智能手机的电池为何会爆炸燃烧

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曾经有关手机燃烧爆炸的案例，大都源于没有品质保证的山寨机或山寨电池。如今，作为Android领域的旗舰标杆，三星Galaxy Note 7竟然也会爆炸，这不禁让我们有了一股“狼来了”的想法。是什么原因导致了类似Note 7电池爆炸的事故呢？

锂电池的三种形态

在3C电子领域，锂电池大体可以分为三种类型，它们分别是18650电池、锂离子电池（Li-ion）和锂聚合物电池（Li-Po）。它们都是由外壳、正极材料、电解质和负极材料等构成，而差异就体现在了外壳（形态）和电解质的类别上。

其中，18650是一种直径为18mm，长度为65mm的圆柱体电池（图1），我们可以将它视为更大的5号电池，其内部普遍以液态的电解质为主。18650电池最常被应用在移动电源（图2）、早期笔记本的可拆卸电池、移动音箱、电动剃须刀等小巧的数码产品身上，而电动自行车的电池模组内部也普遍是由数十个18650电池串联+并联组成。由于18650电池形态固定且（相对）太过庞大，所以自然不可能为手机所用。

锂离子电池，我们可以将它视为被“压扁”的18650，它内部的电解质也多为液体，只是连同正负极材料一起，被一个方形铝壳或铝塑软包装包裹其中（图3）。和18650相比，锂离子电池可以做得更薄，所以曾有一段时间成为了移动电源的最爱。需要注意的是，由于锂离子电池和18650电池结构相似，所以它们都存在一个不容忽视的安全隐患：在极端情况下，它们不仅会燃烧，还有一定的爆炸几率（用“爆燃”形容可能更准确），危险系数相对偏高。

锂聚合物电池的形态和锂离子电池很像，也是一种扁平形态的能量体。只是，它将内部的电解质从液态换成了干状或胶状的固态物质（多为聚乙二醇或聚丙烯腈类），而包裹它的外壳材料则多是铝塑软包装（图4）。在极端情况下，锂聚合物电池多以燃烧为主而不会出现爆炸，因此它的安全系列相对要好一些。

寻找Note 7爆炸的凶手

目前，智能手机所用的电池既有锂离子电池，也有锂聚合物电池。很不幸，出现爆炸燃烧事故的三星Galaxy Note 7（图5），它们所用的由Samsung SDI供货的电池就都是锂离子电池（图6）。因此，Galaxy Note 7也就有了所谓“爆炸”隐患，否则它们应该只会燃烧而已。

实际上，无论是锂离子电池还是锂聚合物电池，它们的性能都是一样的，只要确保充放电安全你根本就体会不到它们的差别。如曾有其他媒体做过拆解测试，iPhone 4s的电池为锂聚合物，而iPhone 5s则换成了锂离子电池，你能说电池技术倒退了？

此外，一些面向全球销售且出货量巨大的热门手机，它们的电池供应商普遍不止一家。之所以三星在国内销售的Galaxy Note 7没有被召回，就是因为国行版选的电池改为了由ATL提供的锂聚合物电池。而iPhone的历代版本中，可能也涉及到既有锂离子电池也有锂聚合物电池的时候，只是因为Galaxy Note 7“出事了”，锂离子电池的安全隐患问题才被无限放大。

换句话说，国外销售的Galaxy Note 7所遭遇的爆炸问题和锂电池的类型没有太大关系，它们“出事”的本源，则是电池设计和生产中的瑕疵引起的。只是在讨论这个瑕疵之前，我们还需先一步了解锂电池的正极材料和工作原理。

重新认识正极材料

目前锂电池的负极材料主要以石墨为主，而正极材料则是对电池性能（包括能量密度、充电速度、循环寿命等）的影响最大的部分。

钴酸锂（LiCoO2）、磷酸铁锂（LiFePO4）、锰酸锂（LiMn2O4）和三元复合材料（NCM或NCA）是锂电池最常见的正极材料。其中，钴酸锂是最早商业化且最为成熟稳定的材料（图9）。早在1990年索尼就推出了钴酸锂离子电池，随后这种正极材料就逐渐统治了手机、笔记本、平板电脑等3C电子领域，它每克容量参数多在150mAh/g左右（这个指标的数值越高，单位体积下所能达到的电量就越高）。

在动力电池领域（如电动汽车），磷酸铁锂曾经是普及率最高的正极材料，可惜它实际每克容量很难突破120mAh/g，已经无法满足当前和未来的市场需求。锰酸锂虽然每克容量接近150mAh/g，但却存在高温性能差和循环寿命低等缺陷。因此，如今动力电池领域实际上是三元材料大行其道的格局，目前市场上的产品已经可以达到170 mAh/g～180mAh/g。

可惜，三元材料受限于成本和各种因素的制约，至少在短期内无法在手机领域大量应用。所以我们身边智能手机的电池，在未来很长一段时间里依旧是以钴酸锂作为正极材料。由于正极材料固定，这意味着单位电池体积能容纳多少电量是可以被计算出来的（图10），如果想在电池体积不变的基础上进一步提升容量，那就需要进一步调整电池内部的结构了。

而Galaxy Note 7电池的爆炸门事件的发生，据了解就是因为Samsung SDI在给电池增容的环节出现了疏漏，最终导致了这种严重的安全生产问题。