2010 年，出門必帶現(xiàn)金

2020 年，出門必戴口罩

2023 年，出門必揣手機(jī)

無論辦公還是解壓，吃飯還是睡覺，一個(gè)人還是一堆人，手機(jī)都無時(shí)無刻地陪在我們身邊。從形影不離的伙伴到威力十足的炸彈，手機(jī)真的絕對(duì)安全嗎？趕著摸魚的小伙伴可以快速劃到下面尋找答案

電池威力有多大？

隨著大家對(duì)手機(jī)續(xù)航能力的需求越來越高，手機(jī)電池的容量越來越大。而手機(jī)里所采用的是鋰離子電池（Li-ion Batteries, 以下簡(jiǎn)稱 LiBs），從小到耳機(jī)，大到電動(dòng)汽車，再大到儲(chǔ)能電站，LiBs 都扮演著非常重要的角色。

目前商用手機(jī)的的鋰離子電池，正極主要選用鈷酸鋰，因?yàn)槠潴w積能量密度最高，這樣就可以在很小的手機(jī)里儲(chǔ)存更多的能量，而負(fù)極一般選用層狀石墨。目前大部分手機(jī)電池的平均輸出電壓大約是 3.7V，容量一般是 4000mAh，那么一個(gè)充滿電的手機(jī)所蘊(yùn)含的能量約為 14.8Wh，相當(dāng)于 53kJ，也就是兩個(gè)手雷的能量？！

雖然手雷機(jī)爆炸的概率很小很小，但誰也不想以這樣的方式上新聞吧？所以評(píng)估一個(gè)電池的各項(xiàng)性能前，必須先評(píng)測(cè)它的安全性，這樣消費(fèi)者才可以放心使 mo 用 yu。

電解液和隔膜安全嗎？

無論是電芯，模組還是大型的儲(chǔ)能模塊，其實(shí)都是由一個(gè)個(gè)電池單元串并聯(lián)組成的。其發(fā)生熱失控的原因，和電池的基本構(gòu)造和工作原理息息相關(guān)：

LiBs 內(nèi)部一般由正極集流體和正極材料，電解液，隔膜，負(fù)極材料和負(fù)極集流體，墊片和外殼組成，整套系統(tǒng)還應(yīng)包括外電路，先簡(jiǎn)單地假定由電源 / 用電器，開關(guān)組成，并用導(dǎo)線連通。

其中，LiBs 的電解液一般是易燃有毒的有機(jī)溶液，在高溫下會(huì)發(fā)生分解，所以需要對(duì)電池進(jìn)行嚴(yán)格地密封。如果我們不小心拆開手機(jī)電池，只能看見正負(fù)極集流體的極耳露在外面，用來傳導(dǎo)外電路電子（而柱狀電池將極耳直接焊在了外殼里面所以看不到）。此外，密封也可以保證電池在給壓時(shí)，電解液不會(huì)發(fā)生泄漏，搞得到處都是。

因此，電池從材料上限制了它所工作的溫度不能太高，不僅因?yàn)殡娊庖喝菀追纸猓逃免捤徜囌龢O在高溫下，晶格內(nèi)部的氧氣也會(huì)脫出，不僅損害電極結(jié)構(gòu)，還會(huì)產(chǎn)生氧氣，和電解液直接反應(yīng)導(dǎo)致熱失控，一般商用鋰離子電池的工作溫度不宜超過 55℃。

所以，夏天當(dāng)手機(jī)很燙的時(shí)候，就別再玩了，讓它哪兒涼快哪兒呆著去。

不僅在制造過程中，電池在工作時(shí)也要始終保持密封的狀態(tài)，在發(fā)生碰撞，擠壓等極端工況時(shí)，確保電池的密封性不受影響，當(dāng)然，電池在出廠前就會(huì)進(jìn)行一系列安全性測(cè)試。但是如果手機(jī)已經(jīng)嚴(yán)重彎曲、變形，真舍不得換手機(jī)，也要換塊電池，不然真就是握著倆手雷在兜里，你說刺激不刺激~

