電池潛能有極限

現(xiàn)在，電池企業(yè)都在挖掘能量密度的潛能，追求把正極、負(fù)極、電池隔膜都做得更薄，各項(xiàng)指標(biāo)已趨于極限。

譬如電池隔膜，現(xiàn)在主流高端手機(jī)應(yīng)用的隔膜已經(jīng)達(dá)到7微米，而理論極限是3微米。這對(duì)電池安全管理提出了越來越大的挑戰(zhàn)。

外部加熱也可導(dǎo)致鋰離子電池過熱并最終起火。9月20日，韓國《朝鮮日?qǐng)?bào)》報(bào)道稱，此前中國曝出兩例手機(jī)起火事件，經(jīng)其實(shí)驗(yàn)檢測發(fā)現(xiàn)，中國Note7手機(jī)起火原因疑似外部加熱，并高度懷疑是用電磁爐加熱起火所致。報(bào)道還稱，三星考慮起訴兩名制造虛假爆炸的中國消費(fèi)者。

現(xiàn)在的手機(jī)電池為鋰離子電池，分為正極、負(fù)極、電解液三部分，正極與負(fù)極由隔膜分開。充電時(shí)鋰離子由正極向負(fù)極運(yùn)動(dòng)而嵌入石墨層中。放電時(shí)，鋰離子從石墨晶體內(nèi)負(fù)極表面脫離移向正極。如果電池的正極與負(fù)極直接接觸，電池內(nèi)部將會(huì)短路并出現(xiàn)燃燒甚至爆炸。

鋰離子電池1992年由索尼研發(fā)成功，它的實(shí)用化讓手機(jī)、筆記本電腦、計(jì)算器等攜帶型電子設(shè)備的重量和體積大大減小。雖已應(yīng)用20余年，但任何一個(gè)廠家都不敢百分之百保證其電池絕對(duì)安全，起火事故時(shí)有發(fā)生。

溫度是關(guān)鍵

觸發(fā)鋰離子電池事故的主要因素是溫度；但鋰離子電池又只能在一定的溫度范圍內(nèi)才能正常工作。

低溫環(huán)境下，電池容量放不出來，也充不進(jìn)去。冬季去過東北等寒冷地區(qū)的人會(huì)深有體會(huì)，手機(jī)耗電更快，但充電變慢。

高溫環(huán)境更加危險(xiǎn)，鋰離子電池正常工作溫度一般為45攝氏度以下，如果達(dá)到90-100度，問題就發(fā)生了，電池就會(huì)引起一系列“自生熱反應(yīng)”。發(fā)生問題的起始溫度因電池材料不同會(huì)有差異，但都會(huì)有一個(gè)極限溫度。

達(dá)到這個(gè)溫度電池會(huì)形成副反應(yīng)，一般是放熱反應(yīng)，也有吸熱反應(yīng)。這種副反應(yīng)會(huì)引起溫度升高并形成連鎖反應(yīng)。當(dāng)溫度達(dá)到150-250度時(shí)，熱失控就會(huì)發(fā)生。熱失控是指隔膜崩潰、電解液燃燒，最高能達(dá)到900度以上高溫。

在這個(gè)過程中，有幾個(gè)特征溫度：自生熱起始溫度、熱失控起始溫度和熱失控最高溫度。不同電池材料，這幾個(gè)溫度值會(huì)有差異。譬如有的電池?zé)崾Э刈罡邷囟雀哌_(dá)900度以上，有的則只有三四百度。有的電池?zé)崾Э刂皇敲盁?，有的電池則會(huì)起火甚至爆炸。

電池難以百分百安全

導(dǎo)致電池溫度升高的原因主要可分為兩類：電池短路和過充。

電池短路成因復(fù)雜，既有可能是電池本身的問題，與其實(shí)際應(yīng)用也有關(guān)系。電池材料中含有金屬雜質(zhì)，工藝環(huán)節(jié)中正負(fù)極錯(cuò)位、電解液不均勻等都有可能導(dǎo)致短路并觸發(fā)電池溫度升高最終發(fā)生熱失控。

在實(shí)際應(yīng)用中，大電流充電、低溫充電、碰撞跌落等，也有可能造成短路。

電池在研發(fā)環(huán)節(jié)要經(jīng)過充分的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，生產(chǎn)過程中進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控并通過安全監(jiān)測才能出廠。即便實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證充分，也很難全部模擬全部的實(shí)際使用情況。通過安全檢測也不能保證電池一定安全，換言之，安全性是幾率問題。

此次三星Note7手機(jī)因電池故障導(dǎo)致大規(guī)模召回，在其它領(lǐng)域，鋰離子電池也曾引發(fā)召回或安全事件。

2013年波音787飛機(jī)頻繁出現(xiàn)起火事故，引發(fā)公眾質(zhì)疑。最終調(diào)查結(jié)論是波音787選用的鋰離子電池存在缺陷，導(dǎo)致電池過熱起火。

更早的2006年，鋰離子電池研制者索尼也曾進(jìn)行全球召回。索尼為全球十余家電腦企業(yè)生產(chǎn)筆記本電池組，因生產(chǎn)過程中混入金屬微粒，導(dǎo)致電池短路起火。