【生活中的粉体】从苹果手机爆炸解析手机锂电池


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[导读]  从苹果手机爆炸解析手机锂电池

2017年以来,苹果公司似乎诸事不顺,先是与高通的官司闹的不可开交,后后随着iPhone 8、iPhone X等手机的发布,本来要再创佳绩的苹果却经历了“爆炸门”、“冷冻门”、“降速门”等一系列事件,然而,近期又有新闻爆出苹果出现爆炸事件。由于手机中的零部件多,稍有不慎就可能造成手机爆炸。


纵观诸多的手机爆炸,手机电池是关键因素。今天我们来了解一下手机电池。


一、手机电池的组成


手机中一部分是镍氢电池,但灵巧型的手机是锂离子电池。锂离子电池是目前应用最为广泛的锂电池,根据不同的要求可以做成扁平长方形、圆柱形、长方形及扣式。


1、镍氢电池


目前由于镍氢电池具有电池寿命短,具有记忆效应等特点,已经被手机生产商逐渐淘汰。


2、锂离子电池


基本组成:正负极、隔膜、外包装材




分类:锂离子电池有液体锂离子电池(LiB)和聚合物锂离子电池(LiP)两种。有时候电池标注了Li-ion 的,是锂离子电池,但不一定是液体锂离子点才吃,也有可能是聚合物锂离子电池。


那么,两种电池有什么不同呢?


相同点:两者的工作原理是一样的,都是通过锂离子嵌入、脱嵌的过程实现充放电,其中锂离子嵌入负电极为充电,锂离子从负电极脱嵌为放电。




不同:




为了轻薄、为了容量,现在的手机都使用了聚合物锂离子电池,无论是iPhone那种软包还是以前诺基亚那种带个塑料硬壳的,都属于聚合物锂离子电池。


锂电池为何会爆炸:

锂电在极端情况下(例如过充/高温),内部会发生剧烈的化学反应,产生大量气体,此时液体锂电因为有金属壳的包裹,当内部压强相当大时外壳就会发生破裂爆炸,聚合物锂电由于仅采用包装铝膜进行包裹(或塑料壳),只要内部压强稍高就会膨胀或者破裂。


二、手机电池未来的材料


锂电池的发展正处于一个瓶颈期,能量密度已经接近其物理极限。我们需要新的材料或者技术去实现锂电池的突破,以下几种电池材料被业内人士一直看好,或将成为打破锂电池障碍的突破口。


1、硅碳复合负极材料




数码终端产品的大屏幕化、功能多样化后,对电池的续航提出了新的要求。当前锂电材料克容量较低,不能满足终端对电池日益增长的需求。


硅碳复合材料作为未来负极材料的一种,其理论克容量约为4200mAh/g以上,比石墨类负极的372mAh/g高出了10倍有余,其产业化后,将大大提升电池的容量。现在硅碳复合材料存在的主要问题有:


充放电过程中,体积膨胀可达300%,这会导致硅材料颗粒粉化,造成材料容量损失。同时吸液能力差。


循环寿命差。目前正在通过硅粉纳米化,硅碳包覆、掺杂等手段解决以上问题,且部分企业已经取得了一定进展。


研发企业:

BTR、斯诺、星城石墨、湖州创亚、上海杉杉、华为、三星等


2、钛酸锂



近年来,国内对钛酸锂的研发热情较高,钛酸锂的优势主要有:  


循环寿命长(可达10000次以上),属于零应变材料(体积变化小于1%),不生成传统意义的SEI膜; 

安全性高。其插锂电位高,不生成枝晶,且在充放电时,热稳定性极高;可快速充电。


目前限制钛酸锂使用的主要因素是价格太高,高于传统石墨,另外钛酸锂的克容量很低,为170mAh/g左右。只有通过改善生产工艺,降低制作成本后,钛酸锂的长循环寿命、快充等优势才能发挥作用。结合市场及技术,钛酸锂比较适合用于对空间没有要求的大巴和储能领域。


研发企业:

珠海银隆、四川兴能、湖州微宏动力有限公司、深圳贝特瑞新能源材料股份有限公司、湖南杉杉新材料有限公司等。


3、石墨烯



石墨烯自2010年获得诺奖以来,广受全球关注,特别在中国。国内掀起了一股石墨烯研发热潮,其具诸多优良性能,如透光性好,导电性能优异、导热性较高,机械强度高。石墨烯在锂离子电池中的潜在应用有:


作负极材料。石墨烯的克容量较高,可逆容量约700mAh/g,高于石墨类负极的容量。另外,石墨烯良好的导热性能确保其在电池体系中的稳定性,且石墨烯片层间距大于石墨,使锂离子在石墨烯片层间扩散通畅,有利于提高电池功率性能。由于石墨烯的生产工艺不成熟,结构欠稳定,导致石墨烯作为负极材料仍存在一定问题,如首次放电效率较低,约65%;循环性能较差;价格较高,明显高于传统石墨负极。


作为正负极添加剂,可提高锂电池的稳定性、延长循环寿命、增加内部导电性能。


鉴于石墨烯当前的批量生产工艺不成熟、价格高昂、性能不稳定,石墨烯将率先作为正负极添加剂在锂离子电池中使用。


相关企业:

珈伟股份,东旭光电,青岛昊鑫新能源,厦门凯纳等。


三、辟谣


对于手机充电,有很多谣传。小编查阅了大量科学资料后,帮大家辟谣。


谣言一:新手机第一次充电必须在12小时以上,否则会缩短使用寿命。


很早以前,手机采用的电池是镍氢电池,这种电池具有记忆效应,也就是必须充满12小时以上。而现在的手机基本上采用锂电池,无记忆效应,所以没必要充12小时。锂电池的寿命与充电次数有关系,一般可冲1000次左右。


谣言二:手机用到完全没电时充电。


所谓的“深度放电”即等电池电量几乎耗尽时再给它充电对电池损耗极大。三星也在一篇关于如何延长手机电池使用寿命的博客文章中给出了同样的建议。


谣言三:最好将手机电量充满


将手机电池从25%的低电量充到100%会降低电池容量和缩短电池使用寿命。从任何电量水平充到100%电量都不是个好主意。因为高压会让电池承压,进而长期磨损电池。

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