锂电池”, 但是你是否知道, 锂电池和锂电池之间, 也有着很大差异呢?实际上, 锂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锂电池, 该电池以其外观特征(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, 所以需要一定的包装体积(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, 使其仅需要少量液体电解质, 因此该类电池并不需要硬质外壳做保护, 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 。
锂电池缘何成为“炸弹”?
在文章开头所述的三星Galaxy Note 7爆炸事件中, 三星公司于随后证实, 手机爆炸燃烧与其锂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, 无一例外均是锂电池发生了爆炸 。 从化学的角度来看, 引发锂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), 都会导致锂电池内部在短时间内积聚大量的热量和气体(锂电池工作时会生成气体), 这样一来, 为了释放压力, 锂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 。

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