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电池知识

手机电池为什么会发生爆炸呢?导致锂离子电池出现热失控的原因有哪些?

来源:宝鄂实业    2019-06-22 22:40    点击量:
最近,出现不少关于手机电池爆炸事件的报道,也引起了公众的关注和不安。那么,手机电池为什么会爆炸?又如何避免这种情况发生呢? 

  与其它电池技术相比,锂离子电池更轻、更便宜,而且能量密度也更高,已经成为数码产品充电电池的主要形式。但锂离子电池之所以会有爆炸倾向,都是一个名为“热失控”的过程惹的祸。本质上而言,“热失控”是一个能量正反馈循环过程:升高的温度会导致系统变热,系统变热升高温度,这反过来又让系统变得更热。

  锂离子电池出现热失控的原因有很多。如一块锂电池的两端被导体连接起来时,隔离锂离子电池负极和正极的膜状物出现的撕裂就会导致短路,而短路往往又会引起热崩溃。锂离子电池起火的原因还包括:环境温度超过60℃、经常过度充电、出现物理损伤等。

  不管原因是什么,经历这个反应的都是电池中的氧化钴化学物。如果你加热这种化学物,达到了一定温度,它就开始自发热,然后发展成起火和爆炸。 

 

 

  相比早期的锂电池,现在的锂电池经过多次改进和完善,在安全性能上的表现还是非常可靠的,只要我们确保日常使用时能够在正常的环境下进行正确的操作,那么锂电池出现问题的可能性是微乎其微的。

  锂离子的寿命不长,一般可以维持两到三年(无论你是否使用它)。因此,所有的锂离子电池组都应该每36个月左右就更换一次。同时,要注意避免电池的物理损坏。电池单独存放时,应该进行绝缘处理,保证电池的金属触点端远离任何金属,可以使用封口塑料袋来放置电池。

  此外,环境温度过低或过高都会对锂电芯造成永久损坏,所以应尽量避免在温度恶劣的环境中使用锂电池。也应该避免手机电池被雨淋、水浸的情况出现,以免造成短路。

  业内人士提醒说,虽然目前多数数码产品的内部充电电路都会配备保护措施,避免锂电池的过度充电,但为保险起见,我们还是应该避免让锂电池长时间与充电器连接

正规锂电池长时间充电会怎样?

  过程:为最真实地模拟市民给手机充电的情况,实验人员用5V的电压、1.5A的电流给电池充电。最开始电流还在不断上升,可一段时间后,记者发现电流慢慢减小,直至为0。实验人员解释,这表明此时电池已充满。

  手机充满后若是未断电,而是一直冲,那是否会爆炸?为了解答很多市民都有的这个疑问,实验人员继续对电池充电。一段时间过去了,实验员观察后发现电流一直保持为0。“从观察中我发现,当电池充满后你再给它充电,此时电池的温度和电流并未升高,反而会有所下降直至为0,这是它自动启动保护电路的工作。就算之后你再给它充电,它还是为0。”实验人员说。

  结论:正规锂电池长时间充电并不会爆炸。

  实验二

  给损坏的电池充电会怎样?

  过程:随后,实验人员对一块已被拆掉保护电路的电池(即损坏电池)进行充电,观察发现刚开始时电池电压因充电上升,当电压到5V、输出电流变为0时,电池温度为25.4℃,虽比室温稍稍高点,但也不至于发生爆炸危险。

  电池充电时未发生爆炸,那充完电后在使用手机时是否会爆炸?随后,实验人员进行了放电实验,模拟市民一直使用手机时的状态,发现刚开始输出时有4.2V的电压,电流为1.85A,随着时间的变化,电流和电压都在慢慢变小,直至为0。电池表面温度比室温稍高一点,但也不至于发生爆炸。

  结论:即使已损坏的电池,只要按电板上标称的电压给电池充电,那就不会对使用者造成危险,电池温度也不会太高。

  实验三

  什么情况下电池才会爆炸?

