國行版三星Note7第五炸！詳談鋰電池安全問題

8月末、9月初，三星Note7爆炸新聞偶見，同期歐洲開始對這款手機(jī)進(jìn)行召回;9月15日，美國地區(qū)的該款手機(jī)也在召回中，國外媒體報(bào)道，美國收到26宗燒傷和55宗財(cái)產(chǎn)損失的報(bào)告;中秋節(jié)前，三星開始對首批國內(nèi)體驗(yàn)機(jī)進(jìn)行召回(非正式零售版，共計(jì)1858臺)。

節(jié)后第一天，首臺國行Note7爆炸。昨晚，又一位用戶稱自己的國行版Note7爆炸。

在過去的這一周多時(shí)間里，另有3臺不在召回范圍內(nèi)的所謂“安全”國行Note7發(fā)生了爆炸，人們戲稱為“二炸、三炸、以及四炸”。面對事故，三星堅(jiān)稱“爆炸是外部加熱所致”。在真相水落石出之前，針對公眾比較關(guān)心的幾個問題，比如電池為何會爆炸?又應(yīng)該如何預(yù)防或減少電池爆炸帶來的傷害?為此我們請來了中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院安全室副主任何鵬林做了專業(yè)解讀。

手機(jī)電池命名的門道和基本構(gòu)造原理

鋰離子電池、聚合物鋰電池、軟包電池，隨著手機(jī)產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，以往這些冷僻字眼，更多的出現(xiàn)在選購過程中。在復(fù)雜的命名歸類機(jī)制下，其實(shí)電池種類并不復(fù)雜。

專家稱，“一般電池的構(gòu)造包含：正極、負(fù)極，中間傳遞帶電粒子的電解質(zhì)，以及防止正負(fù)極接觸后短路的隔膜。如果正負(fù)極之間移動的粒子是鋰離子，那么就可以稱為鋰離子電池。”

“對于鋰離子電池來說，如果正負(fù)極之間的電解質(zhì)是液態(tài)的，就為液態(tài)鋰離子電池，目前大部分鋰離子電池都屬于這種類型;如果將鋰離子電池中的電解液更換為凝膠狀態(tài)的高分子聚合物，就可以稱為鋰聚合物電池，這種電池仍屬于鋰離子電池范疇。”

所謂“軟包電池”只是把電池按封裝外殼的物理形態(tài)來區(qū)分的一種說法。早年間手機(jī)可更換電池的時(shí)候，多采用金屬鋁做外殼，就是硬殼電池;但如今電池藏在手機(jī)內(nèi)不需要更換，就選用了軟性的鋁塑膜作為包裝外殼，也就是所謂的“軟包電池”。

鋰離子電池為何容易起火爆炸?

相比較于傳統(tǒng)的鉛酸電池、鎳氫電池，無記憶效應(yīng)、能量密度高、綠色環(huán)保的優(yōu)越的性能使得鋰離子電池自上世紀(jì)90年代誕生以來，便得到了廣泛的應(yīng)用。然而，由于采用了極具氧化還原特性的材料體系，使得鋰離子電池更容易發(fā)生起火或者爆炸。

專家解釋，引發(fā)電池起火或者爆炸的因素可以歸結(jié)為內(nèi)部因素和外部因素兩種。

所謂內(nèi)部因素是指在電池設(shè)計(jì)制造過程中引入的金屬雜質(zhì)、極片毛刺等刺穿隔膜導(dǎo)致內(nèi)部電極短路等，從而引發(fā)電池內(nèi)部存儲的能量迅速釋放，產(chǎn)生高溫，而高溫又引起電池內(nèi)部材料發(fā)生急劇甚至是瞬間的氧化還原反應(yīng)，也就是起火或者爆炸。

而所謂的外部因素是指由于外界應(yīng)力，比如過充、短路、擠壓、針刺、高溫等引發(fā)的內(nèi)部材料的急劇反應(yīng)導(dǎo)致起火或者爆炸。例如，手機(jī)電池一般都設(shè)計(jì)有保護(hù)電路以防止過充、短路，但是在保護(hù)電路發(fā)生失效的情況下長時(shí)間充電就會造成過充，從而引發(fā)安全事故。

在某種意義上，電池的容量越大，風(fēng)險(xiǎn)等級越高。

電池是性能和安全的矛盾統(tǒng)一體

對于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的電池來說，簡單理解，“電極材料含量越多，容量越大”。并且，“正負(fù)極間的隔膜材料變薄，有利于提高容量、提升充放電速率”。所以當(dāng)你拿到一部高容量快充的手機(jī)時(shí)，它的隔膜可能會更薄一些。

