尋找手機爆炸元兇

劉波

近期，某款手機電池的爆炸事件，再一次將“使用手機的安全性”拉回大眾視野，也使得原本有許多創新元素的手機被蒙上了陰影。手機究竟為什么會發生爆炸？現在我們就來尋找制造手機爆炸的元兇。

元兇——手機鋰電池

此番手機爆炸元兇是其中的鋰電池。由于電池芯存在瑕疵，陰極和陽極反常相遇，導致電池芯過熱而爆炸。智能手機中的鋰電池和我們平時所用的普通電池完全不同，它主要依靠其中的鋰材料提供電能，不僅能反復充電，還可直接整合到電子設備中，并且具有高效存儲電能緩慢放電的特性，因此成為非常流行的電池，被廣泛用于筆記本電腦、智能手機、平板電腦等設備。想要對爆炸原因一探究竟，那就必須要了解一下鋰電池的工作原理。

鋰電池的工作原理

鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。

充電時，在外加電場作用下，正極材料鈷酸鋰中的鋰原子變成鋰離子，從正極移動到負極，與負極碳原子發生化學反應，并“穩定”地嵌入到負極的石墨層狀結構中。從正極轉移到負極的鋰離子越多，電池可以存儲的能量就越多。

放電時剛好相反，內部電場轉向，鋰離子從負極脫離出來，又跑回到正極，重新變成鈷酸鋰。從負極轉移到正極的鋰離子越多，電池可以釋放的能量就越多。

在每一次充放電循環過程中，鋰離子充當了電能的搬運載體，周而復始地從正極→負極→正極來回移動，與正、負極材料發生化學反應，實現電荷的轉移，將化學能和電能相互轉換，這就是鋰電池的基本原理。

由于非水電解質、隔離膜等都是電子的絕緣體，所以這個循環過程中，并沒有電子在正負極之間來回移動，它們只參與電極的化學反應。

鋰電池中不僅有鋰化合物，還有負極材料、電解液、外殼，鋰材料只占電池重量的2%左右。鋰電池本來能量就不多，為了穩定還有大約50%的電量不能釋放。

手機制造商為了提高手機續航能力，打造超薄機身，就會縮減電池的隔膜材料，從而對制造工藝要求就會越高，稍微的瑕疵就會引發質量問題。比如充電過程中的失誤導致熱失控，是鋰電池最常見的爆炸原因。另外，溫度過高、制造失誤、發生跌落，都可能會引發電池燃燒或爆炸。

制造手機爆炸的元兇是其中的鋰電池，而想要讓鋰電池幫助智能手機實現高續航、超薄、大屏幕，還有很長的一段路要走。

試一試

1. 某型號手機的鋰電池上標有“650mA·h 3.6V”的字樣，其中“650mA·h”是指電池容量（在充電電流為650mA時，1h即可充滿電），在此電池充電的過程中電流做的功為___________J。

2. 手機中使用的鋰電池是新型的高能電池。鋰是自然界中密度最小的金屬元素，銀白色，很柔軟，可溶于液氮，是一種活動性比鐵強的金屬。它的原子結構示意圖見右圖。試完成以下填空：

（1）鋰離子的化學符號______________________；

（2）鋰的氧化物的化學式______________________；

（3）鋰金屬的物理性質有__________________________________________________________________；

（4）已知氫氧化鋰與氫氧化鈉性質相似，那么氫氧化鋰與鹽酸反應的化學方程式是______________________。

活動館

自制可樂電池

材料：3個一次性塑料杯、導線若干、電壓表、銅片3枚、鋅片3枚。

連接方法：在一次性塑料杯中倒入可樂，用導線分別連接銅片和鋅片平行插入可樂中，與電壓表相連，可產生約1V的電壓（如下左圖），1個銅—鋅—可樂電池就做好了。將3個銅—鋅—可樂電池串聯起來，電壓可達3V，能代替小鬧鐘、計算機中的鋰電池（如下右圖）。

啟示窗

鋰電池應用前景

大容量鋰電池已在電動汽車中開始試用，預計將成為21世紀電動汽車的主要動力電源之一，并將在人造衛星、航空航天和儲能方面得到應用。隨著能源越來越緊缺，以及全世界環保方面的壓力越來越大，鋰電池將被廣泛應用于電動車行業，特別是磷酸鐵鋰材料電池的出現，強有力地推動了鋰電池產業的發展和應用。