分析电池的原理和“热失控”的问题分析

要了解电池安全问题，我们需要了解电池的工作原理。电池有两个电极，其中一个电极上有正电离子，被称为阴极。阴极是存储“燃料”的地方，里面充满锂元素。另一个电极上有负电离子，称为阳极。

在充电的时候，锂离子从阴极移动到阳极。而在使用电池的时候，锂离子从阳极移动到阴极。在阴极和阳极之间的化学物质称为电解质，它可以帮助电离子移动，传导电流，目前的电解质主要是液态的(后文会提到固态电解质)。

虽然电离子需要从一个电极移动到另一个电极，但两个电极本身绝对不能接触。所以电池制造商在阴极和样机之间插入了隔板。

“现在的隔板做得真的很薄，这样电池也就能更加纤薄。”电池设备制造商CADEX的创始人和首席执行官布赫曼(IsidorBuchmann)说。

而GalaxyNote7电池的问题就是隔板存在缺陷，没能正确隔开两个电极。“这是最糟糕的情况之一，因为电池很有可能起火甚至爆炸。”亚彻说。

电解质本身不太稳定，电离子在其中的移动也带来了不稳定性。当有大量的热量产生时——无论是通过两个电极互相接触还是仅仅因为外部过热——电解质可能会与其他化学物质发生反应，产生气体，释放更多的热量。随着化学反应的反复发生，气体以越来越快的速度释放越来越多的热量。这个过程将产生“热失控”，并可能导致起火燃烧。

这就是为什么很多手机在过热时会自动关机的原因。不过电池爆炸也可能是其他原因引起的。电池过度充电或充电过快，都有可能导致电池起火或者爆炸。

电池过充往往是厂商的责任

过度充电就像在水桶里装入太多的水。水桶里装入太多水不要紧，因为水会溢出。但对于电池来说，过度充电时，会有过多的锂元素进入阳极。

普林斯顿大学的材料科学家丹斯特恩加特(DanSteingart)表示，电池就像是橡皮筋。当你给电池充电时，就好像是在拉伸橡皮筋;当你使用电池的时候，就好像是放开橡皮筋。如果你过度拉伸橡皮筋，它就会断掉，而给电池过度充电，它也同样会坏掉。

但过度充电并不是用户的错误，因为大多数电池都有自动防过充的功能。但是如果制造商在生产过程中把关不严，电池电路存在故障，无法自动防止过充，那问题就大了。

此外，充电太快也是一个问题。快速充电意味着在短时间内向电池充入太多电能，这就是“快速充电技术”的危险所在。如果充电器与电池不兼容，电池也可能短路。

我们可以将电池想象成两个鸡蛋板条箱。锂离子需要在这两个鸡蛋板条箱之间穿梭，以便稳妥地堆积在里面。如果你缓慢充电，锂离子有足够的时间在板条箱里找到自己的位置。但是，如果充电过快，或者充电过度，锂离子就会在板条箱外面堆积起来。然后，每次充电时锂离子都会自我堆积，形成被称为“树突”的针状结构，它们可以导致短路电池。

电池事故的另一个常见原因是制造商试图通过提高电压使电池储存更多电能。电压就像瀑布的高度，而电流就像流水的水量，瀑布越高，下面的流水就越多。同理，电压越高，电池里存储的电能就越多。所以，制造商试图通过在电池中加入像镍元素(或其他元素)使电压升高。但是，电压越高，电解质越容易产生化合作用，从而导致起火或爆炸。