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三星Note7频繁爆炸 深入探讨锂电池安全问题

导读: 随着发售的持续,我们不禁要问:国行版Note 7究竟是不是电池出了问题,锂电池的工作原理是怎样的,这次的电池事故将会对整个电池、手机行业造成怎样的影响?

  自从8月19日起在国外公开发售,9月1日起在中国公开发售以来,国内外都陆续发生了一系列关于三星 Note 7 的电池事故。

  对于第一批出问题的Note 7,三星表示是由于电池的质量瑕疵导致,因此实施了大范围的召回和换机。但是近日,国内发生的几起本不在召回范围内的,三星认为没有质量问题的国行版Note 7电池事故,又为这一事件蒙上了一层阴影。

  虽然三星和国行版电池供应商ATL在9月19日曾先后发表声明称,国内的Note 7电池事故并非由电池质量瑕疵引起,而是外部加热所致。但这一结论并没有受到购机用户的认可,他们纷纷表示自己并没有对Note 7进行外部加热,并且使用的是官方标配的充电器。

  随着发售的持续,我们不禁要问:国行版Note 7究竟是不是电池出了问题,锂电池的工作原理是怎样的,这次的电池事故将会对整个电池、手机行业造成怎样的影响?

  围绕相关问题,我们进行了一次彻底的解答和科普。

  锂电池的运行原理介绍

  锂离子电池于上个世纪90年代末期引入中国,经过20多年的发展,在二次电池 (非一次性使用电池) 市场,相比于铅酸蓄电池和镍铬镍氢电池,锂电池依然是小众群体。根据调查,目前的市场占有率大约是20%-30%左右。从这一较低的市场占有率其实也能反应出,锂离子电池的确具有一些致命的缺陷。

  虽然如此,但是我们并不能否认锂离子电池的各种优势。例如锂离子电池的工作电压一般可以达到3.5v-3.8V之间,实验室研制的锂离子电池更是可以高达5V,另外锂离子电池在容量和能量密度方面也要更出色,上述两点特性通常优于传统镍铬镍氢电池两倍以上。更重要的一点是,不同于传统的重金属元素电池,锂离子电池对于环境也更友好。

  一般锂离子电池主要由三个部分构成:正极、负极和电解液。

  正极材料在我国属于研究比较早,产业发展也比较早的一块,一般商用的有:层状结构的锰酸锂,尖晶石和橄榄石结构的锰系列材料和磷酸铁锂。负极方面商用的材料只有石墨。与传统二次电池不同,锂离子电池的电解液为有机电解液,这里面有一个重大的安全隐患就是,这个由有机物组成的电解液相对于水性电解液来说属于易燃物。

  需要指出的是,目前常见的商用电解盐是一种叫做六氟磷酸锂的物质。这种物质的特性之一就是环境温度达到60摄氏度就会发生分解,而这一温度在我们手机的日常使用中是非常容易达到的。六氟磷酸锂的分解还会释放气态物质,这就造成了很大的安全隐患。

  除了以上三大块之外,锂离子电池另一个比较重要的组成部分就是隔膜。隔膜通常由PP或者PE材料的塑料膜构成,它主要的作用就是隔离开电池的正极和负极,防止短路。需要注意的是,为了保证锂离子在充放电过程中的顺利通过,隔膜通畅都要求孔径结构的排布绝对均匀,因此对制造工艺要求很高,早年国内并不具备隔膜的生产能力。这里,隔膜的工艺水平也对电池的安全起到了重要作用。

  说到锂离子电池的工作原理,业界一般也称锂离子电池为“摇椅式电池”。如图所示,锂离子电池的正极通常选取的都是锂原子比较容易拖欠下来的材料,在充电时,锂原子脱离正极成为锂离子,然后经过电解液的运输,通过隔膜中间的孔径结构,达到负极,存储在石墨中。放电时,锂离子又脱离负极,经过电解液的运输,通过隔膜,回到正极材料中。这就是整个锂离子电池的充放电过程,锂离子在电池中就像人在摇椅中那样左右来回摇动。

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