科普:手机电池为啥会爆炸?锂电池工作原理

kk数码网 • 2021年10月27日 pm3:45 • 手机 • 阅读 258

最近大家都在热议三星Galaxy Note 7爆炸一事，其实不光三星手机，就连iPhone 都炸过，但别人家的手机不像三星这样可以接二连三地爆炸。与此同时此事件顺便也把锂电池安全炒到了沸点，不禁要问现在的智能手机真的要成为便携式炸弹了吗？

我们先来看一下锂电池工作原理：

充电的时候，在外加电场的影响下，正极材料LiCoO2分子里面的锂元素脱离出来，变成带正电荷的锂离子（Li），在电场力的作用下，从正极移动到负极，与负极的碳原子发生化学反应，生成LiC6，于是从正极跑出来的锂离子就很“稳定”的嵌入到负极的石墨层状结构当中。从正极跑出来转移到负极的锂离子越多，这个电池可以存储的能量就越多。

放电的时候刚好相反，内部电场转向，锂离子（Li）从负极脱离出来，顺着电场的方向，又跑回到正极，重新变成钴酸锂分子（LiCoO2）。从负极跑出来转移到正极的锂离子越多，这个电池可以释放的能量就越多。

在每一次充放电循环过程中，锂离子（Li）充当了电能的搬运载体，周而复始的从正极→负极→正极来回的移动，与正、负极材料发生化学反应，将化学能和电能相互转换，实现了电荷的转移，这就是“锂离子电池”的基本原理。由于电解质、隔离膜等都是电子的绝缘体，所以这个循环过程中，并没有电子在正负极之间的来回移动，它们只参与电极的化学反应。

了解了锂电池的基本工作原理后，我们在返回来看看此次三星Note7的电池为什么会爆炸。

在三星Note 7爆炸事件发生后，有权威专家（陈立桅）对爆炸电池进行了分析，称这次电池爆炸并不是偶然，而是必然，只不过三星Note 7提前敲响了警钟。并指出，在智能手机以超薄机身为主流设计的当下和智能手机续航成为最大的制约因素的双重作用下，大部分厂商会暴力提升续航能力，在电池体积不变的情况下强行提升电池的体积能量密度，这样导致的结果就是不得不采用了更薄的隔膜材料。

同样一块电池，如果隔离膜变薄，减少了这部分的体积，就能多装一点点正极和负极材料，可以提升电池能量密度和手机的续航时间。但是，越薄的隔膜对工艺的要求越严格，稍微的质量瑕疵或电池工艺失误都有可能造成隔膜缺陷，进而导致电池的短路。

同事专家还表示，手机厂商非常关注电池的体积能量密度。“几乎所有厂商都在追求在有限的体积内装进更多的电能，以延长续航能力。”

但是，业内共识，电池能量密度的提升需要一个长期的过程。专家解释：“储能行业和电子行业的发展规律有很大不同：后者是广为人知的摩尔定律，集成电路芯片中可容纳晶体管数目成指数增长，大约每18个月就能提高一倍；而电池性能的提升过程是台阶形的，在现有电池材料基础上，能量密度每年能有 2%—3%的提升已经相当不错。” 因此，电子产品的性能提升与电池的能量密度提升之间存在一个剪刀差，并且随着时间不断扩大。

专家坦言，目前手机电池的能量密度已经逼近“极限”，厂商为了能在更小的体积内提供更多的能量，只能想方设法挤压辅助材料所占的空间，给电池“瘦身”。可是，“瘦身”与“安全”在手机锂电池上却难以兼得。

那么问题来了，上文说的锂电池密度到底是什么鬼？到底对电池行业的影响有多大？

电池密度其实就是电池的平均单位体积或质量所释放出的电能。电池能量密度=电池容量 x 放电平台/电池厚度/电池宽度/电池长度。

可以说，能量密度是制约当前锂离子电池发展的最大瓶颈。不管是手机，还是电动汽车，人们都期待电池的能量密度能够达到一个全新的量级，使得产品的续航时间或续航里程不再成为困扰产品的主要因素。

针对能量密度成为瓶颈的现状，全球各国都制订了相关的电池产业政策目标，期望引领电池行业在能量密度方面取得显著的突破。中、美、日等国政府或行业组织所制定的2020年目标，基本上都指向300Wh/kg这一数值，相当于在当前的基础上提升接近1倍。2030年的远期目标，则要达到500Wh/kg，甚至700Wh/kg，电池行业必须要有化学体系的重大突破，才有可能实现这一目标。

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科普:手机电池为啥会爆炸?锂电池工作原理

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