試論手機鋰電池防火技術

涂敏

摘要：關于鋰電池的研究大概開始于上世紀初，由于鋰金屬具有活潑的化學特性，難以對其進行加工和保存，在經歷了接近一個世紀之后才出現了首個商用鋰離子電池。目前無論是手機還是其他數碼產品中，鋰離子電池的應用較為廣泛。但是由于自身設計、生產和技術等原因，加之使用不夠規范等原因，導致手機鋰電池發生火災的概率較高且危害較大。這就需要基于其火災或爆炸機理，分析引發手機鋰電池火災的原因，從不同方面研究提升手機鋰電池防火技術性能的有效措施，以供參考。

關鍵詞：手機鋰電池;傳統電池;火災危險性;防火技術

在進入本世紀以來，鋰電池在手機、筆記本電腦和電動自動車、電動汽車等行業中廣泛應用，成為目前新能源行業中的主力軍，未來也具有廣闊的市場發展空間。但是由于技術問題，鋰電池在使用中也偶爾由于過熱或短路而發生火災的問題，這也對鋰電池的防火技術提出更高要求。

一、鋰電池與傳統電池的性能對比分析

傳統的電池類型主要有鉛酸電池和鎳鎘電池等，與傳統電池相比，鋰電池的體積和重量小、電量大等優點，這是由于此類電池的儲存能量密度大、使用壽命長、自放電率較低，在目前的各類便攜式數碼電子產品和通信產品等廣泛應用。但是也表現出具有相對較高的成本和較高危險性的特點，需要設置保護裝置來保證其安全使用。鋰電池最大的優勢就是不存在記憶效應，循環使用壽命長，目前逐步取代了傳統電池。

二、鋰電池的工作原理及爆炸機理

鋰電池的充放電過程就是正極和負極之間出現鋰離子定向移動的過程，比如在充電時，鋰離子會從正極向負極移動并嵌入負極中，在放電時則向正極移動并嵌入正極，如此循環使用。由于鋰電池內部結構中的正、負極材料為層狀結構的材料，鋰離子會在此結構中嵌入，并可以在充放電時實現鋰離子在正、負極之間的移動。如果在充放電過程中，出現了充電電壓超過最大充電限制電壓的情況，正極材料結構中的鋰離子數量大量向負極材料移動，使得其中的鋰離子數量低于正常數值的一半，則就會引發正極材料層狀儲存格的垮塌問題。而在負極材料中也會出現大量鋰離子的堆積，導致負極材料表面呈現出枝狀結晶狀態，此時鋰離子結晶會將隔膜刺穿而導致內部正負極短路。還會由于充電電流過大而導致鋰離子還沒有進入儲存格就會在正負極材料表面堆積，也會在大量聚集之后形成結晶而將隔膜刺穿，導致短路問題的發生。此短路問題會產生較高的溫度而導致電解液破裂、釋放大量的氣體，增加電池內部壓力，出現電池外殼臌脹而破裂的現象，此時氧氣也會進入其中在電極表面堆積，而且與鋰離子發生反應而引發爆炸事故。

三、手機鋰電池的火災危險性分析

1.電池自身缺陷

首先是設計缺陷，目前的手機產業在飛速發展，手機更新換代的速度不斷加快，手機的屏幕尺寸更大且機身厚度更薄，這使得鋰離子電池的厚度越做越薄，甚至還出現了邊緣曲面設計的情況，這可能會對電極邊緣抗壓能力造成影響，增加電池出現電極板短路的概率。這是由于手機本身體積較小，其內部有復雜的PCB電子集成配件，給予電池的空間越來越小。但是鋰電池厚度越薄，對電池自身的電極材料容納鋰離子的能力、隔膜材料的輕薄度、外殼材料的重量和承壓能力等提出更高的要求。比如某品牌手機，由于采用了邊緣曲面設計而降低了電極邊緣抗壓能力，引發了電極短路問題，由于其雙面曲屏設計，使得邊緣位置堆疊的電極板之間存在較小的間隙，在受到外力時引發粘連問題，從而引發短路問題，導致火災的發生。

其次是材質不合格。如果電池生產環節偷工減料，使用安全性能不佳的材質，可能會導致正負電極涂層不均勻或電解液泄漏等問題增加出現短路或過熱問題的概率。這是由于廠家在生產電池時為了降低成本，提升經濟效益，故意人為采取偷工減料的方式，比如使用提純度較低的正負極材料，或者精密度較低的絕緣隔膜、具有較差滲透力的再生PE材料等，會降低電池的安全性能。此外，還會由于出現正負電極涂層不夠均勻、有其他導電雜質進入電解液中等原因而導致電池使用時出現短路或過熱問題，這就會引發電池爆炸或火災問題。

