尋找手機(jī)爆炸元兇

劉波

近期，某款手機(jī)電池的爆炸事件，再一次將“使用手機(jī)的安全性”拉回大眾視野，也使得原本有許多創(chuàng)新元素的手機(jī)被蒙上了陰影。手機(jī)究竟為什么會(huì)發(fā)生爆炸？現(xiàn)在我們就來尋找制造手機(jī)爆炸的元兇。

元兇——手機(jī)鋰電池

此番手機(jī)爆炸元兇是其中的鋰電池。由于電池芯存在瑕疵，陰極和陽極反常相遇，導(dǎo)致電池芯過熱而爆炸。智能手機(jī)中的鋰電池和我們平時(shí)所用的普通電池完全不同，它主要依靠其中的鋰材料提供電能，不僅能反復(fù)充電，還可直接整合到電子設(shè)備中，并且具有高效存儲(chǔ)電能緩慢放電的特性，因此成為非常流行的電池，被廣泛用于筆記本電腦、智能手機(jī)、平板電腦等設(shè)備。想要對(duì)爆炸原因一探究竟，那就必須要了解一下鋰電池的工作原理。

鋰電池的工作原理

鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。

充電時(shí)，在外加電場(chǎng)作用下，正極材料鈷酸鋰中的鋰原子變成鋰離子，從正極移動(dòng)到負(fù)極，與負(fù)極碳原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并“穩(wěn)定”地嵌入到負(fù)極的石墨層狀結(jié)構(gòu)中。從正極轉(zhuǎn)移到負(fù)極的鋰離子越多，電池可以存儲(chǔ)的能量就越多。

放電時(shí)剛好相反，內(nèi)部電場(chǎng)轉(zhuǎn)向，鋰離子從負(fù)極脫離出來，又跑回到正極，重新變成鈷酸鋰。從負(fù)極轉(zhuǎn)移到正極的鋰離子越多，電池可以釋放的能量就越多。

在每一次充放電循環(huán)過程中，鋰離子充當(dāng)了電能的搬運(yùn)載體，周而復(fù)始地從正極→負(fù)極→正極來回移動(dòng)，與正、負(fù)極材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)電荷的轉(zhuǎn)移，將化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)換，這就是鋰電池的基本原理。

由于非水電解質(zhì)、隔離膜等都是電子的絕緣體，所以這個(gè)循環(huán)過程中，并沒有電子在正負(fù)極之間來回移動(dòng)，它們只參與電極的化學(xué)反應(yīng)。

鋰電池中不僅有鋰化合物，還有負(fù)極材料、電解液、外殼，鋰材料只占電池重量的2%左右。鋰電池本來能量就不多，為了穩(wěn)定還有大約50%的電量不能釋放。

手機(jī)制造商為了提高手機(jī)續(xù)航能力，打造超薄機(jī)身，就會(huì)縮減電池的隔膜材料，從而對(duì)制造工藝要求就會(huì)越高，稍微的瑕疵就會(huì)引發(fā)質(zhì)量問題。比如充電過程中的失誤導(dǎo)致熱失控，是鋰電池最常見的爆炸原因。另外，溫度過高、制造失誤、發(fā)生跌落，都可能會(huì)引發(fā)電池燃燒或爆炸。

制造手機(jī)爆炸的元兇是其中的鋰電池，而想要讓鋰電池幫助智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)高續(xù)航、超薄、大屏幕，還有很長(zhǎng)的一段路要走。

試一試

1. 某型號(hào)手機(jī)的鋰電池上標(biāo)有“650mA·h 3.6V”的字樣，其中“650mA·h”是指電池容量（在充電電流為650mA時(shí)，1h即可充滿電），在此電池充電的過程中電流做的功為___________J。

2. 手機(jī)中使用的鋰電池是新型的高能電池。鋰是自然界中密度最小的金屬元素，銀白色，很柔軟，可溶于液氮，是一種活動(dòng)性比鐵強(qiáng)的金屬。它的原子結(jié)構(gòu)示意圖見右圖。試完成以下填空：

（1）鋰離子的化學(xué)符號(hào)______________________；

（2）鋰的氧化物的化學(xué)式______________________；

（3）鋰金屬的物理性質(zhì)有__________________________________________________________________；

（4）已知?dú)溲趸嚺c氫氧化鈉性質(zhì)相似，那么氫氧化鋰與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式是______________________。

活動(dòng)館

自制可樂電池

材料：3個(gè)一次性塑料杯、導(dǎo)線若干、電壓表、銅片3枚、鋅片3枚。

連接方法：在一次性塑料杯中倒入可樂，用導(dǎo)線分別連接銅片和鋅片平行插入可樂中，與電壓表相連，可產(chǎn)生約1V的電壓（如下左圖），1個(gè)銅—鋅—可樂電池就做好了。將3個(gè)銅—鋅—可樂電池串聯(lián)起來，電壓可達(dá)3V，能代替小鬧鐘、計(jì)算機(jī)中的鋰電池（如下右圖）。

啟示窗

鋰電池應(yīng)用前景

大容量鋰電池已在電動(dòng)汽車中開始試用，預(yù)計(jì)將成為21世紀(jì)電動(dòng)汽車的主要?jiǎng)恿﹄娫粗唬⒃谌嗽煨l(wèi)星、航空航天和儲(chǔ)能方面得到應(yīng)用。隨著能源越來越緊缺，以及全世界環(huán)保方面的壓力越來越大，鋰電池將被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)車行業(yè)，特別是磷酸鐵鋰材料電池的出現(xiàn)，強(qiáng)有力地推動(dòng)了鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用。