边充电边玩手机，年轻CEO惨死家中！怎么才能躲过手机爆炸？
来源:果壳网 | 发布时间:2018-07-05 10:07:17 | 浏览次数：1386
原标题:边充电边玩手机，年轻CEO惨死家中！怎么才能躲过手机爆炸？
今年6月，马来西亚摇篮基金私人有限公司CEO 纳兹林，午休时在床边给手机充电。手机电池因过热爆炸并引发火灾，纳兹林头部被严重炸伤，最终身亡。
事故现场 | "The Star Online"YouTube截图
近些年来，由锂电池引发的爆炸事故频频发生。生活在现代，但凡目力所及，总能看到些藏着电池的物件：低头刷着的手机、不停敲击的笔记本电脑、路边停泊的汽车……都由锂离子电池暗中供能。
我们每天都离不开的锂电池，居然是个“定时炸弹”？
锂电池到底为啥会爆炸？
想象一个炎夏的晌午，一台手机正静静躺在主人枕边充电。
闷热的天气和持续的电流，让机身的温度不断升高。
此刻，手机里的电池，感觉非常糟。它的体内，有片叫做“隔膜”的部位正在被高温渐渐融化。没了隔膜的保护，电池发生了短路，从而产生更多的热量。
这一可怕的循坏在电池内部愈演愈烈，致使温度陡升，甚至让它腹中的电解液都开始沸腾。与此同时，电池的外壳，在高温和内压的双重作用下，鼓胀变形。
作为一块电池，它即将迎来最糟糕的死法——爆炸。
它的爆炸，带走了还在梦乡的主人的性命。
一切都要从锂电池的构造说起。
商用的锂离子电池主要由四部分组成，分别是正极、负极、隔膜和电解液。
商用锂离子电池的内部结构 | 参考文献[1]；翻译 | 圆的方块
充电时，锂离子从正极中出来，经过电解液，穿过隔膜到达负极，放电时则相反。于是，随着电池的使用，锂离子如同一辆公交车，携带着作为乘客的电荷们，不断地在两极间往返，完成充放电的功能。而隔膜的作用就是阻隔正负极，防止短路的发生。
这种四位一体的设计，给锂离子电池带来了巨大的成功，但却也在多个方面埋下了隐患。
首先，电池内部的电解液含有大量有机物，比如碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯。这些家伙一个个都自带燃爆属性，脸上写着“远离火源”四个大字。
此外，一块电池的正负极一旦短路，就会大量发热，甚至产生火花。不少人小时候可能做过这样的实验：拿铁丝把一节电池的正负极连起来，铁丝会变烫，甚至可以拿来切泡沫，就是这么个原理。
既然短路这么危险，人们自然就想到要用个东西把正负极隔起来，于是就引入了隔膜。
将电池正负极短路，会产生大量热量，甚至可以自制泡沫切割器 | 小强科普
然而，现代电池追求小体积，为了保证能量供给，正负极和电解液都不能少，那么就只有去压榨“不那么重要”的隔膜体积了。于是，电池隔膜被“削减”地越来越薄，主流的锂离子电池隔膜厚度仅有20微米左右。也就是说，两片隔膜叠起来的厚度，刚好接近一根头发的直径。
这层薄膜一旦破损，问题就会很严重。2016年，三星Note 7电池火灾就是因为隔膜太薄，容易被一些焊接毛刺坏，从而导致电池短路引发爆炸。听起来，这些电池算是受了“工伤”了。
即便没有这些焊接毛造成的“工伤”，电池本身也暗藏着刺穿隔膜的隐患，这类现象叫做“枝晶”。
枝晶这个问题，算是一种写在锂电池“基因”里的病。因为动力学等因素，锂电池在使用过程中，电极的表面会形成一些“小毛刺”，这些小毛刺就叫做”枝晶“。而且枝晶会越长越大，最终就会穿透隔膜，造成短路。
锂枝晶的微观照片 | 参考文献[2]
枝晶这种只有几微米的小家伙，曾经搞垮了一家电池领域的大公司。
