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为什么三星的锂电池爆炸以及它们如何改变电子产品

2016年10月21日通过罗宾·米切尔

在多名用户报告电池起火和爆炸后,三星最近召回了盖乐世Note 7。为什么锂离子电池有引起火灾的坏名声?

在多名用户报告电池起火和爆炸后,三星最近召回了盖乐世Note 7。为什么锂离子电池有引起火灾的坏名声?

伟大的召回

三星宣布将推出所有Galaxy 7 Note设备应该召回因为有用户报告说电池过热,起火,甚至爆炸。Galaxy 7 Note于9月2日发布(8月16日开始预订)th)只有一个月的架子。但是,这并不意味着所有三星设备都是危险的,因为美国总共有100万个设备出现了92个报告。

尽管如此,这些事件已经得到了媒体的大量关注,因为这些设备造成的损害已经足够烧人和引起火灾(如一个人发现当他在他的吉普车充电中离开了他的纸条7时)。

但是为什么这些电池会着火呢?锂离子电池为什么会如此容易爆炸?为了回答这些问题,我们需要理解锂离子电池如何工作

锂离子电池

像大多数电池一样,锂离子电池由三个主要部分组成:阳极(+端)、电解液和阴极(-)。

在锂离子电池中,阳极通常由锂钴氧化物制成(新电池可能使用磷酸铁锂),负极由碳制成。这种电池中的电解质必须能够在电极之间传递正离子,但必须是电流(电子流)的绝缘体。不同电池的电解质各不相同,但通常是有机溶剂中的锂盐。

锂离子电池的剖面图。图片由Tkarcher.(的工作)3.0 CC冲锋队]

充电周期

当充电锂离子电池时,从阳极中除去锂离子并将自己嵌入到多孔碳阴极中。同时,从阳极中除去电子,并将电子流到阴极,在那里它们与锂离子粘合以将锂金属粘合到碳中。

放电周期

在放电周期(当负载连接到电池终端),电子从阴极阳极所吸引,结果在锂离子嵌入碳阴极穿过电解质和再次到阳极,它们与电子结合,形成金属锂。

电解液中的电子流和离子流是相互补充的,只有当这两个过程都是活跃的,电荷过程才能发生。如果一个过程(例如,电子流)停止,那么另一个过程(在这种情况下,离子流)也将停止。

过热

那么,为什么锂电池会有过热和起火的坏习惯呢?

问题归结为两个因素:

  • 碳阴极上锂离子沉积的速度
  • 电池温度

当锂电池充电时,需要将锂离子嵌入负极,这被称为夹层。这个过程非常重要,因为锂离子不是在阴极表面沉积金属锂,而是穿透阴极的多孔区域。

如果锂离子电池充电过快,锂离子就会沉积在镀锂的阴极表面,而不是被困在多孔区域。这是很严重的,因为在一个典型的锂离子电池中,两个极板之间的距离非常小(以毫米为单位测量)。当锂镀层变得更厚时,它最终会与阳极接触,从而产生短路。

显示阴极在物理尺寸上如何增加的电镀。

然后,该短路可以导致大量的电流放电,其加热电池。当电池加热时,它运行进入热失控的风险,其中温度的增加使得反应发生更快的速度,这循环回到增加温度。这可能导致电池吸烟,点燃甚至爆炸。

那么这个问题如何克服?

这个问题的答案涉及到能够持续监测电池温度、电压和输出电流的电子设备。在充电过程中,仔细监控电池,并保持低充电电流。这故意增加了充电电池的时间,但导致阴极上没有锂电镀。当电池在使用时,控制器可以持续测量电池的温度,并在需要时关闭电池,以防止进一步的损坏。

锂离子炸药

三星及其潜在危险电池的情况并不是新的。事实上,很常见的是,了解锂离子电池造成损坏和燃烧,包括悬浮板,苹果iphone,甚至笔记本电脑

那么如果他们能呈现非常真实的危险,为什么这些电池仍在使用?

简而言之,我们不断使用锂离子电池,因为它们具有与其他可充电电池和常规电池的数量优势。

首先,锂离子电池是可充电的,与您在某些相机,遥控器和玩具中可能找到的正常电池不同。

其次,锂离子电池不像其他可充电电池(如镍氢电池和镍镉电池)那样存在“记忆效应”。简单地说,记忆效应是指电池在再次充电前没有完全放电就失去了储存电量的能力。

与其他可充电技术相比,锂离子电池也很轻,并且具有更高的能量密度。这使LI-ION成为便携式设备,电动工具和甚至电动车辆的选择。

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总结

锂离子电池因其重量和能量密度的特性而被大量使用,但这也带来了一些成本,即一些电池可能会失效并造成损坏。

如果发生故障锂离子电池的发夹继续上升,那么在政府干预可能会改变这些电源的规则之前可能不会很长。

新技术、更智能的设备和更好的材料可能会降低这些设备发生故障的风险——但这些变化可能需要尽早实现,因为用不了多久,就会有人因为这些能源而受到严重伤害。

20的评论
  • 安德里·雷哈克 2016年10月24日

    这篇文章是不是有什么不对的地方?在锂电池中,当它们被放电时,我总是被告知电子从正极移动到负极……所以描述充放电过程的部分应该互换标题。

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  • O
    oldew 2016年10月30日

    http://chemistry.about.com/od/electrochemistry/a/How-To-Define-Anode-And-Cathode.htm
    不,Andrej Rehak,你错过了。阴极在使用时放电。但在充电的情况下,电子流是相反的。还应该注意的是,电池通常是根据它的正电荷分配进行推理的。这就是为什么传统电池的正极是红色的。为了安全起见,此时给新手注意:对于大型固定式电池,电池负极通常取红色导线,正极取黑色导线。

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    • R
      rod-e 2016年11月03日
      胡说,在这个宇宙里,红色是正的,黑色是负的。大型固定式电池在电信中是常见的,并且标准一直/总是/为正极红色,即使正极是指地/地。如上所示的错误信息是非常危险的,特别是对于新手来说。
      喜欢的。 回复