除了電解液，LiBs 的隔膜也是導(dǎo)致熱失控主要原因之一。LiBs 的電解液和隔膜幾乎電子絕緣，防止正極的電子直接跑到負(fù)極，導(dǎo)致內(nèi)電路的直接放電。如果隔膜受損，比如隔膜被刺穿，電池在加壓狀態(tài)下，正負(fù)極便會(huì)直接接觸，導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，接著電池就會(huì)瞬間以超大電流放電，導(dǎo)致電池發(fā)生熱失控。

所以電池在制造和使用中必須要保證：電子只能走外電路，離子只能走內(nèi)電路，二者同時(shí)移動(dòng)，形成閉合回路。

電池可以無限充電嗎？

當(dāng) LiBs 充電時(shí)，正極材料失去電子，鋰離子脫出，正極電位隨之升高。在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，鋰離子在電解液中向負(fù)極擴(kuò)散，伴隨著負(fù)極得到電子，鋰離子嵌進(jìn)負(fù)極材料，負(fù)極電位隨之降低，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在電池中。

但是電池不能無限充電，因?yàn)檎龢O電位不能超過電解液的電化學(xué)穩(wěn)定窗口的上限，負(fù)極電池不能低于電解液的電化學(xué)穩(wěn)定窗口的下限，否則電解液的成分會(huì)和電極發(fā)生氧化還原反應(yīng)，造成電解液的分解。而電解液的分解將會(huì)產(chǎn)生易燃或助燃的氣體，使得電池脹包變形，同時(shí)產(chǎn)生熱量，從而造成熱失控。

電池不能無限充電，還有一個(gè)原因是負(fù)極能容納鋰離子的空位是有限的，比如商用石墨負(fù)極的理論比容量是 372mAh / g，實(shí)際比容量在 350mAh / g 左右。當(dāng)石墨負(fù)極的空位已經(jīng)被鋰離子填滿后，擴(kuò)散過來的鋰離子只能聚集在石墨的表面。如果繼續(xù)充電，使得石墨電位（最低嵌鋰電位約為 0.1V 對(duì)鋰）繼續(xù)降低，當(dāng)降低到 0V 對(duì)鋰時(shí)，鋰離子將直接獲取負(fù)極的電子，在石墨表面還原生成金屬鋰（枝晶），不規(guī)則的鋰沉積會(huì)刺穿隔膜，導(dǎo)致電池短路，進(jìn)而引發(fā)熱失控事件。

除了過充，低溫下電池充電時(shí)，石墨負(fù)極也會(huì)產(chǎn)生鋰枝晶刺穿隔膜的問題。低溫時(shí)，石墨負(fù)極嵌鋰速度變慢，若在動(dòng)力學(xué)上小于鋰離子在電解液中擴(kuò)散的速度，富集在負(fù)極表面的鋰離子可能直接和電子結(jié)合，在石墨負(fù)極表面不規(guī)則沉積，形成鋰枝晶。尤其是在低溫下快充時(shí)，對(duì)電極內(nèi)部的動(dòng)力學(xué)擴(kuò)散速度提出了更高要求，更容易發(fā)生鋰沉積的現(xiàn)象。所以 LiBs 的使用溫度一般要超過-20℃。而且都-20℃了，拿在手上不如先把手機(jī)放嘎子窩里暖和暖和。

結(jié)合之前的溫度，LiBs 工作的溫度區(qū)間在-20~55℃會(huì)更安全，而且電池的動(dòng)力學(xué)性能也更好。

當(dāng)電池充滿時(shí)，或當(dāng)電池處于荷電狀態(tài)（SOC＞0%）下，連通外電路，電池會(huì)自發(fā)地放電，發(fā)生和充電時(shí)剛好相反的過程。負(fù)極電位升高，正極電位降低，像 U 型管兩端的水位一樣向中間靠近（但是不會(huì)持平）。電池將電極的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能（和熱能），為外電路供電。電池放電是一個(gè)自發(fā)的過程，就像瀑布“飛流直下三千尺”，你的手機(jī)還沒怎么玩就提示 10%。

