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为何手机电池会爆炸呢?

钜大LARGE  |  点击量:939次  |  2020年10月15日  

原因1:阴阳两极亲密接触


三星Note7电池爆炸是因为在部分手机上,原本不能互相接触的电池阴阳两极触碰到一起。不过,这只是引起爆炸的原因之一,锂离子电池爆炸也有其他常见的原因,而这重要是因为我们对手机性能要求越来越高。


要解释电池爆炸的相关科学原理,我们首先要了解电池的工作原理。电池上都有两个电极,其中一个电极含正电离子,被称为阴极。阴极里充满锂元素,它是燃料存储的地方。另一个相对的电极含负电离子,被称为阳极。


在充电过程中,锂离子会从阴极移动到阳极。而电池在使用过程中(放电),锂离子的运动方向则正相反。阴阳两级之间会存在一种名为电解质的化学物质,它能够帮助电离子移动,传导电流。虽然锂离子的运动的电池的重要做功方式,但它们不能抄近路,即正负两极不能接触。而为了防止这种情况发生,电池制造商一般会在阴阳两极之间放上隔板。


而Note7的爆炸元凶正是这个隔板,隔板出现了缺陷,正负两极发生亲密接触,电能直接流向中间的电解质而非两侧的电极,随后就是嘭的一声电池爆炸了。


电解质本身其实并不稳定,因此电离子移动中也会受干扰变得不稳定。当有大量热量出现(无论是内部还是外部),电解质就有可能与其他物质发生化学反应,出现气体并释放更多热量。假如这一过程没能得到有效控制,就会出现热失控现象,随后等待电池的就是爆炸或起火。


原因2:过度充电和充电过快


这也是厂商在设备中加入过热关机机制的原因。不过这只是引起爆炸的一种原因,有时电池过度充电或充电过快也会引发危险。


过度充电就像在桶中灌入过多的水。对水桶来说,水多了就多了,满了流出去就是,但电池可不行。过度充电时,会有过多的锂元素进入阳极。当然,普通人也不必担心,从理论上来说,你放在床头充了一夜的手机并不会有什么问题,因为厂商的设计会自动防止电池出现过充。真正导致电池出问题的原因是制造商在生产过程中的疏忽,它们的电池电路出了问题,无法阻止过度充电。


普林斯顿大学材料专家斯坦加特表示,电池就像一个橡皮筋,充电时,就好像你在拉伸橡皮筋,而使用电池时,就好像在释放它。假如你将橡皮筋拉得太紧,它就会直接断掉。


此外,充电过快也是造成爆炸的另一个原因。在短时间内向电池充入太多的电能必然会为电池带来巨大压力,假如电池发生短路,就会引起危险。


假如把电池比喻为两个盛放鸡蛋的板条箱,那么充电时锂离子要在这两个鸡蛋板条箱之间穿梭,以便稳妥地堆积在里面。假如缓慢充电,锂离子有足够的时间在板条箱里找到自己的位置。但是,假如充电过快,或者充电过度,锂离子就会手忙脚乱,最终在板条箱外面堆积起来。假如每次都发生此类现象,锂离子在箱外的堆积会越来越严重并最终导致电池短路。


原因3:高电压


引起电池事故的另一个常见原因是高电压,利用这种手法,厂商能让电池存储更多电能。电压和电流就像瀑布和水流,瀑布越高,下面的流水就越多。同理,电压越高,电池里存储的电能就越多。所以,制造商试图通过在电池中加入像镍等元素使电压升高。不过,电压越高,电解质越容易出现化学反应,继而导致起火或爆炸。


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