三星手机电池缘何频爆炸 “瘦身”与”安全”难兼得

上周,质检总局发布通告称,三星(中国)投资有限公司召回部分Galaxy Note7。据悉,本次召回范围内的电话机电池在阳极与阴极隔离膜局部变薄,并且绝缘胶带未完全覆盖极板涂层的情况下,出现短路现象,导致电池异常发热,极端情况下可能发生燃烧,存在安全隐患。电池隔膜为何会变薄?变薄后会导致哪些安全隐患?科技日报记者采访了中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所的陈立桅研究员为您进行科学解读。

三星手机电池缘何频爆炸 “瘦身”与”安全”难兼得的照片

电池隔膜变薄为什么会发生燃烧呢?

陈立桅介绍,手机电池使用的锂离子电池,是通过锂离子在正极与负极之间的来回运动而实现电池的充放电功能。在充电时,充电器的电流将正极中的锂离子赶了出来,这些锂离子经过正极与负极之间的电解液“游”到负极中;而放电时,这些锂离子又从负极中经过电解液“游”回正极中,为手机工作提供了电能。在这个过程中,正极与负极一定不能直接接触,否则就会发生短路,造成电池的异常发热,甚至会导致起火爆炸等危险。

如何保证电池内部的正极与负极互相不接触并且之间还有充足的电解液给锂离子来回“游动”呢?这就是通过锂离子电池中的一个关键材料——隔膜来实现的。

那么,隔膜变薄是生产设计失误还是另有隐情?

陈立桅推测,这可能是手机厂商为了提升电池的体积能量密度、延长手机电池续航能力,而采用了更薄的隔膜材料,但是由于对隔膜材料质量控制不严或者工艺缺陷,导致隔膜局部变薄,不能有效隔离正极与负极,从而造成了电池的安全问题。

陈立桅表示,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。陈立桅向记者解释:“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。

陈立桅坦言,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。

“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。”陈立桅道出了其中的风险。

最后陈立桅呼吁,电池是一种含能器件,其安全性永远是首位的,因此在追求更高能量密度电池的同时,切不可忽略电池的安全。

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