[科普中國]-三星NOTE 7為何頻頻爆炸

當(dāng)你乘坐飛機(jī)沒有通過安檢時，這一次可能不是因?yàn)槟惆锿低荡彽囊后w化妝品，也不是因?yàn)樾沦I的瑞士軍刀，這一次很有可能是因?yàn)槟闶掷锬弥娜荊alaxy Note 7。沒錯，從2016年10月27日起，民航局將這部手機(jī)列為了危險易爆品！而且明文規(guī)定不準(zhǔn)攜帶和托運(yùn)，對于三星粉們無疑是一個噩耗。

出臺這樣的政策就是因?yàn)槿荊alaxy Note 7前一段時間引發(fā)的“連環(huán)爆炸案”，35起不同程度的自燃或者爆炸讓世界人民瞠目結(jié)舌，紛紛開始懷疑這部手機(jī)安全性能。那到底是什么原因讓Note 7成為了“定時炸彈”呢？
最主要的問題就出在了手機(jī)的心臟——電池這里。
對于電池大家并不陌生，大大小小的電器里都可以找到它的身影，對于手機(jī)也不例外。隨著20世紀(jì)90年代鋰電池的發(fā)明，可以說在供電領(lǐng)域出現(xiàn)了一次不小的革命。鋰電池可以反復(fù)充電，另外可以直接整合到了電子設(shè)備中。鋰電池需要依靠其中的鋰材料，來提供電能。美國密歇根理工大學(xué)的材料學(xué)教授Stephen Hackney介紹說，和其他古老的電池技術(shù)相比，在同樣的體積內(nèi)，鋰電池可以存儲兩到四倍的電能。這么好用的材料當(dāng)然迅速占領(lǐng)了市場，目前一體機(jī)都是采用鋰電池作為供電站，就是利用它的強(qiáng)大儲能效果。

對于鋰電池的工作原理大家也應(yīng)該有所了解，在高中化學(xué)里面就有相關(guān)知識的介紹。和所有的電池一樣，鋰電池首先需要存儲電能，然后通過受控制的化學(xué)反應(yīng)逐步釋放電能。在充電時，充電器的電流將正極中的鋰離子趕了出來，這些鋰離子經(jīng)過正極與負(fù)極之間的電解液“游”到負(fù)極中；而放電時，這些鋰離子又從負(fù)極中經(jīng)過電解液“游”回正極中，為手機(jī)工作提供了電能。其簡單的效果圖如下：

那Note 7爆炸的問題出在了哪里呢？
我們都知道三星手機(jī)系列尺寸越來越大，目的就是追求長久的續(xù)航能力，將手機(jī)更大的空間留給電池進(jìn)行供能。為了搶占市場，提高自身優(yōu)勢，三星選用SDI電池將Note7的電池容量從上一個系列的3000mAh增加到了3500mAh，這是對鋰材料的一項(xiàng)巨大挑戰(zhàn)。
為了在有限的空間內(nèi)提高電池容量，在技術(shù)還未完全的情況下，三星將隔膜加工得更薄一些，沒錯，這里的隔膜就是保證電池內(nèi)部的正極與負(fù)極互相不接觸并且之間還有充足的電解液給鋰離子來回“游動”的。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)航時間。但是，越薄的隔膜對工藝的要求越嚴(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。當(dāng)使用一段時間后，隔膜出現(xiàn)一定損耗，甚至?xí)霈F(xiàn)星星點(diǎn)點(diǎn)的脫落，結(jié)果導(dǎo)致的直接后果就是正負(fù)極相連，出現(xiàn)短路，進(jìn)而引發(fā)爆炸。

另一方面，大家都知道鋰在元素周期表中位置屬于IA區(qū)，是最活潑的金屬，很容易與其他化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)從而引發(fā)爆炸。英國帝國理工戴森工程設(shè)計(jì)學(xué)院的博士Billy Wu形象的描述說，放到一個盒子里的能量越多，那么它就越危險。如果一塊電池的溫度高達(dá)甚至超過80度，那么就形成了熱失控狀態(tài)，電池內(nèi)部的元件開始瓦解，然后便會發(fā)生爆炸?？斐淠Ｊ降男路桨妇褪遣捎昧藦?qiáng)電流設(shè)計(jì)，由簡單的焦耳定律可知輕微電阻也會產(chǎn)生很大的熱量，而這種高溫環(huán)境也成為鋰材料變得更為活躍的溫床，不經(jīng)意間就會將薄如蟬翼的隔膜搞出一個小洞洞或者反應(yīng)產(chǎn)生高壓氣體，而這足以發(fā)生短路進(jìn)而爆炸。
三星已經(jīng)開始召回Note 7，而蘋果7卻也偶爾來一個“炸”，讓小米華為等各種要不起?？梢哉f盡管鋰電池得到了很大程度的發(fā)展和完善，但這幾年戴爾筆記本因電池過熱回收、波音客機(jī)787因鋰電池過熱停機(jī)，美國懸浮滑板因電池過熱爆炸停產(chǎn)等事件，說明鋰電池在使用中仍然存在一定安全性問題。

未來電池的發(fā)展方向是否遇到了瓶頸呢？其實(shí)不然，除了工藝設(shè)計(jì)方面需要提高外，固態(tài)電池很可能成為未來的主流，就是將電池內(nèi)部的液態(tài)電解液將會被一種固態(tài)的物質(zhì)所代替，繼續(xù)使用鋰作為電極的材料，這樣就能使電池的安全性得到較大的提高。希望這樣的電池盡快誕生，不再擔(dān)心兜里的手機(jī)有一天會灼痛你的皮膚，毀了你的衣服。