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三星S10 5G版自燃事件引发关注,CCTV《今日说法》曝光多起手机爆炸案件。文章深入解析手机锂电池结构、工作原理及六大爆炸原因,包括外部短路、内部短路、过充过放等,强调出厂安全检测对保障消费者生命安全的重要性。
4月30日,一名韩国网友在论坛上晒出了自己的三星S10 5G版手机自燃后的照片。从照片中可以看出,手机烧毁还是很严重的,幸运的是没有造成人员伤害。

消息传出以后,手机爆炸的问题自然又再一次引起了关注。除了在网络引发大量讨论外,5月5日,CCTV今日说法栏目播出了《爆炸的手机》,曝光了多起手机爆炸案件。
虽然节目只点名了三星,但这同样是对所有的厂商一个警醒,任何产品的第一要务是安全,对消费者的安全负责是任何厂商不可推卸的责任。为了保证出厂产品的安全性,出厂之前的安全检测是必不可少且不能马虎的,下面小编就带大家补充一下手机电池安全检测的一些知识点。
1手机锂电池结构
手机电池类型
手机电池多以锂电池为主,锂电池 (Lithium Cell) 是指电化学有锂的最基本电化学单位, 包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物。锂电池分为2类:一是锂金属电池;二是锂离子电池。目前, 手机电池以锂离子电池为主, 同时, 锂离子电池也分为2类:一类是锂离子电池, 使用较为普遍;另一类是锂离子聚合物电池。
锂离子电池工作原理
锂离子电池一般是使用正极材料、负极材料、尖水电解质、隔膜、外壳和电极引线的电池。
正极工作原理:
Li Co O2==Li (1-x) Co O2+XLi++Xe- (电子)
负极工作原理:6C+XLi++Xe-=Lix C6
充电电池总工作原理:Li Co O2+6C=Li (1-x) Co O2+Lix C6
锂电池爆炸的原因
1外部短路
外部短路可能由于操作不当,或误使用所造成,由于外部短路,电池放电电流很大,会使电芯的发热,高温会使电芯内部的隔膜收缩或完全坏坏,造成内部短路,因而爆炸。外部短路可能的工位:
1、上电芯未对好,造成正负极接触;
2、电芯在周转过程中打火;
3、用户在使用时正负极短路;
4、保护线路板失效。
2内部短路
由于内部产生短路现象,电芯大电流放电,产生大量的热,烧坏隔膜,而造成更大的短路现象,这样电芯就会产生高温,使电解液分解成气体,造成内部压力过大,当电芯的外壳无法承受这个压力时,电芯就会爆炸。内部短路的工位:
1、正负裁大片毛刺;
2、正负极分小片掉料;
3、正负极分小片毛刺;
4、负极铆焊未拍平,有毛刺;
5、卷绕不齐;
6、隔膜纸有砂眼;
7、压扁时压力太大;
8、组装短路电芯未检出;
9、组装微短路电芯下流;
10、激光焊短路电芯未检出;
11、烘烤时温度太高烘坏隔膜;
12、上部胶位置不对;
13、高温胶纸包住负极耳;
14、贴底部胶未完全包住底部。
3 过充
电芯过充电时,正极的锂过度放出会使正极的结构发生变化,而放出的锂过多也容易无法插入负极中,也容易造成负极表面析锂,而且,当电压达到4.5V以上时,电解液会分解生产大量的气体。上面种种均可能造成爆炸。过充可能的工位:
1、预充时电流设置过大;
2、预充柜个别点电流过大;
3、电芯容量不足;
4、检测时电流设置过大;
5、检测时个别点电压偏大;
6、用户使用时充电器电压偏大。
4过放
电池正常放电至截止电压后,继续放电。由于负极中需要保持一定的锂离子才能保持结构的稳定,过放使更多的锂离子迁出,破坏了负极的稳定结构,造成负极不可逆的损坏 。甚至使负极铜箔溶解沉积到隔膜上,使正负极直接短路产生爆炸。
5水份含量过高
