2010 年，出門必帶現金

2020 年，出門必戴口罩

2023 年，出門必揣手機

無論辦公還是解壓，吃飯還是睡覺，一個人還是一堆人，手機都無時無刻地陪在我們身邊。從形影不離的伙伴到威力十足的炸彈，手機真的絕對安全嗎？趕著摸魚的小伙伴可以快速劃到下面尋找答案

電池威力有多大？

隨著大家對手機續航能力的需求越來越高，手機電池的容量越來越大。而手機里所采用的是鋰離子電池（Li-ion Batteries, 以下簡稱 LiBs），從小到耳機，大到電動汽車，再大到儲能電站，LiBs 都扮演著非常重要的角色。

目前商用手機的的鋰離子電池，正極主要選用鈷酸鋰，因為其體積能量密度最高，這樣就可以在很小的手機里儲存更多的能量，而負極一般選用層狀石墨。目前大部分手機電池的平均輸出電壓大約是 3.7V，容量一般是 4000mAh，那么一個充滿電的手機所蘊含的能量約為 14.8Wh，相當于 53kJ，也就是兩個手雷的能量？！

雖然手雷機爆炸的概率很小很小，但誰也不想以這樣的方式上新聞吧？所以評估一個電池的各項性能前，必須先評測它的安全性，這樣消費者才可以放心使 mo 用 yu。

電解液和隔膜安全嗎？

無論是電芯，模組還是大型的儲能模塊，其實都是由一個個電池單元串并聯組成的。其發生熱失控的原因，和電池的基本構造和工作原理息息相關：

LiBs 內部一般由正極集流體和正極材料，電解液，隔膜，負極材料和負極集流體，墊片和外殼組成，整套系統還應包括外電路，先簡單地假定由電源 / 用電器，開關組成，并用導線連通。

其中，LiBs 的電解液一般是易燃有毒的有機溶液，在高溫下會發生分解，所以需要對電池進行嚴格地密封。如果我們不小心拆開手機電池，只能看見正負極集流體的極耳露在外面，用來傳導外電路電子（而柱狀電池將極耳直接焊在了外殼里面所以看不到）。此外，密封也可以保證電池在給壓時，電解液不會發生泄漏，搞得到處都是。

因此，電池從材料上限制了它所工作的溫度不能太高，不僅因為電解液容易分解，商用鈷酸鋰正極在高溫下，晶格內部的氧氣也會脫出，不僅損害電極結構，還會產生氧氣，和電解液直接反應導致熱失控，一般商用鋰離子電池的工作溫度不宜超過 55℃。

所以，夏天當手機很燙的時候，就別再玩了，讓它哪兒涼快哪兒呆著去。

不僅在制造過程中，電池在工作時也要始終保持密封的狀態，在發生碰撞，擠壓等極端工況時，確保電池的密封性不受影響，當然，電池在出廠前就會進行一系列安全性測試。但是如果手機已經嚴重彎曲、變形，真舍不得換手機，也要換塊電池，不然真就是握著倆手雷在兜里，你說刺激不刺激~

除了電解液，LiBs 的隔膜也是導致熱失控主要原因之一。LiBs 的電解液和隔膜幾乎電子絕緣，防止正極的電子直接跑到負極，導致內電路的直接放電。如果隔膜受損，比如隔膜被刺穿，電池在加壓狀態下，正負極便會直接接觸，導致電池內部短路，接著電池就會瞬間以超大電流放電，導致電池發生熱失控。

所以電池在制造和使用中必須要保證：電子只能走外電路，離子只能走內電路，二者同時移動，形成閉合回路。

電池可以無限充電嗎？

當 LiBs 充電時，正極材料失去電子，鋰離子脫出，正極電位隨之升高。在電場驅動下，鋰離子在電解液中向負極擴散，伴隨著負極得到電子，鋰離子嵌進負極材料，負極電位隨之降低，電能轉化為化學能的形式儲存在電池中。

但是電池不能無限充電，因為正極電位不能超過電解液的電化學穩定窗口的上限，負極電池不能低于電解液的電化學穩定窗口的下限，否則電解液的成分會和電極發生氧化還原反應，造成電解液的分解。而電解液的分解將會產生易燃或助燃的氣體，使得電池脹包變形，同時產生熱量，從而造成熱失控。

