伴“锂”如伴虎：锂电池安全问题有解吗？

终于，三星选择在中国旧历年底宣布了Galaxy Note 7手机爆炸的原因，总的结论可以归纳为：都是电池惹的货，当然三星自己也有“失察”的责任。虽然业界对于这个结论也有不同的声音，但这个2016年高科技领域最大的一桩公案也总算告一段落。不过对于三星来说，重拾消费者信心的救赎之路才刚刚开始。

作为Note 7事件的余波，锂离子电池（以下简称“锂电池”）的安全问题被重新摆在了桌面上。从目前可充电电池技术特性来看，锂电池的统御地位还无可动摇——它的能量密度高、工作电压高、自放电率低、充电次数多、没有记忆效应 ，从这些角度看堪称“完美”。但是从热力学原理上看，锂电池本身就是一个不稳定体系，其“安全性”是相对的，从电池的制造到在终端产品上的应用，都需小心行事，稍有不慎就有可能酿成安全事故。像三星这样的“老司机”尚且有失手，别人更不能大意。

表1，三种可充电电池性能比较

锂电池的结构包括锂离子化合物（比如钴酸锂）正极、石墨负极，以及在正负极之间的电解质。电解质又可分为液体、凝胶以及全固态聚合物电解质。在液态电解质结构中，还会加上一层分隔正负极的隔膜。目前在手机和便携设备中，普遍采用的是电解质化学性能更稳定、机械加工性能更好的聚合物锂电池。

锂电池最大也是最普遍的安全风险，来自于内部短路。短路后形成的大电流经由电池的内阻会产生大量的热量，“激活”不稳定的电池材料，让可燃的电解质发热、释放气体甚至燃烧。这样的短路通常是由于锂电池制造时的过失或者使用中的过度充电造成的。比如Note7就将燃爆问题归咎于生产过程中的电池形变和焊接工艺问题，增加了短路的几率。而过度充电则会使得锂离子在负极堆积形成枝晶，形成内部短路。所以客观地讲，锂电池的安全问题需要电池的制造商和使用电池的终端产品制造商联手防范，“群防群治”才能奏效。哪个环节掉链子都会成为致命的“短板”。

从电池制造商的角度，除了在电池“裸芯” 本身的生产过程中要合乎严格的制造和测试规范外，外置保护电路也是必不可少的功课。典型的保护电路包括一个防止高电流浪涌的过温开关、一个防止过充的电路关断器件，以及减少压力的气体泄放阀。目前关于更安全的锂电池材料及电化学结构的研究一直很活跃，但是很多还处于实验室阶段，或者会以减少电池能量密度、增加成本等为代价，难为万全之策，因此在可预见的未来，电池制造商在安全方面依然像是“带着镣铐的舞蹈”。

从三星等终端产品制造商来看，为锂电池建立一套安全可控的充电管理机制尤为重要。锂电池充电需严格按照一个“恒流/恒压”的过程进行控制，即以恒定的大电流充电至4.1V，然后再由一个充电器开关切换到恒压方式继续充电直至4.2V，以避免过度充电的发生。好消息是，目前很多半导体厂商如TI、ST、Maxim、 Microchip等都有很成熟的充电控制解决方案可供终端产品制造商选择。不过“三星”们仍然需要很谨慎地在产品设计的功能性和安全性方面做出平衡。比如快充技术的采用、产品外形上的标新立异，这些“激进”的设计固然会成为产品的“吸粉”利器，但随之而来的锂电池安全风险绝对不容小觑。

这样看来，锂电池犹如一个实力满满而又脾气乖戾的君王，所谓“伴君如伴虎”，我们只有小心行事才好。三星为了平Note 7的事儿，至少得付出20亿美金，所以防患于未然，之前多一点儿心思还是值得的。

图1: ST的锂电池充电器方案演示板