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充电宝为什么会起火【热失控的原理,以及半固态·磷酸铁锂·Anker新电芯改变了什么】
电车上和飞机上充电宝起火的事件登上新闻后,标榜「半固态」「不易燃」的产品一下子多了起来。但如果不明白为什么会起火,就无法判断哪种「不易燃」针对的是什么。先说结论:起火是由「内部短路→发热→进一步短路」这一热失控连锁反应引起的,各家的新技术都在尝试切断这条连锁中的不同环节。本文用图来追踪这条连锁,并由此引出该怎么选、怎么用。
先说结论:由原理决定的3个答案
| 疑问 | 从原理上的回答 | 所以选购时·使用时 |
|---|---|---|
| 为什么会起火? | 隔开正极和负极的膜(隔膜)破损造成内部短路→发热→隔膜进一步熔化→可燃的电解液气化并燃烧,形成连锁反应(热失控) | 减少连锁反应的”诱因”(冲击·高温·老化)是使用上的基本 |
| 半固态有什么不同? | 把电解质做成凝胶状,抑制泄漏、气化以及短路的扩大。并不是不会燃烧 | 适合经常把充电宝一直放在包里、夏天常随身携带的人。要与PSE一起考虑来选 |
| 磷酸铁锂·Anker的新电芯呢? | 磷酸铁锂(LFP)是正极材料本身受热时不易释放氧气。Anker的Neo 锂离子电池(NLB)从电芯·控制·外壳三个方面采取对策 | 方式虽不同,目标是一样的。从「切断哪个环节」来理解后再选 |
原理①:电池的内部=正极·负极·隔膜·电解液
在锂离子电池内部,正极和负极隔着一层薄膜(隔膜)相对而置,两者之间充满了电解液。每次充放电时,锂离子都会穿过电解液在正极和负极之间来回移动(锂离子电池的原理)。
要点是:隔膜防止了两极的”直接接触”,以及电解液容易燃烧。这两点一旦失守,就会发生事故。
原理②:热失控=一旦开始就会自我加速的连锁反应
- 诱因:跌落·挤压等冲击、老化导致的内部析出、高温环境,使隔膜受损,发生内部短路。
- 发热:电流集中在短路处,温度急剧上升。
- 连锁:热量使隔膜熔化,短路进一步扩大→进一步发热。到了这一步,就无法从外部阻止了。
- 起火:电解液分解·气化,可燃气体燃烧。
根据日本制品评价技术基盘机构(NITE)的数据,2020〜2024年的5年间收到报告的1,860起搭载锂离子电池的产品事故中,约85%发展为火灾,并在6〜8月达到高峰。炎热会增加”诱因”,这一点在数字上也体现了出来。
判断:使用上能做的是减少诱因。摔过的·鼓包的·异常发烫的不要再用。不要放在夏天的车内或阳光直射的地方(夏季充电宝的防热对策)。
原理③:各家的新技术切断的是”连锁的哪个环节”
| 方式 | 改变了什么 | 作用于连锁的哪个环节 | 注意点 |
|---|---|---|---|
| 半固态电池(ELECOM DE-C86·CIO SS系列等) | 把电解质做成凝胶状 | 抑制漏液·气化,即使发生短路也不易扩大(③④) | 并不是不会燃烧。有时损伤也不容易察觉 |
| 磷酸铁锂(LFP) | 正极材料改为磷酸铁锂 | 高温下正极也不易分解,热失控不易发展(③④) | 同等容量下往往更重、更大。是户外电源的主流 |
| Anker Neo 锂离子电池(NLB) | 电芯的保护层·隔膜材料+控制(BMS)+阻燃外壳 | 通过电芯·控制·外壳,同时抑制诱因(①)和连锁(③) | 方式名称为Anker独有。安全性的表述为厂商公布值 |
这样整理一下,区别就清楚了:半固态改变的是电解质,LFP改变的是正极材料,Anker的NLB改变的是电芯+控制+外壳。没有哪一家说「不会燃烧」,各家的表述都是”不易燃”。
判断:
- 经常一直放在包里·夏天常随身携带 → 值得选择半固态或NLB等”不易燃设计”(半固态充电宝对比)。
- 固定放置·防灾用的大容量 → 户外电源以LFP为主流(1,000Wh级户外电源对比)。
- 无论哪种方式,前提都是有PSE标志(日本《电气用品安全法》规定的标志)和可信赖的卖家(如何安全地选购充电宝(PSE))。
原理④:比方式更有效的”使用方法”
无论哪种方式,连锁反应的入口都是冲击·高温·老化。
- 摔过的·踩过的·鼓包的不要再用(内部隔膜可能已经受损)。
- 不要积热:不要在被褥上·口袋深处充电。边充电边长时间使用容易积热(边充边用·边充边放(直通充电)没问题吗?)。
- 老化了就更换:容量明显下降·出现鼓包就意味着寿命到了(电池为什么会老化/充电宝的丢弃方法)。
- 坐飞机要随身携带:不能放在托运行李中(随身携带登机规定)。
符合原理的产品示例
半固态·有线3口:电解质凝胶化的10,000mAh·35W。
半固态·Qi2.2 25W:适合在贴在手机上充电的用途中也想选择”不易燃设计”的人。
Anker的Neo 锂离子电池(NLB):从电芯·控制·外壳采取对策的MagSafe型。
半固态·16mm薄款:适合想兼顾轻薄与安心的人。
FAQ
Q. 半固态的话就绝对不会燃烧吗? A. 不是。这是把电解质凝胶化、使其不易燃的方式,厂商的表述也是「不易燃」。避免冲击·高温的使用方法是一样的。
Q. 和全固态电池不一样吗? A. 全固态是把电解质完全做成固体的电池,充电宝中常见的是”半”固态。
Q. 感觉快要起火时怎么办? A. 发现异常(鼓包·异味·冒烟)就停止使用;如果已经起火,用大量的水灭火,并拨打119(日本的火警·急救电话)。NITE给出的就是这样的处理步骤。
出处(一手资料)
- NITE「『夏バテ(夏のバッテリー)』にご用心」(日文)(2020〜2024年的事故件数·火灾比例·季节性·应对方法)
- ELECOM「半固体モバイルバッテリー」(日文)(电解质凝胶化)
- CIO「SMARTCOBY SLIMⅡ Wireless2.2 Pro SS10K」(日文)(半固态类电芯·温度监控)
- Anker官方「Anker Nano Power Bank (MagGo, Plus)」「Anker MagGo Power Bank 2 Pro(ネオリチウムイオン)」(日文)
- 热失控的过程也通过二手资料(BUFFALO「半固体モバイルバッテリーとは?」(日文))进行了确认
总结
- 起火是由内部短路→发热→隔膜熔化→进一步短路的连锁反应(热失控)引起的,最后可燃的电解液燃烧。
- 半固态改变了电解质,磷酸铁锂改变了正极材料,Anker的NLB改变了电芯+控制+外壳。它们都是”不易燃”,而不是”不会燃烧”。
- 无论哪种方式,最有效的都是减少冲击·高温·老化这些入口的使用方法。
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