水份可以和电芯中的电解液反应,生产气体,充电时,可以和生成的锂反应,生成氧化锂,使电芯的容量损失,易使电芯过充而生成气体,水份的分解电压较低,充电时很容易分解生成气体,当这一系列生成的气体会使电芯的内部压力增大,当电芯的外壳无法承受时,电芯就会爆炸。
6负极容量不足
当正极部位对面的负极部位容量不足,或是根本没有容量时,充电时所产生的部分或全部的锂就无法插入负极石墨的间层结构中,会析在负极的表面,形成突起状“枝晶”,而下一次充电时,这个突起部分更容易造成锂的析出,经过几十至上百次的循环充放电后,“枝晶”会长大,最后会刺穿隔膜纸,使内部产生短路。负极容量不足的工位:
1、正极来料容量偏高;
2、负极来料容量偏低;
3、正负极搅拌不均;
4、正极敷料量偏大;
5、正极涂布不均;
6、正极头尾部堆料;
7、负极涂布不均;
9、负极暗痕;
10、负极划痕;
11、负极凹点;
12、负极露箔;
13、负极颗粒;
14、负极压片时压死;
15、正负极分档配对错误;
16、负极包不住正极;
过充过程成为了导致锂离子电池发生不安全行为的危险因素:当发生过充时,由于发生了不可逆的化学反应,电能转变成热能,导致电池温度迅速升高,从而引发一系列的化学反应。尤其是当散热性较差时,往往导致比单纯的热冲击更严重的问题,可能发生电池起火,甚至爆炸。
锂电池安全检测标准:
从目前的标准可以看出,目前锂电池的各种标准主要从三个角度考察锂电池的安全及电性能:
|
对应标准 |
应用安全性能 (电芯、电池) |
环境适应性能 (电芯、电池) |
电性能 (电芯、电池) |
|
GB/T 18287 |
1.热冲击 2.过充电 3.短路 4.重物冲击 5.过充电保护 6.过放电保护 7.短路保护 |
1.恒定湿热性能 2.振动 3.碰撞 4.自由跌落 |
1.0.2C5A放电性能 2.1C5A放电性能 3.高温性能 4.低温性能 5.荷电保持能力 6.循环寿命 7.贮存 |
|
IEC 61960 |
—— |
—— |
1.20℃放电 2.-20℃放电 3.高速率放电 4.荷电保持及恢复 5.长时间贮存 6.循环能力 7.ESD 8.内阻 |
|
IEC 60086-4 |
1.外部短路 2.强制放电 3.不正常充电 4.错误安装 5.过放电 |
1.低气压 2.温度循环 3.振动 4.冲击 5.撞击 6.挤压 7.自由跌落 8.温度冲击 |
—— |
|
IEC 62133 |
1.持续低速率充电 2.外部短路 3.强迫放电 4.高速率充电 5.过充电 |
1.振动 2.机械冲击 3.温度循环 4.自由跌落 5.热冲击 6.挤压 7.低气压 8.电池外壳应力 |
—— |
|
MITI(1962:No.85) 1stClause: Appendix 9
|
1.外部短路 2.强制内部短路 3.过充电保护 |
1.热冲击 2.挤压 3.跌落 |
—— |
|
UL 1642 |
1.外部短路 2.异常充电 3.强制放电 |
1.挤压 2.重锤冲击 3.热冲击 4.温度循环 5.机械冲击(碰撞) 6.低气压 7.振动 8.弹射 |
—— |
|
UL 2054 |
1.外部短路 2.异常充电 3.滥充电 4.强制放电 5.限功率测试 6.元器件温升 |
1.挤压 2.重锤冲击 3.热冲击 4.温度循环 5.振动 6.燃烧 7.机械冲击(碰撞) 8.跌落 9.250N挤压 10.外壳应力 11.外壳防火 |
—— |
其中,
GB/T 18287不仅包含了部分安全检测项目,还涵盖了性能测试;
IEC 61960主要侧重于锂电池的电性能测试;
IEC 62133和日本JIS C 8714要求侧重于产品使用安全和环境适应性安全;
UL 2054和UL 1642则全面考察电芯和电池在各种使用环境下,包括故障条件、重压条件、燃烧条件下的安全性。
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