试论手机锂电池防火技术

涂敏

摘要：关于锂电池的研究大概开始于上世纪初，由于锂金属具有活泼的化学特性，难以对其进行加工和保存，在经历了接近一个世纪之后才出现了首个商用锂离子电池。目前无论是手机还是其他数码产品中，锂离子电池的应用较为广泛。但是由于自身设计、生产和技术等原因，加之使用不够规范等原因，导致手机锂电池发生火灾的概率较高且危害较大。这就需要基于其火灾或爆炸机理，分析引发手机锂电池火灾的原因，从不同方面研究提升手机锂电池防火技术性能的有效措施，以供参考。

关键词：手机锂电池;传统电池;火灾危险性;防火技术

在进入本世纪以来，锂电池在手机、笔记本电脑和电动自动车、电动汽车等行业中广泛应用，成为目前新能源行业中的主力军，未来也具有广阔的市场发展空间。但是由于技术问题，锂电池在使用中也偶尔由于过热或短路而发生火灾的问题，这也对锂电池的防火技术提出更高要求。

一、锂电池与传统电池的性能对比分析

传统的电池类型主要有铅酸电池和镍镉电池等，与传统电池相比，锂电池的体积和重量小、电量大等优点，这是由于此类电池的储存能量密度大、使用寿命长、自放电率较低，在目前的各类便携式数码电子产品和通信产品等广泛应用。但是也表现出具有相对较高的成本和较高危险性的特点，需要设置保护装置来保证其安全使用。锂电池最大的优势就是不存在记忆效应，循环使用寿命长，目前逐步取代了传统电池。

二、锂电池的工作原理及爆炸机理

锂电池的充放电过程就是正极和负极之间出现锂离子定向移动的过程，比如在充电时，锂离子会从正极向负极移动并嵌入负极中，在放电时则向正极移动并嵌入正极，如此循环使用。由于锂电池内部结构中的正、负极材料为层状结构的材料，锂离子会在此结构中嵌入，并可以在充放电时实现锂离子在正、负极之间的移动。如果在充放电过程中，出现了充电电压超过最大充电限制电压的情况，正极材料结构中的锂离子数量大量向负极材料移动，使得其中的锂离子数量低于正常数值的一半，则就会引发正极材料层状储存格的垮塌问题。而在负极材料中也会出现大量锂离子的堆积，导致负极材料表面呈现出枝状结晶状态，此时锂离子结晶会将隔膜刺穿而导致内部正负极短路。还会由于充电电流过大而导致锂离子还没有进入储存格就会在正负极材料表面堆积，也会在大量聚集之后形成结晶而将隔膜刺穿，导致短路问题的发生。此短路问题会产生较高的温度而导致电解液破裂、释放大量的气体，增加电池内部压力，出现电池外壳臌胀而破裂的现象，此时氧气也会进入其中在电极表面堆积，而且与锂离子发生反应而引发爆炸事故。

三、手机锂电池的火灾危险性分析

1.电池自身缺陷

首先是设计缺陷，目前的手机产业在飞速发展，手机更新换代的速度不断加快，手机的屏幕尺寸更大且机身厚度更薄，这使得锂离子电池的厚度越做越薄，甚至还出现了边缘曲面设计的情况，这可能会对电极边缘抗压能力造成影响，增加电池出现电极板短路的概率。这是由于手机本身体积较小，其内部有复杂的PCB电子集成配件，给予电池的空间越来越小。但是锂电池厚度越薄，对电池自身的电极材料容纳锂离子的能力、隔膜材料的轻薄度、外壳材料的重量和承压能力等提出更高的要求。比如某品牌手机，由于采用了边缘曲面设计而降低了电极边缘抗压能力，引发了电极短路问题，由于其双面曲屏设计，使得边缘位置堆叠的电极板之间存在较小的间隙，在受到外力时引发粘连问题，从而引发短路问题，导致火灾的发生。

其次是材质不合格。如果电池生产环节偷工减料，使用安全性能不佳的材质，可能会导致正负电极涂层不均匀或电解液泄漏等问题增加出现短路或过热问题的概率。这是由于厂家在生产电池时为了降低成本，提升经济效益，故意人为采取偷工减料的方式，比如使用提纯度较低的正负极材料，或者精密度较低的绝缘隔膜、具有较差渗透力的再生PE材料等，会降低电池的安全性能。此外，还会由于出现正负电极涂层不够均匀、有其他导电杂质进入电解液中等原因而导致电池使用时出现短路或过热问题，这就会引发电池爆炸或火灾问题。