  过程:用给实验二的方式再对另一块损坏电池进行充电,实验人员不断加电压,首先将充电起始电压调至6V、电流为1.65A,此时电池的外形并未出现变化,但温度比之前有所升高。随着实验人员对其电压不断升高,电流不断上升,电池温度明显升高,直至将电压调至9V、电流为2.98A,温度不断上升,约半小时后,当电池表面温度显示为93℃时,电池发生爆炸。

  结论:实验人员说,要让电池爆炸的条件很极端,电压9V、电流约3A。而一般家庭充电器不会输出此类电压、电流。所以我们在使用电池时是安全的。此外,电池爆炸是因我们不断给电池充电,使得电池中的锂存储过量,不得不跑到表面来,再加上高电压,让电池中的电解液破裂产生热量与气体造成电池膨胀,最后电池外表破裂,氧气进入电池芯内而导致爆炸。

  专家

  只要电池不短路手机爆炸微乎其微

  对此实验,江西科技师范大学通信与电子学院殷志坚教授说,相比早期的锂电池,如今的锂电池经过多次改进和完善,在安全性能上还是非常可靠的。“只要我们确保日常使用时能在正常环境下正确操作,那么锂电池出现问题的可能性还是微乎其微的。”

  殷教授说,锂电池在充电时,通常都会有保护电路对其进行工作保护,防止出现过电压、过电流等情况对电池造成损伤。这种保护不仅电池有,现在手机等智能电子产品通常也会自带。“手机电池爆炸的原因可能是电池保护电路被损坏,或是处于100℃左右的高温空间里烧坏或其他原因引起爆炸。”殷教授说,“其实手机电池爆炸不代表手机或电池一定存在质量问题,也许是我们使用过程中有不当操作或处理。其实只要我们在使用手机电池时,能保证其有着良好的绝缘措施、避免温度过高或过低及雨淋或过度充电等情况的出现,且平时充电时,也应放在易散热的地方,如不能放在被窝里充电,这样几乎都能确保日常的使用安全。”他强调,即使是那些无法拆卸电池的手机,其结果也是一样的。只要能避免电池出现短路,那么完全不必担心其安全性——当然,那些假冒伪劣电池除外。

  殷教授提醒,一旦发现电池一直充不饱或才充电一会儿就很烫,又或是原本平整的电池表面出现了鼓包,这表示你的电池电路很可能已被损害,建议不要再对其充电,应立即更换一块电池。电池爆炸威力可大可小,如果拿在手里,可能将手炸伤;如果是接听时爆炸,危险性可想而知。(特此声明:本次实验仅对本次实验负责)设备中的电池可以存储电量,之后,内部的化学物质便会以任何可能的方式释放电量。但这同样会出现问题,例如,最新的波音787梦想客机的电池就会在飞机停靠时出现着火故障。

这是锂电池的缺陷之一:倘若电池放电过度,内部的化学物质便会分解,生成过量的氧化锂,从而燃烧,并生成更多的氧化锂,如此反复。化学家称之为“热失控”,普通人看到的是着火,这也是波音787被美国航空管理局(FAA)禁飞的原因。由于电池被刺破后也会发生同样的情况,因此美国运输安全管理局(TSA)建议飞机乘客将电池小心放置于随身行李中,而不要托运。

电池容量

电池容量的单位是毫安时(mAh),代表的是一块电池所能提供的整体电量。例如,倘若一块电池容量为1000毫安时,便可以在1小时内持续供应1000毫安的电流。如果你的设备电流为500毫安,那么这块电池的使用时间大约为2小时。

不过,一款设备的电池续航时间要更加复杂一些,因为特定设备的具体耗电量取决于它所执行的任务。倘若这款设备的屏幕点亮、无线传输功能开启、处理器全速运行,便会比屏幕关闭、无线传输功能关闭、处理器闲置时消耗更多的电量。

正因如此,消费者应当更加谨慎地对待厂商宣称的电池续航时间——他们可能会通过调低屏幕亮度,或是关闭部分组件的方式来延长续航时间。如果你感到好奇,可以使用一些专门的应用来监测移动设备的耗电量和电池状态,Android中的Battery Monitor Widget和iOS中的Baterry Life Pro都可以实现。

控制电流

未来发展

电池技术一直在进步,全球各地的很多实验室都在研究新的电池技术,以便取代锂电池,或是开发更高级的锂电池技术。

 

在这些新技术中,很多都用到了超级电容,从而在瞬间存储电量,然后瞬间释放,效果类似于闪光灯。由于几乎不涉及化学反应,超级电容可以大幅加快充电时间,但目前的超级电容只能在一瞬间释放电量,不符合多数移动设备的要求。

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