科普:手机电池为啥会爆炸？锂电池工作原理

最近大家都在热议三星Galaxy Note 事实上，爆炸不仅仅是三星手机iPhone 他们都炸了，但其他人的手机不像三星那样一个接一个地爆炸。与此同时，这一事件也安全地将锂电池炒到了沸点。我不禁要问，智能手机真的想成为便携式炸弹吗？

先来看看锂电池的工作原理:

充电时，正极材料受外加电场影响LiCoO2分子中的锂元素脱离，变成带正电荷的锂离子（Li），在电场力的作用下，从正极移动 负极与负极碳原子发生化学反应，产生LiC因此，从正极跑出的锂离子非常稳定地嵌入到负极的石墨层状结构中。从正极跑出来转移到负极的锂 离子越多，电池能储存的能量就越多。

相反，内部电场转向和锂离子（Li）离开负极，沿着电场的方向跑回正极，重新变成钴酸锂分子（LiCoO2)。锂离子从负极电池能释放的能量就越多。

锂离子在每次充放电循环中（Li）充当电能的搬运载体，从正极开始→负极→正极来回移动，与正负极材料发生化学反应，化学能量 锂离子电池的基本原理是与电能相互转换，实现电荷转移。由于电解质、隔离膜等都是电子绝缘体，在这个循环过程中，正负极没有电子 它们只参与电极的化学反应。

在了解了锂电池的基本工作原理后，让我们回来看看三星Note为什么7的电池会爆炸？

在三星Note 7爆炸发生后，权威专家（陈立桅）分析了爆炸电池，称电池爆炸不是偶然的，而是不可避免的，但三星Note 7提前敲响了警钟。并指出，在智能手机以超薄机身为主流设计的双重作用下，智能手机续航成为最大限制因素，大多数制造商将暴力提高续航能力，在电池体积不变的情况下，强行提高电池体积的能量密度，导致隔膜材料较薄。

同一个电池，如果隔离膜变薄，减少这部分的体积，可以安装更多的正负材料，提高电池的能量密度和手机的电池寿命。隔膜越薄，对工艺的要求就越严格。稍有质量缺陷或电池工艺失误可能导致隔膜缺陷，导致电池短路。

同事专家还表示，手机制造商非常关注电池的体积和能量密度。几乎所有的制造商都在追求在有限的体积内安装更多的电能来延长电池寿命。

然而，行业共识认为，电池能量密度的提高需要一个长期的过程。专家解释说：储能行业和电子行业的发展规律非常不同：后者是著名的摩尔定律，集成电路芯片可容纳晶体管数量成指数增长，每18个月增加一倍；在现有电池材料的基础上，每年都有能量密度 2%-3%的提升已经相当不错了。 因此，随着时间的推移，电子产品的性能提高与电池的能量密度提高之间存在剪刀差。

专家承认，目前手机电池的能量密度已接近极限。为了在更小的体积内提供更多的能量，制造商只能试图挤压辅助材料所占用的空间，并减肥电池。然而，减肥和安全在手机锂电池中很难兼得。

所以问题来了，上面提到的锂电池密度到底是什么鬼？到底对电池行业有多大影响？

电池密度实际上是电池平均单位体积或质量释放的电能。电池能量密度=电池容量 x 放电平台/电池厚度/电池宽度/电池长度。

可以说，能量密度是制约锂离子电池发展的最大瓶颈。手机和电动汽车都期望电池的能量密度达到一个新的水平，使产品的电池寿命或里程不再成为困扰产品的主要因素。

鉴于能量密度已成为瓶颈，世界各国都制定了相关的电池行业政策目标，希望引领电池行业在能量密度方面取得重大突破。政府或行业组织中、美、日等国 2020年制定的目标基本指向300Wh/kg在目前的基础上，这个值相当于提高了近一倍。2030年的长期目标将达到500Wh/kg，甚至700Wh/kg，为了实现这一目标，电池行业必须在化学系统上取得重大突破。

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