近期三星Note7爆炸事件再一次將“使用手機(jī)的生命安全”拉回到了大眾視野，雖然平均每年都會(huì)有手機(jī)爆炸事件發(fā)生，但是三星Note7如此高密度的爆炸事件堪稱史無(wú)前例，相信也后無(wú)來(lái)者了，與此同時(shí)此事件順便也把鋰電池安全炒到了沸點(diǎn)，不禁要問(wèn)現(xiàn)在的智能手機(jī)真的要成為便攜式炸彈了嗎？

我們先來(lái)看一下鋰電池工作原理：

為啥會(huì)爆炸？科普：手機(jī)電池你知道多少

充電的時(shí)候，在外加電場(chǎng)的影響下，正極材料LiCoO2分子里面的鋰元素脫離出來(lái)，變成帶正電荷的鋰離子（Li），在電場(chǎng)力的作用下，從正極移動(dòng)到負(fù)極，與負(fù)極的碳原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成LiC6，于是從正極跑出來(lái)的鋰離子就很“穩(wěn)定”的嵌入到負(fù)極的石墨層狀結(jié)構(gòu)當(dāng)中。從正極跑出來(lái)轉(zhuǎn)移到負(fù)極的鋰離子越多，這個(gè)電池可以存儲(chǔ)的能量就越多。

放電的時(shí)候剛好相反，內(nèi)部電場(chǎng)轉(zhuǎn)向，鋰離子（Li）從負(fù)極脫離出來(lái)，順著電場(chǎng)的方向，又跑回到正極，重新變成鈷酸鋰分子（LiCoO2）。從負(fù)極跑出來(lái)轉(zhuǎn)移到正極的鋰離子越多，這個(gè)電池可以釋放的能量就越多。

在每一次充放電循環(huán)過(guò)程中，鋰離子（Li）充當(dāng)了電能的搬運(yùn)載體，周而復(fù)始的從正極→負(fù)極→正極來(lái)回的移動(dòng)，與正、負(fù)極材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了電荷的轉(zhuǎn)移，這就是“鋰離子電池”的基本原理。由于電解質(zhì)、隔離膜等都是電子的絕緣體，所以這個(gè)循環(huán)過(guò)程中，并沒(méi)有電子在正負(fù)極之間的來(lái)回移動(dòng)，它們只參與電極的化學(xué)反應(yīng)。

了解了鋰電池的基本工作原理后，我們?cè)诜祷貋?lái)看看此次三星Note7的電池為什么會(huì)爆炸。

為啥會(huì)爆炸？科普：手機(jī)電池你知道多少

在三星Note7爆炸事件發(fā)生后，有權(quán)威專家（陳立桅）對(duì)爆炸電池進(jìn)行了分析，稱這次電池爆炸并不是偶然，而是必然，只不過(guò)三星Note7提前敲響了警鐘。并指出，在智能手機(jī)以超薄機(jī)身為主流設(shè)計(jì)的當(dāng)下和智能手機(jī)續(xù)航成為最大的制約因素的雙重作用下，大部分廠商會(huì)暴力提升續(xù)航能力，在電池體積不變的情況下強(qiáng)行提升電池的體積能量密度，這樣導(dǎo)致的結(jié)果就是不得不采用了更薄的隔膜材料。

為啥會(huì)爆炸？科普：手機(jī)電池你知道多少

同樣一塊電池，如果隔離膜變薄，減少了這部分的體積，就能多裝一點(diǎn)點(diǎn)正極和負(fù)極材料，可以提升電池能量密度和手機(jī)的續(xù)航時(shí)間。但是，越薄的隔膜對(duì)工藝的要求越嚴(yán)格，稍微的質(zhì)量瑕疵或電池工藝失誤都有可能造成隔膜缺陷，進(jìn)而導(dǎo)致電池的短路。

為啥會(huì)爆炸？科普：手機(jī)電池你知道多少

同事專家還表示，手機(jī)廠商非常關(guān)注電池的體積能量密度。“幾乎所有廠商都在追求在有限的體積內(nèi)裝進(jìn)更多的電能，以延長(zhǎng)續(xù)航能力。”

但是，業(yè)內(nèi)共識(shí)，電池能量密度的提升需要一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程。專家解釋：“儲(chǔ)能行業(yè)和電子行業(yè)的發(fā)展規(guī)律有很大不同：后者是廣為人知的摩爾定律，集成電路芯片中可容納晶體管數(shù)目成指數(shù)增長(zhǎng)，大約每18個(gè)月就能提高一倍；而電池性能的提升過(guò)程是臺(tái)階形的，在現(xiàn)有電池材料基礎(chǔ)上，能量密度每年能有2%—3%的提升已經(jīng)相當(dāng)不錯(cuò)。”因此，電子產(chǎn)品的性能提升與電池的能量密度提升之間存在一個(gè)剪刀差，并且隨著時(shí)間不斷擴(kuò)大。

專家坦言，目前手機(jī)電池的能量密度已經(jīng)逼近“極限”，廠商為了能在更小的體積內(nèi)提供更多的能量，只能想方設(shè)法擠壓輔助材料所占的空間，給電池“瘦身”。可是，“瘦身”與“安全”在手機(jī)鋰電池上卻難以兼得。

那么問(wèn)題來(lái)了，上文說(shuō)的鋰電池密度到底是什么鬼？到底對(duì)電池行業(yè)的影響有多大？

為啥會(huì)爆炸？科普：手機(jī)電池你知道多少

電池密度其實(shí)就是電池的平均單位體積或質(zhì)量所釋放出的電能。電池能量密度=電池容量x放電平臺(tái)/電池厚度/電池寬度/電池長(zhǎng)度。

可以說(shuō)，能量密度是制約當(dāng)前鋰離子電池發(fā)展的最大瓶頸。不管是手機(jī)，還是電動(dòng)汽車，人們都期待電池的能量密度能夠達(dá)到一個(gè)全新的量級(jí)，使得產(chǎn)品的續(xù)航時(shí)間或續(xù)航里程不再成為困擾產(chǎn)品的主要因素。

針對(duì)能量密度成為瓶頸的現(xiàn)狀，全球各國(guó)都制訂了相關(guān)的電池產(chǎn)業(yè)政策目標(biāo)，期望引領(lǐng)電池行業(yè)在能量密度方面取得顯著的突破。中、美、日等國(guó)政府或行業(yè)組織所制定的2020年目標(biāo)，基本上都指向300Wh/kg這一數(shù)值，相當(dāng)于在當(dāng)前的基礎(chǔ)上提升接近1倍。2030年的遠(yuǎn)期目標(biāo)，則要達(dá)到500Wh/kg，甚至700Wh/kg，電池行業(yè)必須要有化學(xué)體系的重大突破，才有可能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。