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、負極、電池隔膜都做得更薄，各項指標(biāo)已趨于極限。

譬如電池隔膜，現(xiàn)在主流高端手機應(yīng)用的隔膜已經(jīng)達到7微米，而理論極限是3微米。這對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《朝鮮日報》報道稱，此前中國曝出兩例手機起火事件，經(jīng)其實驗檢測發(fā)現(xiàn)，中國Note7手機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。報道還稱，三星考慮起訴兩名制造虛假爆炸的中國消費者。

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

鋰離子電池1992年由索尼研發(fā)成功，它的實用化讓手機、筆記本電腦、計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，但任何一個廠家都不敢百分之百保證其電池絕對安全，起火事故時有發(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，也充不進去。冬季去過東北等寒冷地區(qū)的人會深有體會，手機耗電更快，但充電變慢。

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

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

在這個過程中，有幾個特征溫度：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，這幾個溫度值會有差異。譬如有的電池?zé)崾Э刈罡邷囟雀哌_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)中正負極錯位、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)過充分的實驗驗證，生產(chǎn)過程中進行嚴格監(jiān)控并通過安全監(jiān)測才能出廠。即便實驗驗證充分，也很難全部模擬全部的實際使用情況。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。