再次是在电池以及充电器中如果没有设置科学的保护回路，没有在过充或过压情况下自动断电，或者在加工时采用不科学的工艺，都会导致其安全性能的降低。目前相关技术标准针对锂电池的寿命有着严格的规定，要求其充放电次数能够满足连续充放电500次以上的要求，如果是聚合物锂电池，还要求此数值在800次以上。而相应的充电器的寿命也存在较大差异，容易由于二者寿命不匹配而增加潜在的安全隐患。对于电池设计中的充电保护装置来说，如果在生产时采用交叉的元器件，或者并未设置保护回路，或者所设置的保护回路逻辑混乱，导致在充电时出现电压或电流过大的情况时没有及时将充电回路切断而引发火灾或爆炸问题。

最后是在锂电池加工时，由于其内部为固液混合物结构，容易由于电解液泄漏而导致爆炸问题。以外部原因来说，可能会由于碰撞、挤压、针刺等问题而导致电解液泄漏，或者从内部原因上分析，容易由于没有焊接牢固电池外壳或盖帽，出现电解液过充问题，或者封口操作时的压力过大，没有铆固解释正负极盖、绝缘密封垫老化等原因而导致加工工艺和质量不合格，增加出现电池火灾或爆炸事故的概率。

2.电池使用不规范

在手机使用时如果在温度较高或湿度过大的环境中会影响电池性能，导致其内部发生剧烈化学反应而出现短路、破裂等问题。或者在受到外力挤压、碰撞时导致电解液外漏。还会由于充电电压不稳、存在过充或过放问题、快速充电问题，充电时放电的问题，使用万能充電器等不规范行为而引发电池火灾问题。尤其目前手机厂商将快充作为手机的标配，且快充功率和速度不断提升的发展趋势下，容易由于快充技术不够可靠或者所用充电器不符合要求而影响电池的稳定性，当出现粒子移动速度不可控时则容易引发过热和火灾、爆炸等问题。

四、手机锂电池的防火技术措施

1.制定锂电池配套产品的技术标准

我国在2015年出台的关于锂离子电池和电池组的安全要求中，对相应的试验和技术指标、安全性评判标准等进行了明确规定，用以指导锂电池的设计和生产工作。但是针对锂电池的配套电源适配器和数据线等产品还没有颁布相应的技术规范，仅仅只有一项行业测试方法的标准，关于充电器也仅有推荐性标准，因此应加快构建统一的技术标准，用以开展行业监管和技术规范工作。

2.加快新产品和新技术研发

面对目前手机电池市场需求更加多元化的现状，锂电池生产厂家应加强与科研机构的合作，为了提升电池的防火性能，可以将更加高效的阻燃剂加入其中，推广应用石墨烯等材料，研发更加具有适应性和安全性的产品。还可以加大对太阳能光伏电池的研发和加快其市场转化速度，从源头上杜绝化学电池的安全不确定性问题。

3.加强市场行业监管

针对锂电池在生产、储存、运输、使用和回收中常见的火灾事故，应针对上述环节，由相应的质检部门、工商行政管理部门和公安机关治安管理部门等加大监管力度，采取分段管理与协作的方式对锂离子电池市场加以规范，保证源头上设计的科学性以及加工工艺的规范性，保证市场中锂离子电池生产厂家为正规厂家，所用材质质量达标。

4.加大宣传力度

针对锂离子电池的使用环节，应发挥主流媒体的作用，加大正确使用锂离子电池相关方法的宣传工作，引导民众购买和使用正规厂商的锂离子电池，而且规范使用，在火灾初期采取正确的处置方式，降低锂离子电池火灾发生概率及其造成的危害。比如在选购环节，应从正规途径采购经过国家检验部门质检合格、具有3C认证的正规电池及配套产品。其次在使用中，应严格按照说明书中的规范要求，检查好电池及配套装置的外观，避免存在臌胀、破损等问题。还要保证电池在正常温度和良好环境下使用，防止温度过高及受潮、受到腐蚀等问题。再次在锂离子电池充电时尽量不同时放电，且由专人看护，做好对充电配套设备温度的及时查看，不允许私自对电池进行拆解，防止外力撞击和挤压电池等。最后是在遇到锂离子电池火灾问题时，应使用灭火毯或棉被进行覆盖灭火，或者使用大量的水、砂土、ABC干粉或二氧化碳滅火器进行灭火。同时要防止火灾产生的烟气危害人体健康，及时将发生火灾的电池移到室外，由专业消防人员进行处理，做好通风、防护等工作的事。

五、结语

面对目前逐渐普及的手机等数码产品，以及其中广泛应用的锂电池，容易由于设计、生产和使用不规范等原因而引发火灾，因此应采取针对性的技术措施，还要加大行业监管力度和宣传力度，提升手机电池的防火技术性能，确保其使用安全箱。

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