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专家解答Note 7为何爆炸 真是微波炉干的?

8月末、9月初,三星Note7爆炸新闻偶见,同期欧洲开始对这款手机进行召回;9月15日,美国地区的该款手机也在召回中,国外媒体报道,美国收到26宗烧伤和55宗财产损失的报告;中秋节前,三星开始对首批国内体验机进行召回(非正式零售版,共计1858台)。

节后第一天 首台国行Note7爆炸。昨晚,又一位用户称自己的国行版Note7爆炸。

专家解答Note 7为何爆炸 真是微波炉干的?
现在常见的手机电池

这段话摘自十天前我们的一篇报道,在过去的这一周多时间里,另有3台不在召回范围内的所谓“安全”国行Note 7发生了爆炸,人们戏称为“二炸、三炸、以及四炸”。面对事故,三星坚称“爆炸是外部加热所致”。在真相水落石出之前,针对公众比较关心的几个问题,比如电池为何会爆炸?又应该如何预防或减少电池爆炸带来的伤害?为此我们请来了中国电子技术标准化研究院安全室副主任何鹏林做了专业解读。

手机电池命名的门道和基本构造原理

锂离子电池、聚合物锂电池、软包电池,随着手机产业不断发展,以往这些冷僻字眼,更多的出现在选购过程中。在复杂的命名归类机制下,其实电池种类并不复杂。

专家称,“一般电池的构造包含:正极、负极,中间传递带电粒子的电解质,以及防止正负极接触后短路的隔膜。如果正负极之间移动的粒子是锂离子,那么就可以称为锂离子电池。”

“对于锂离子电池来说,如果正负极之间的电解质是液态的,就为液态锂离子电池,目前大部分锂离子电池都属于这种类型;如果将锂离子电池中的电解液更换为凝胶状态的高分子聚合物,就可以称为锂聚合物电池,这种电池仍属于锂离子电池范畴。”

所谓“软包电池”只是把电池按封装外壳的物理形态来区分的一种说法。早年间手机可更换电池的时候,多采用金属铝做外壳,就是硬壳电池;但如今电池藏在手机内不需要更换,就选用了软性的铝塑膜作为包装外壳,也就是所谓的“软包电池”。

锂离子电池为何容易起火爆炸?

相比较于传统的铅酸电池、镍氢电池,无记忆效应、能量密度高、绿色环保的优越的性能使得锂离子电池自上世纪90年代诞生以来,便得到了广泛的应用。然而,由于采用了极具氧化还原特性的材料体系,使得锂离子电池更容易发生起火或者爆炸。

专家解答Note 7为何爆炸 真是微波炉干的?
各个形态的电池

专家解释,引发电池起火或者爆炸的因素可以归结为内部因素和外部因素两种。

所谓内部因素是指在电池设计制造过程中引入的金属杂质、极片毛刺等刺穿隔膜导致内部电极短路等,从而引发电池内部存储的能量迅速释放,产生高温,而高温又引起电池内部材料发生急剧甚至是瞬间的氧化还原反应,也就是起火或者爆炸。

而所谓的外部因素是指由于外界应力,比如过充、短路、挤压、针刺、高温等引发的内部材料的急剧反应导致起火或者爆炸。例如,手机电池一般都设计有保护电路以防止过充、短路,但是在保护电路发生失效的情况下长时间充电就会造成过充,从而引发安全事故。

在某种意义上,电池的容量越大,风险等级越高。

电池是性能和安全的矛盾统一体

对于传统结构的电池来说,简单理解,“电极材料含量越多,容量越大”。并且,“正负极间的隔膜材料变薄,有利于提高容量、提升充放电速率”。所以当你拿到一部高容量快充的手机时,它的隔膜可能会更薄一些。

按照专家的说法:手机越轻薄,用来安装电池的空间就越小。而用户却希望待机时间越长越好,也就希望电池容量越大越好。利用有限的空间去设计尽量大容量的电池,也就意味着需要尽可能提高电池的能密度。减少电池里面的隔膜厚度,可以节省出空间来容纳更多的正负极材料,从而提高电池容量。而隔膜变薄,却更容易引发由金属杂质、极片毛刺引发的内部短路。在受到高温、过充等外在因素影响时也更容易熔化引发短路,从而导致起火或者爆炸。

曾有报道称,本次三星Note7使用的SDI电池事故就与使用了超薄的隔膜有关。虽然这点尚未得到证实,但是从理论上来说还是有一定的合理性。

总体来说,电池的性能和安全二者在某种意义上是相互制约的。一味追求性能的提高,可能会降低其安全性。反之亦然。

高温和低温,都可能会让手机变成炸弹

手机爆炸的原因多种多样,比如手机部件断裂或者内部零件直接刺穿电池正负极(这种情况可见被坐弯、断裂的手机)。

这些事从感官上我们就能区分或惊醒,但有些致命问题却常常被忽略——高温以及低温。

理论上手机电池会经过130℃的高温热滥用测试才算合格。

但在使用时,专家称超过60℃的使用温度就值得警惕(手机电池的规定使用温度一般都低于60℃),例如手机放置在汽车前挡风玻璃附近温度很容易超过80℃。

经验告诉我们,一般手机在使用过程中表面温度也就40℃左右。但是在长时间播放视频、开启导航等情况温度可能会升高很多。

此时,手机处理器芯片可能工作在60℃以上,这些热被分散传递出机身外;不过一旦手机结构设计不合理,温度集中到离电池比较近的地方,事情就变得不稳定了。有些手机爆炸事故可能就与高温下使用有关。

另外,低温下放电时正负极之间可能会析出金属物质。这个过程较为漫长,而且不可逆;慢慢的金属会在正负极之间形成冰锥状物体,可能会刺穿电池,然后发生起火或者爆炸。专家建议-20℃下就不要开机了,而实际上很多手机也都带有低温自动关机的保护功能。比如去年冬天北京最冷的那几天,就有多个品牌的手机用户反映在户外出现手机自动关机现象。

如何减少受伤害机率

在采访前本来打算问一下“手机电池从刚开始发现异常到爆炸,我们有几秒应急时间?”,但从现场看,不同因素引发的电池爆炸的情况不一,从一两秒到几十秒不等,所以我们能做的是尽量减少危险操作。

然而怎么做呢?按照专家的说法不难总结为:比如手机受力弯折得比较严重时请尽量别再使用;电池出现鼓胀现象时,请立即通过正规途径更换电池;后如果有条件,手机充满电后还是尽量及早拔下充电器(虽然有有保护电路可以防止过充电,但是电路存在失效的概率);发觉手机莫名其妙烫了就关机让它关机“冷静一下”;零下十几度尽量别操作手机,对手机好,手也暖和。私下里闲聊,专家戏称“睡觉时,把手机放洗手间会安全些”(国内外已经发生多起夜间由手机电池引发的安全事故)。

电池产业未来的前景

遗憾的是,电池产业在未来可见的几年内可能仍旧不会有突破性进展。如果说电池的发展轨迹是“首先是在技术方向上取得研究突破,然后再小批量试用以确定其稳定性和可行性、最后才是量产市场化”,那么我们现在还处在第一步上,目前在研过程中的新技术距离市场化还有一段很长的路。

也因为此,手机电池仍旧是“安全”和“性能”之间的博弈。每个厂商,都需要时时警醒。

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