按照專家的說法：手機(jī)越輕薄，用來安裝電池的空間就越小。而用戶卻希望待機(jī)時(shí)間越長越好，也就希望電池容量越大越好。利用有限的空間去設(shè)計(jì)盡量大容量的電池，也就意味著需要盡可能提高電池的能密度。減少電池里面的隔膜厚度，可以節(jié)省出空間來容納更多的正負(fù)極材料，從而提高電池容量。而隔膜變薄，卻更容易引發(fā)由金屬雜質(zhì)、極片毛刺引發(fā)的內(nèi)部短路。在受到高溫、過充等外在因素影響時(shí)也更容易熔化引發(fā)短路，從而導(dǎo)致起火或者爆炸。

曾有報(bào)道稱，本次三星Note7使用的SDI電池事故就與使用了超薄的隔膜有關(guān)。雖然這點(diǎn)尚未得到證實(shí)，但是從理論上來說還是有一定的合理性。

總體來說，電池的性能和安全二者在某種意義上是相互制約的。一味追求性能的提高，可能會降低其安全性。反之亦然。

高溫和低溫，都可能會讓手機(jī)變成炸彈

手機(jī)爆炸的原因多種多樣，比如手機(jī)部件斷裂或者內(nèi)部零件直接刺穿電池正負(fù)極(這種情況可見被坐彎、斷裂的手機(jī))。

這些事從感官上我們就能區(qū)分或驚醒，但有些致命問題卻常常被忽略——高溫以及低溫。

理論上手機(jī)電池會經(jīng)過130℃的高溫?zé)釣E用測試才算合格。

但在使用時(shí)，專家稱超過60℃的使用溫度就值得警惕(手機(jī)電池的規(guī)定使用溫度一般都低于60℃)，例如手機(jī)放置在汽車前擋風(fēng)玻璃附近溫度很容易超過80℃。

經(jīng)驗(yàn)告訴我們，一般手機(jī)在使用過程中表面溫度也就40℃左右。但是在長時(shí)間播放視頻、開啟導(dǎo)航等情況溫度可能會升高很多。

此時(shí)，手機(jī)處理器芯片可能工作在60℃以上，這些熱被分散傳遞出機(jī)身外;不過一旦手機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，溫度集中到離電池比較近的地方，事情就變得不穩(wěn)定了。有些手機(jī)爆炸事故可能就與高溫下使用有關(guān)。

另外，低溫下放電時(shí)正負(fù)極之間可能會析出金屬物質(zhì)。這個過程較為漫長，而且不可逆;慢慢的金屬會在正負(fù)極之間形成冰錐狀物體，可能會刺穿電池，然后發(fā)生起火或者爆炸。專家建議-20℃下就不要開機(jī)了，而實(shí)際上很多手機(jī)也都帶有低溫自動關(guān)機(jī)的保護(hù)功能。比如去年冬天北京最冷的那幾天，就有多個品牌的手機(jī)用戶反映在戶外出現(xiàn)手機(jī)自動關(guān)機(jī)現(xiàn)象。

如何減少受傷害機(jī)率

在采訪前本來打算問一下“手機(jī)電池從剛開始發(fā)現(xiàn)異常到爆炸，我們有幾秒應(yīng)急時(shí)間?”，但從現(xiàn)場看，不同因素引發(fā)的電池爆炸的情況不一，從一兩秒到幾十秒不等，所以我們能做的是盡量減少危險(xiǎn)操作。

然而怎么做呢?按照專家的說法不難總結(jié)為：比如手機(jī)受力彎折得比較嚴(yán)重時(shí)請盡量別再使用;電池出現(xiàn)鼓脹現(xiàn)象時(shí)，請立即通過正規(guī)途徑更換電池;后如果有條件，手機(jī)充滿電后還是盡量及早拔下充電器(雖然有有保護(hù)電路可以防止過充電，但是電路存在失效的概率);發(fā)覺手機(jī)莫名其妙燙了就關(guān)機(jī)讓它關(guān)機(jī)“冷靜一下”;零下十幾度盡量別操作手機(jī)，對手機(jī)好，手也暖和。私下里閑聊，專家戲稱“睡覺時(shí)，把手機(jī)放洗手間會安全些”(國內(nèi)外已經(jīng)發(fā)生多起夜間由手機(jī)電池引發(fā)的安全事故)。

電池產(chǎn)業(yè)未來的前景

遺憾的是，電池產(chǎn)業(yè)在未來可見的幾年內(nèi)可能仍舊不會有突破性進(jìn)展。如果說電池的發(fā)展軌跡是“首先是在技術(shù)方向上取得研究突破，然后再小批量試用以確定其穩(wěn)定性和可行性、最后才是量產(chǎn)市場化”，那么我們現(xiàn)在還處在第一步上，目前在研過程中的新技術(shù)距離市場化還有一段很長的路。

也因?yàn)榇耍謾C(jī)電池仍舊是“安全”和“性能”之間的博弈。每個廠商，都需要時(shí)時(shí)警醒。