手机为什么会爆炸? (以及如何预防)

每隔几年,关于手机爆炸的新闻就会占据各大媒体的头条。虽然这种情况极为罕见,但其发生的原因仍然令人感到困惑。究竟是什么导致手机爆炸?我们又该如何确保自己的手机不会发生同样的情况呢?

手机爆炸的根源:热失控

当锂离子电池发生爆炸或起火时,通常都伴随着一个名为“热失控”的过程。为了便于理解,我们尽量避免使用复杂的科学术语,将其简化解释。

锂离子电池内部包含许多独立的锂离子电池单元。每个电池单元都有一个临界温度,我们可以将其理解为“沸点”。当电池温度达到这个临界值时(可能是由于外部高温、过度充电、损坏或制造缺陷),就会引发一种称为“放热击穿”的现象。简单来说,电池本身开始释放大量的热能。

这便触发了“热失控”过程,这本质上是一个正反馈循环,类似于将麦克风靠近扬声器时产生的情况。一旦某个电池单元进入放热分解并释放热量,其相邻的电池单元也会很快达到各自的临界温度。根据这个过程的快慢,电池可能会安静地发出嘶嘶声、着火,或者产生轻微的爆炸。

了解热失控的过程之后,我们就能更容易地分析手机(以及其他使用锂离子电池的设备)爆炸的原因、时间和方式。

如果您的手机或其他设备的电池出现膨胀,请立即采取措施。

避免将手机放置在高温环境中

如果您居住在寒冷的地区,可能知道汽车电池在温度稍高时(例如华氏 80 度左右)工作状态最佳。同样,高温也会损坏电池以及汽车中的其他部件。对于手机电池来说,情况也是如此。

当锂离子电池在高温环境下(例如在室外或汽车内)放电时,电池可能会变得不稳定。它们可能不会立即发生放热分解,但可能会永久短路、性能下降,甚至产生氧气和二氧化碳等气体。这些气体会导致电池像气球一样膨胀,从而产生压力(可能导致爆炸的能量)或破坏电池结构。

当然,如果在外部温度较高的情况下对锂离子电池进行充电,这个过程会加速。这就是为什么大多数手机在过热时会停止充电或关机的原因。

尽管如此,将手机放在高温的汽车中一天可能并不会导致爆炸。虽然永久性短路和压力积聚可能会引发热失控,但这些缓慢的机械老化通常会导致电池在有机会爆炸之前就发生破裂。此外,手机和锂离子电池都内置了安全机制,可以防止缓慢形成的机械问题失控。请记住,这些安全功能通常会导致手机死机。

选用可靠或认证的充电设备

通常来说,任何充电器都可以为任何设备充电。旧款或廉价的 Micro-USB 数据线可以与新款手机兼容,而新款的快速充电器也可以用于旧设备。然而,为了安全起见,您应该尽量使用知名品牌提供的可靠充电器,或是手机制造商认证的充电器。

廉价或未经认证的充电器(尤其是质量差的无线充电器)可能会产生过多的热量,并损坏手机电池。这种损害通常会在长时间内逐渐累积,导致手机电池出现“气泡”或短路。同样,这种缓慢形成的机械损坏通常会在手机起火之前就破坏手机。

但别担心,廉价的充电器不会“过度充电”你的手机(尽管这无疑会导致爆炸)。手机具有内置的电压限制器,可防止过度充电或充电速度“过快”导致电池无法承受。

为您的手机找到合适的充电器并不困难。您可以直接从手机制造商处购买,在购买前查看亚马逊上关于充电器的评论,或者在 Google 上搜索带有“最佳充电器”字样的手机型号。如果您使用 Apple 设备,应注意 MFi 认证的充电器。如果要购买无线充电器,请选择符合Qi 认证的产品。

避免弯曲或刺穿手机

当锂离子电池受到物理损坏时,可能会发生短路、产生气体或立即起火。除非您出于好奇而拆解或损坏手机,否则通常无需担心这种情况。手机跌落时,屏幕等重要部件通常会在电池损坏之前就已损坏。

这是为什么呢?锂离子电池包含一层薄薄的锂和一层薄薄的氧气。电解液将这两层薄片隔开。当这种液体发生破裂或被刺穿时,锂层和氧气层会发生反应,引发放热击穿和热失控。

在某些情况下,更换手机电池时可能会发生这种情况。刺穿或弯曲锂离子电池会导致机械故障,如果安装过程中未正确处理电池,可能会导致其着火(立即或随着时间的推移)。近日,一位女士的 iPhone 在更换电池后在非官方维修店起火,一些 Apple Store 也曾处理过更换 iPhone 6 电池时发生的火灾。

此外,请不要为了好玩而刺破电池。虽然您可能能够避免火灾或轻微爆炸,但您无法避免燃烧的锂离子电池释放的有毒气体。

制造缺陷是手机爆炸的主要原因

虽然过度充电和过热听起来像是导致电池爆炸的可怕原因,但实际上它们很少引起火灾或爆炸。缓慢形成的机械故障通常会在电池有机会进入热失控之前就破坏电池,并且内置的安全功能可以防止这些故障失控。

相反,手机的命运通常在制造过程中就已经决定了。如果手机注定要爆炸,您对此通常无能为力。

锂离子电池含有锂,这是一种非常不稳定的金属。这种不稳定性对于存储和传输电力非常有用,但如果与其他金属混合不当,可能会造成灾难性的后果。不幸的是,锂离子电池还必须含有镍、钴和石墨。在制造过程中,这些金属会在制造设备上形成沉积物,从而污染锂离子电池的内部,导致化学不稳定、短路和爆炸。

组装不良也是一个问题。就像摩天大楼或汽车一样,锂离子电池由各种零碎的零件焊接在一起,焊接不良会产生很大的电阻。这种电阻(摩擦)会产生热量,在短时间内导致短路和机械问题。

请放心,您的手机不太可能爆炸

在 Galaxy Note 7 爆炸事件期间,大约有90 到 100 台 Note 7 手机发生爆炸、起火或过热。这还不到三星运往商店的 250 万台 Note 7 手机的 1%。当然,三星在全球范围内的召回可能阻止了这些数字进一步上升,但这足以说明手机爆炸是非常罕见的。

尽管如此,您仍然应该注意手机爆炸的风险。在购买新手机时,尽量避免选择新款机型,并在购买之前进行快速的 Google 搜索。虽然缓慢形成的机械问题很少会导致手机爆炸,但这仍然是一个值得重视的风险。请勿将手机放置在高温的汽车中,尽量使用可靠或认证的充电设备,切勿刺穿或弯曲手机。

资料来源: 自然通讯/PMC, 电池大学, 电池电量, 密歇根工程