三星Note7炸都炸了，看看锂电池爆炸原因都有啥

手机爆炸、笔记本自燃，一切灾祸的根源似乎都与锂电池有关，加上少数媒体有些夸张的报道更增添了某种恐怖的气息。一时间人们不再信任锂电池了，胆小的家长甚至担心孩子使用手机遇到危险，通电话时常叮嘱快挂断免得被手机炸伤。锂电池真的如此危险吗？当然不是，虽然我们前面提到锂电池并非是绝对安全的 ，但也绝不能算作是一种危险的物品，它必须具备相当高的可靠性与实用性才有可能像今天这样被广泛地使用。锂电池，特别是现在手机中使用的锂离子电池相对镍氢电池具有更高的能量重量比，单节电压达到3.6V，等同于3只镍氢电池的串联电压，它没有记忆效应，具备充电速度快、使用寿命长、自放电小、绿色环保等优点，相对于其他类型电池的优势明显。

锂电池原理简介

我们无需杞人忧天，但也不能忽视锂电池存在的安全隐患，你需要明白锂电池为什么会爆炸，这就要从了解锂电池内部结构开始说起了。锂电池内部同样有正极、负极，以及之间的隔膜和电解液，早期锂电池的负极材料是单质锂，但金属锂十分活泼，遇水、氮、酸或氧化剂有起火和爆炸危险，尤其到了可充电的二次锂电池时期，反复的充放电使得粉状锂单质越积越多，充电过程中可能形成的锂晶体结成枝状，引起电池内部短路，最终导致起火或爆炸。

放弃锂元素不可能，因为它有着最小的密度和最大的电负性，具有极高的比能量，是目前制作电池的上佳之选。要解决锂的不稳定性，今天我们使用的锂电池中采用了最有效的解决办法--放弃使用锂单质，核心部分采用更稳定的锂离子以及锂嵌合物。如今的锂电池中，正极可以是不同类型的锂化合物，负极主要是层状结构的石墨类物质，用于嵌入带正电的锂离子。在充电时，正极部分的锂离子离开含锂化合物，最终嵌入负极的层状结构里；在放电时，锂离子离开负极，通并结合在正极的化合物中。正负极间的隔膜即可防止短路，而且在特殊情况下可以关闭离子通道，加上没有锂单质的参与，充放电过程都变得安全多了。在以下的说明中，我们所指的锂电池均为锂离子电池（加粗）。

在智能手机等小型数码产品中，厂家还会使用更先进的锂聚合物电池（图02）。这种锂电池使用高分子材料，目前主要应用在电解质和正极上，由于电解质为固体或胶状，无需使用隔膜，避免了因其失效导致的寿命或安全问题。锂聚合物电池即使出现故障，通常也仅是电池鼓胀、失效，严重时会起火燃烧并放出大量烟雾，但一般不会爆炸。锂聚合物电池还有良好的可塑性，可根据要求制作成各种形状，理论上的最小厚度仅为0.5mm。

图03，04：锂离子电池（钴酸锂电池）充电（左）和放电（右）结构示意图

设计上的安全措施

只在材料上做出改进不能完全避免危险，譬如电池充电电压高于4.2V后仍坚持继续加压，电池就会被过度充电，此时负极的层状结构无法存储更多锂离子，后续锂离子会堆积在负极材料表面，获得电子后，向正极方形成树枝状结晶，它们会刺透隔膜，使正负极短路，同时电解液因高温而被电解，产生气体，电芯内部压力升高，最终导致起火燃烧甚至爆炸。同样如果过度放电，也会对负极造成不可逆的损伤，影响电池充电量与寿命。除了电压之外，充电电流过大也会令锂离子来不及进入负极层状结构，与过度充电类似，锂离子会大量堆积在负极材料表面，有可能导致短路， 电池外壳破裂甚至会爆炸。

总结下来，导致锂电池爆炸的直接原因是短路，短路一般又是由于过度充电或电流过大引起的，而且为了保证电池寿命，设计上也必须严防过度放电。于是电池厂家在设计产品时都加入了一些防护措施，包括防止过充过放的保护线路板（图5），它会检测电池电压，当到达临界值时自动关闭充电或放电过程；电池中还有热敏保险、可恢复保险丝等部件，它们是保护线路板失效后的第二道屏障，会根据温度情况自动断开，阻止化学反应的进行；此外，还有用来阻燃的电芯保护壳，电池内部压力上升到一定数值时自动开启的安全阀（图6）；一些公司的电池还会在电解液中加入高分子材料，就算电芯被外力破坏，它也会阻止化学反应的进行，阻隔锂离子流动，避免电池过热爆炸。这些屏障理论上可以保证电池的安全性，就算出现故障也不会伤及使用者。

图05：电池中的保护线路板上装有类似图中的控制芯片，会监控电池的状态，遇危险时自动断电。笔记本电池组中的控制芯片更为重要，它必须监控电池组中每个电芯的状态，即使只有一个出现问题也会危及整个电池组的安全。

图06：柱形锂电池使用的安全阀

制造锂电池时，合格厂家都有严格的工序控制。以