當(dāng)然，生產(chǎn)廠商在設(shè)計(jì)電池的時(shí)候，就已經(jīng)進(jìn)行了各種安全性的防護(hù)和測(cè)試，保證我們?cè)谡Ｊ褂茫蛘吲紶栠^度使用時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)問題，比如過充停止充電，高低溫時(shí)自動(dòng)關(guān)機(jī)，防爆測(cè)試等等，這樣我們?cè)谑褂檬謾C(jī)時(shí)，也不用一直提心吊膽。不過，要想杜絕這種危險(xiǎn)發(fā)生在我們身邊，還是要注意以下幾點(diǎn)：

• 使用正規(guī)廠商生產(chǎn)的電池，最好是原廠

• 當(dāng)手機(jī)或電池嚴(yán)重變形，及時(shí)更換電池

• 不要在高溫或者低溫下持續(xù)使用電池

• 可以給電池配備更好散熱和加熱系統(tǒng)

• 不要過度充電或放電

• 從根源上：少玩手機(jī)

更安全的電池？

除此之外，要想獲得一個(gè)更加安全的鋰離子電池，我們還可以在材料設(shè)計(jì)上有很多手段，舉幾個(gè)栗子：

鈷酸鋰正極穩(wěn)定性不夠，就換正極。使用更加穩(wěn)定安全的正極 —— 磷酸鐵鋰：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更高，在 800℃下才會(huì)發(fā)生分解，且循環(huán)壽命也更長(zhǎng)，正常使用下可達(dá) 10 年之久。除此之外，磷酸鐵鋰不含貴金屬，成本也更低，適用于對(duì)能量密度要求不高的許多場(chǎng)景。

有機(jī)電解液不穩(wěn)定，就換電解液。使用更加穩(wěn)定安全的電解液 —— 水系電解液：將電解液的溶劑替換成水，水本身是無毒不可燃的，甚至有時(shí)可以阻燃。但是之所以水系鋰離子電池沒有納入商用體系，是因?yàn)榧兯碾娀瘜W(xué)窗口比較窄（1.23 V），正極和負(fù)極的選擇很少，導(dǎo)致輸出電壓和能量密度較低。但是，其安全性不容置疑，對(duì)于未來大型的風(fēng)光一體儲(chǔ)電站，水系電池有望占據(jù)一席之地。

隔膜強(qiáng)度不夠，就換隔膜？直接去掉隔膜！采用全固態(tài)鋰離子電池，將液態(tài)電解液和隔膜換成固態(tài)電解質(zhì)，替換了可燃物，使得電池在本質(zhì)上是安全的。固態(tài)鋰離子電池目前正在迅猛發(fā)展，各大電動(dòng)車企爭(zhēng)先布局。

由于正極、電解質(zhì)和負(fù)極都是固態(tài)，固固界面較差的機(jī)械接觸是一個(gè)需要解決的問題，但是固態(tài)電池可以采用能量密度更高的金屬鋰作為負(fù)極，采用穩(wěn)定可靠的固態(tài)電解質(zhì)，使得鋰電池的能量密度和安全性能再次提升，是未來動(dòng)力電池的有力競(jìng)爭(zhēng)者。

一起手搓電池！

想必在看的各位未來杰青、千人都已經(jīng)躍躍欲試，想要手搓電池了，那就趕快加入中國(guó)科學(xué)院物理研究所 E01 組（一起原），在這里打造屬于自己的電池提瓦特吧。

最后，沒有絕對(duì)的安全，只有絕對(duì)的安全意識(shí)。不過最安全的，還是少玩手機(jī)。希望各位可以正確地使用手機(jī)，而不是像小編一樣，成為手機(jī)的玩伴。

所以各位旅行者，每日一問：你打開手機(jī)，是為了什么？

參考文獻(xiàn)

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本文來自微信公眾號(hào)：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：TT

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的日常使用手机需要注意哪些安全问题？的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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