再次是在電池以及充電器中如果沒有設置科學的保護回路，沒有在過充或過壓情況下自動斷電，或者在加工時采用不科學的工藝，都會導致其安全性能的降低。目前相關技術標準針對鋰電池的壽命有著嚴格的規定，要求其充放電次數能夠滿足連續充放電500次以上的要求，如果是聚合物鋰電池，還要求此數值在800次以上。而相應的充電器的壽命也存在較大差異，容易由于二者壽命不匹配而增加潛在的安全隱患。對于電池設計中的充電保護裝置來說，如果在生產時采用交叉的元器件，或者并未設置保護回路，或者所設置的保護回路邏輯混亂，導致在充電時出現電壓或電流過大的情況時沒有及時將充電回路切斷而引發火災或爆炸問題。

最后是在鋰電池加工時，由于其內部為固液混合物結構，容易由于電解液泄漏而導致爆炸問題。以外部原因來說，可能會由于碰撞、擠壓、針刺等問題而導致電解液泄漏，或者從內部原因上分析，容易由于沒有焊接牢固電池外殼或蓋帽，出現電解液過充問題，或者封口操作時的壓力過大，沒有鉚固解釋正負極蓋、絕緣密封墊老化等原因而導致加工工藝和質量不合格，增加出現電池火災或爆炸事故的概率。

2.電池使用不規范

在手機使用時如果在溫度較高或濕度過大的環境中會影響電池性能，導致其內部發生劇烈化學反應而出現短路、破裂等問題。或者在受到外力擠壓、碰撞時導致電解液外漏。還會由于充電電壓不穩、存在過充或過放問題、快速充電問題，充電時放電的問題，使用萬能充電器等不規范行為而引發電池火災問題。尤其目前手機廠商將快充作為手機的標配，且快充功率和速度不斷提升的發展趨勢下，容易由于快充技術不夠可靠或者所用充電器不符合要求而影響電池的穩定性，當出現粒子移動速度不可控時則容易引發過熱和火災、爆炸等問題。

四、手機鋰電池的防火技術措施

1.制定鋰電池配套產品的技術標準

我國在2015年出臺的關于鋰離子電池和電池組的安全要求中，對相應的試驗和技術指標、安全性評判標準等進行了明確規定，用以指導鋰電池的設計和生產工作。但是針對鋰電池的配套電源適配器和數據線等產品還沒有頒布相應的技術規范，僅僅只有一項行業測試方法的標準，關于充電器也僅有推薦性標準，因此應加快構建統一的技術標準，用以開展行業監管和技術規范工作。

2.加快新產品和新技術研發

面對目前手機電池市場需求更加多元化的現狀，鋰電池生產廠家應加強與科研機構的合作，為了提升電池的防火性能，可以將更加高效的阻燃劑加入其中，推廣應用石墨烯等材料，研發更加具有適應性和安全性的產品。還可以加大對太陽能光伏電池的研發和加快其市場轉化速度，從源頭上杜絕化學電池的安全不確定性問題。

3.加強市場行業監管

針對鋰電池在生產、儲存、運輸、使用和回收中常見的火災事故，應針對上述環節，由相應的質檢部門、工商行政管理部門和公安機關治安管理部門等加大監管力度，采取分段管理與協作的方式對鋰離子電池市場加以規范，保證源頭上設計的科學性以及加工工藝的規范性，保證市場中鋰離子電池生產廠家為正規廠家，所用材質質量達標。

4.加大宣傳力度

針對鋰離子電池的使用環節，應發揮主流媒體的作用，加大正確使用鋰離子電池相關方法的宣傳工作，引導民眾購買和使用正規廠商的鋰離子電池，而且規范使用，在火災初期采取正確的處置方式，降低鋰離子電池火災發生概率及其造成的危害。比如在選購環節，應從正規途徑采購經過國家檢驗部門質檢合格、具有3C認證的正規電池及配套產品。其次在使用中，應嚴格按照說明書中的規范要求，檢查好電池及配套裝置的外觀，避免存在臌脹、破損等問題。還要保證電池在正常溫度和良好環境下使用，防止溫度過高及受潮、受到腐蝕等問題。再次在鋰離子電池充電時盡量不同時放電，且由專人看護，做好對充電配套設備溫度的及時查看，不允許私自對電池進行拆解，防止外力撞擊和擠壓電池等。最后是在遇到鋰離子電池火災問題時，應使用滅火毯或棉被進行覆蓋滅火，或者使用大量的水、砂土、ABC干粉或二氧化碳滅火器進行滅火。同時要防止火災產生的煙氣危害人體健康，及時將發生火災的電池移到室外，由專業消防人員進行處理，做好通風、防護等工作的事。

五、結語

面對目前逐漸普及的手機等數碼產品，以及其中廣泛應用的鋰電池，容易由于設計、生產和使用不規范等原因而引發火災，因此應采取針對性的技術措施，還要加大行業監管力度和宣傳力度，提升手機電池的防火技術性能，確保其使用安全箱。

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