電池不能無限充電，還有一個原因是負極能容納鋰離子的空位是有限的，比如商用石墨負極的理論比容量是 372mAh / g，實際比容量在 350mAh / g 左右。當石墨負極的空位已經被鋰離子填滿后，擴散過來的鋰離子只能聚集在石墨的表面。如果繼續充電，使得石墨電位（最低嵌鋰電位約為 0.1V 對鋰）繼續降低，當降低到 0V 對鋰時，鋰離子將直接獲取負極的電子，在石墨表面還原生成金屬鋰（枝晶），不規則的鋰沉積會刺穿隔膜，導致電池短路，進而引發熱失控事件。

除了過充，低溫下電池充電時，石墨負極也會產生鋰枝晶刺穿隔膜的問題。低溫時，石墨負極嵌鋰速度變慢，若在動力學上小于鋰離子在電解液中擴散的速度，富集在負極表面的鋰離子可能直接和電子結合，在石墨負極表面不規則沉積，形成鋰枝晶。尤其是在低溫下快充時，對電極內部的動力學擴散速度提出了更高要求，更容易發生鋰沉積的現象。所以 LiBs 的使用溫度一般要超過-20℃。而且都-20℃了，拿在手上不如先把手機放嘎子窩里暖和暖和。

結合之前的溫度，LiBs 工作的溫度區間在-20~55℃會更安全，而且電池的動力學性能也更好。

當電池充滿時，或當電池處于荷電狀態（SOC＞0%）下，連通外電路，電池會自發地放電，發生和充電時剛好相反的過程。負極電位升高，正極電位降低，像 U 型管兩端的水位一樣向中間靠近（但是不會持平）。電池將電極的化學能轉化成電能（和熱能），為外電路供電。電池放電是一個自發的過程，就像瀑布“飛流直下三千尺”，你的手機還沒怎么玩就提示 10%。

當然，生產廠商在設計電池的時候，就已經進行了各種安全性的防護和測試，保證我們在正常使用，或者偶爾過度使用時，不會出現問題，比如過充停止充電，高低溫時自動關機，防爆測試等等，這樣我們在使用手機時，也不用一直提心吊膽。不過，要想杜絕這種危險發生在我們身邊，還是要注意以下幾點：

• 使用正規廠商生產的電池，最好是原廠

• 當手機或電池嚴重變形，及時更換電池

• 不要在高溫或者低溫下持續使用電池

• 可以給電池配備更好散熱和加熱系統

• 不要過度充電或放電

• 從根源上：少玩手機

更安全的電池？

除此之外，要想獲得一個更加安全的鋰離子電池，我們還可以在材料設計上有很多手段，舉幾個栗子：

鈷酸鋰正極穩定性不夠，就換正極。使用更加穩定安全的正極 —— 磷酸鐵鋰：結構穩定性更高，在 800℃下才會發生分解，且循環壽命也更長，正常使用下可達 10 年之久。除此之外，磷酸鐵鋰不含貴金屬，成本也更低，適用于對能量密度要求不高的許多場景。

有機電解液不穩定，就換電解液。使用更加穩定安全的電解液 —— 水系電解液：將電解液的溶劑替換成水，水本身是無毒不可燃的，甚至有時可以阻燃。但是之所以水系鋰離子電池沒有納入商用體系，是因為純水的電化學窗口比較窄（1.23 V），正極和負極的選擇很少，導致輸出電壓和能量密度較低。但是，其安全性不容置疑，對于未來大型的風光一體儲電站，水系電池有望占據一席之地。

隔膜強度不夠，就換隔膜？直接去掉隔膜！采用全固態鋰離子電池，將液態電解液和隔膜換成固態電解質，替換了可燃物，使得電池在本質上是安全的。固態鋰離子電池目前正在迅猛發展，各大電動車企爭先布局。

由于正極、電解質和負極都是固態，固固界面較差的機械接觸是一個需要解決的問題，但是固態電池可以采用能量密度更高的金屬鋰作為負極，采用穩定可靠的固態電解質，使得鋰電池的能量密度和安全性能再次提升，是未來動力電池的有力競爭者。

一起手搓電池！

想必在看的各位未來杰青、千人都已經躍躍欲試，想要手搓電池了，那就趕快加入中國科學院物理研究所 E01 組（一起原），在這里打造屬于自己的電池提瓦特吧。

最后，沒有絕對的安全，只有絕對的安全意識。不過最安全的，還是少玩手機。希望各位可以正確地使用手機，而不是像小編一樣，成為手機的玩伴。

所以各位旅行者，每日一問：你打開手機，是為了什么？

參考文獻

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本文來自微信公眾號：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：TT

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的日常使用手机需要注意哪些安全问题？的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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