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鋰電池安全問題有解嗎？
電池管理系統（Battery Management System, BMS）是鋰電池與用戶之間的樞紐，在日常管理及保護電池之間，扮演相當重要的角色。
終於，三星選擇在中國舊曆年底宣佈了Galaxy Note7手機爆炸的原因，總的結論可以歸納為：都是電池惹的貨，當然三星自己也有“失察”的責任。雖然業界對於這個結論也有不同的聲音，但這個2016年高科技領域最大的一樁公案也總算告一段落。不過對於三星來說，重拾消費者信心的救贖之路才剛剛開始。
作為Note7事件的餘波，鋰離子電池（以下簡稱“鋰電池”）的安全問題被重新擺在了桌面上。從目前可充電電池技術特性來看，鋰電池的統禦地位還無可動搖——它的能量密度高、工作電壓高、自放電率低、充電次數多、沒有記憶效應 ，從這些角度看堪稱“完美”。但是從熱力學原理上看，鋰電池本身就是一個不穩定體系，其“安全性”是相對的，從電池的製造到在終端產品上的應用，都需小心行事，稍有不慎就有可能釀成安全事故。像三星這樣的“老司機”尚且有失手，別人更不能大意。
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鋰離子電池 |
鎳鉻電池 |
鎳氫電池 |
| 電池電壓範圍 (v) |
3.0-4.2 |
1.0-1.3 |
1.0-1.4 |
| 能量密度 (Wh/kg) |
150 |
50 |
75 |
| 充電次數 |
1000 |
500+ |
400-500 |
| 電池壽命 (年) |
5+ |
4-6 |
4-6 |
| 最大充電/放電率 |
1C/1C |
20C/10C |
5C/2C/ |
| 自放電率/月 |
<10% |
20% |
25% |
| 充電方式 |
恆流/恆壓 |
恆流 |
恆流 |
| 工作溫度 (℃) |
-20-50 |
-40-50 |
-20-50 |
| 充電溫度 (℃) |
0-50 |
0-40 |
0-40 |
三種可充電電池性能比較
鋰電池的結構包括鋰離子化合物（比如鈷酸鋰）正極、石墨負極，以及在正負極之間的電解質。電解質又可分為液體、凝膠以及全固態聚合物電解質。在液態電解質結構中，還會加上一層分隔正負極的隔膜。目前在手機和可攜式裝置中，普遍採用的是電解質化學性能更穩定、機械加工性能更好的聚合物鋰電池。
鋰電池最大也是最普遍的安全風險，來自於內部短路。短路後形成的大電流經由電池的內阻會產生大量的熱量，“啟動”不穩定的電池材料，讓可燃的電解質發熱、釋放氣體甚至燃燒。這樣的短路通常是由於鋰電池製造時的過失或者使用中的過度充電造成的。比如Note7 就將燃爆問題歸咎於生產過程中的電池形變和焊接工藝問題，增加了短路的幾率。而過度充電則會使得鋰離子在負極堆積形成枝晶，形成內部短路。所以客觀地講，鋰電池的安全問題需要電池的製造商和使用電池的終端產品製造商聯手防範，“群防群治”才能奏效。哪個環節掉鏈子都會成為致命的“短板”。
從電池製造商的角度，除了在電池“裸芯” 本身的生產過程中要合乎嚴格的製造和測試規範外，外置保護電路也是必不可少的功課。典型的保護電路包括一個防止高電流浪湧的過溫開關、一個防止過充的電路關斷器件，以及減少壓力的氣體泄放閥。目前關於更安全的鋰電池材料及電化學結構的研究一直很活躍，但是很多還處於實驗室階段，或者會以減少電池能量密度、增加成本等為代價，難為萬全之策，因此在可預見的未來，電池製造商在安全方面依然像是“帶著鐐銬的舞蹈”。
從三星等終端產品製造商來看，為鋰電池建立一套安全可控的充電管理機制尤為重要。鋰電池充電需嚴格按照一個“恒流/恒壓”的過程進行控制，即以恒定的大電流充電至4.1V，然後再由一個充電器開關切換到恒壓方式繼續充電直至4.2V，以避免過度充電的發生。好消息是，目前很多半導體廠商如TI、ST、Maxim、 Microchip等都有很成熟的充電控制解決方案可供終端產品製造商選擇。不過“三星”們仍然需要很謹慎地在產品設計的功能性和安全性方面做出平衡。比如快充技術的採用、產品外形上的標新立異，這些“激進”的設計固然會成為產品的“吸粉”利器，但隨之而來的鋰電池安全風險絕對不容小覷。
這樣看來，鋰電池猶如一個實力滿滿而又脾氣乖戾的君王，所謂“伴君如伴虎”，我們只有小心行事才好。三星為了平Note7的事兒，至少得付出20億美金，所以防患於未然，之前多一點兒心思還是值得的。
ST的鋰電池充電器方案演示板
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