手機電池技術大揭密:三星沒有使用最安全的電池?

目前電池安全做到什麼地步了?如何正確使用電池?三星 Note 7 用的電池又到底是哪裡出了問題?
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本文來自合作媒體 騰訊科技 ,INSIDE 授權轉載

不知道你們有沒有同感?最近坐在辦公室裡,一聽到身邊響起三星專屬鈴聲心裡就會「抖」一下。

30 多起「爆機」事件後,Note 7 幾乎成了「過街老鼠」,各大航空公司紛紛以電池存在安全隱患為由封殺 Note 7。儘管在幾次三番的表態中,三星與其電池供應商 SDI 在電池是否是爆炸元兇的問題上說法不一,前後矛盾,但手機電池安全還是毫無意外地被推上台前。

目前電池安全做到什麼地步了?如何正確使用電池?瞭解這些問題,或許你就會對「爆機」有全新的認識。

手機電池為什麼會爆炸?

我們現在使用的手機電池大多是鋰離子電池,引起鋰離子電池爆炸的常見原因有兩個:過熱和機械損壞。

過熱是鋰離子電池發生爆炸最常見的原因。這通常是指外部因素引起熱失控,也就是電池某一部分溫度升高,進而導致其他部分溫度升高,這樣,電池發熱部分越來越多,形成惡性循環,電池內電解質開始膨脹,蒸汽出現,最終導致電池因內壓過大而爆炸。

機械損壞是另一個原因,簡單來說就是擠壓引起短路。鋰離子電池有輕巧耐用的特點,從當年笨重的「大哥大」到今天輕薄時髦的智慧型手機,電池的改良起到了重要作用。但也正是因為今天我們對於輕便越來越執著的追求,鋰離子電池在設計上,其外殼和正負級之間的隔膜越來越薄,這就為電池安全埋下了隱患。因為一旦隔膜損壞,就可能引起短路,導致電池內部生熱。

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那麼 Note 7 爆炸屬於哪種原因呢?不久前,三星曾表示「生產過程中一個罕見的錯誤導致電池正負極相觸,造成電池過熱」,這似乎是在描述內部短路,但目前三星沒有對此給出更多細節。

有外媒依據網傳的爆炸圖片及當事人描述猜測,Note 7 爆炸正是由機械損壞導致的短路引起。因為在多起爆炸事件中,當事人並沒有在給手機充電,沒有提到手機在爆炸前出現膨脹的情況,並且從爆炸後的圖片來看,如果是過熱導致的爆炸,手機燒毀面積應該更大。
最近有 SDI(Note 7 電池供應商)的內部人士也表示,爆炸是由於電池 R 角位出現了正負極短路的問題。

現在有哪些可靠的技術可以防止電池爆炸?

需要說明的是,無論是哪種原因引起的失控,不同電池電芯的表現形式不同,有的會起火,但並不一定會爆炸。在工業上,針對不同的安全問題,鋰離子電池會採用不同的安全技術,例如熱熔斷器、熱敏電阻可以用來防止短路引起的過熱。

而在防止電池爆炸方面,最傳統的解決方案是增加安全閥。當電池內壓過大時,氣體可以通過安全閥逃逸出去,從而阻止爆炸發生。

類似的辦法是把電池外殼做薄,這可能聽起來有點不可思議,電池外殼越薄,不就越容易開裂?但事實上,正是因為輕薄的電池外殼能夠承受的壓力更小,所以可以在電池發生熱失控,但壓力還沒有達到特別危險的程度時及時裂開,相當於形成了一個安全閥。

另外還有使用抗燃型電解質。鋰離子電池採用的電解質一般都具有低沸點、低燃點的特點,一旦電池受到損壞,電解質暴露在空氣中,很可能就會帶來爆炸的危險。雖然說,研制出既具電池電解質理想屬性、又不會在遇熱或明火時燃燒的電解質幾乎是白日做夢,但是增加電解質的抗燃性還是有可能的。

什麼樣的手機電池比較安全?

前不久,著名拆機網站 iFixit 爆料,Note 7 大部份使用的都是鋰離子電池,而不是更為穩妥安全的聚合物鋰離子電池。那麼,這裡所說的聚合物鋰離子電池到底是什麼?它比其他電池更加安全嗎?

首先瞭解一下電池的分類。手機電池曾經歷過鎳鉻電池和鎳氫電池時代,而正如上文所說,由於在性能上與前兩者相比有明顯優勢,鋰離子電池已成為主流的手機電池。但是現在,鋰離子電池也衍生出了許多子種類。

根據鋰離子電池所用的電解材料,鋰離子電池可以分為液態鋰離子電池和聚合物鋰離子電池(簡稱聚鋰電池)。兩者的區別就在於,液態鋰離子電池使用的是液體電解質,聚合物鋰離子電池則以「乾態」或「膠態」的固體聚合物電解質來代替。此外,鋰離子電池的生產成本要低一些。與普通液態鋰離子電池相比,聚鋰電池不僅容量更高、壽命更長、設計更加靈活,而且由於不存在漏液問題,安全性也更高。

雖然根據三星此前的表態,設計缺陷才是 Note 7 爆炸的直接原因,但是隨著 Note 7 電池容量增加以及快充技術的升級,使用液態鋰離子電池的風險也隨之增加。與之相比,目前蘋果、HTC 等品牌手機均採用了聚鋰電池,其中,蘋果從第一代 iPhone 開始就採用了聚鋰電池。

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▲第一代 iPhone 電池

對此曾有好事的網友在三星官網的 Live Chat 上詢問過技術專家,對方的回應是:三星採用傳統鋰離子電池而非聚鋰電池,是因為聚鋰電池有高電阻的問題,而且與其他更加成熟的電池技術相比,聚鋰電池充電時間較長,最大放點速率較低。
如何能避免電池爆炸?

但即使是相對安全的聚鋰電池,也依然有可能因為溫度過高、短路、過度充電、遭遇重擊或電池損壞等發生爆炸。理論上,沒有一款電池可以做到絕對安全,安全只能是相對於不同的標準而言。

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▲不同的電池安全標準

所以,在平時使用中,我們還是要避免極端情況,以下是部分鋰離子電池安全使用指南:

使用手機生產商提供的原配電池,不要因貪圖便宜而使用不知名的廠商生產的電池(雖然 Note 7 事件讓這一條顯得十分尷尬,但購買來路不明的電池只會增加風險);

不要在溫度過高或過低(低於零度)的環境中充電,溫度過高容易引起電池過熱,而溫度過低時,金屬鋰會在負極表面析出形成鋰結晶,鋰結晶沈積會刺穿隔膜造成電池內短路(但現在有些電池已經加入了低溫環境中阻止充電的技術);

如果你需要在充電時使用某些容易使手機發熱的功能,或徹夜充電,那麼最好摘掉手機套,以保證電池正常散熱;

保持手機有一半以上的電量對延長電池壽命很有幫助,因為鋰離子電池在低電壓下容易受損;

注意充電環境,盡量不要在易燃物附近、車內或安全通道內充電;

最後,不要玩花樣!你可能經常在網上看到虐機影片:用刀戳、用榔頭砸、用微波爐烤……不用浪費時間去模仿了,結局很可能只有一個——爆炸。


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