1970年代后期，有一种使用金属锂作为电极的电池，可以在相同重量下，储存比其他电池更多的电能，因而备受青睐。当时“大哥大”手机就是使用这种电池。持有这种技术的是一家名叫Moli Energy的加拿大公司。然而，这种电池问世不到半年，因枝晶问题发生了多起爆炸事故，被全球召回。盛极一时的Moli公司，从此一蹶不振，最终以被一家日本公司收购，草草离场。
超薄的隔膜、可燃的电解液、暗流涌动的枝晶——整个电池就像是把“火药桶”和“打火机”关在一个小屋子里，然后用一层“保鲜膜”隔开，想想都很惊心动魄。
如何解决电池的安全问题？
找到电池隐患的主要源头，科学家们就开始着手解决电池的安全问题了。比如，著名的华人科学家、斯坦福大学崔屹教授，率领团队分别从隔膜、电解液、枝晶的角度入手，做了三项有趣的工作。
著名纳米科学家崔屹教授 | Ustcif.com
筑起隔离的“石墙”
首先是隔膜。普通的电池隔膜大多是高分子或者纤维素材料（还真有点像保鲜膜），比较软，容易破，受热也会融化。既然弱，那就给它增强下吧。
崔屹团队就提出，在隔膜中间加一层二氧化硅纳米颗粒。这些纳米级的二氧化硅强度比较高，至少枝晶是刺不穿的，而且还耐高温。如此一来，在“火药桶”和“打火机”之间，二氧化硅隔膜的存在如同建起了一道“石墙”。
通过在隔膜之中插入一层二氧化硅纳米颗粒，可有效组织枝晶刺穿隔膜，图c是这种夹心结构侧视图，图d是二氧化硅纳米颗粒的微观形貌 | 参考文献[3] ，翻译：圆的方块。
配备“灭火器”
再有就是电解液。电解液可燃，那就想办法让它烧不起来吧。
于是，他们用特殊纺丝的方法做了一批中空的纤维，然后将阻燃剂密封在这些纤维内部，再用这些纤维编制成隔膜。
这样一来，不仅能很好地隔开正负极，一旦发生起火，纤维的外壳受热融化，就会释放出里面的阻燃剂，从而瞬间阻止燃烧蔓延。这相当于给“火药桶”配了个“灭火器”。
盖上“锅盖”
最后就是枝晶问题。你可以把枝晶想象成一个生长的小树，随着电池运行，小树会越长越大，那就干脆把它扼杀在萌芽里吧！
崔屹团队采用的方法是在锂电池电极上盖一层球形碳壳。这些半球形的碳薄壳覆盖在电池电极的表面，于是枝晶就长不起来了。这样，就在“打火机”上盖了个锅盖。
“建石墙”、“配灭火器”、“盖锅盖”，这些从微观层面所进行的材料设计，确实都能够极大提升电池的寿命和安全性。
不过，这些先进的理念，还基本处于实验室阶段。若要切实改变我们身边的这一块块电池，可能尚需时日。
现在呢，为了防止电池变“炸弹”，我们能做的就是防患于未然——避免手机、电脑过热，电动车要经常注意保养，不购买和使用劣质充电器等等。
其实不论是电池防爆，抑或其他技术，都是在不断地发现问题和解决问题的过程中得以提高和完善。我们需要做的就是兵来将挡、水来土掩，通过日积月累的改进，让科学技术更多的造福于人类。
参考文献：
[1].Science Advances, 2018, 4 (6), eaas9820.
[2].Chemical Society Reviews, 2013, 42(23), 9011-9034.
[3].Advanced Materials, 2017, 29(4),1603987.
[4].Science advances, 2017, 3(1), e1601978.
[5].Nature nanotechnology, 2014, 9(8), 618.
作者：圆的方块
编辑：小柒
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