2015年,，我國新能源汽車產(chǎn)銷量出現(xiàn)爆發(fā)式增長,。鋰離子動(dòng)力電池是當(dāng)前新能源汽車的主要?jiǎng)恿碓础５?，時(shí)有發(fā)生的鋰離子動(dòng)力電池的起火事故,，使得其安全問題受到各方的廣泛關(guān)注。汽車系歐陽明高教授課題組一直致力于動(dòng)力電池安全問題研究,，取得了一系列重要成果，為新能源汽車行業(yè)提供了有效的動(dòng)力電池安全管理技術(shù)解決方案,。
在這個(gè)課題組中,，也不乏很多本科同學(xué)，郭銳就是其中的一個(gè)代表,。2016年7月,，大三本科生郭銳在《自然》雜志子刊《科學(xué)報(bào)告》上以第一作者身份發(fā)表論文《鋰離子電池過放電全過程及過放電引發(fā)內(nèi)短路的機(jī)理研究》，揭示了過放電引發(fā)動(dòng)力電池內(nèi)短路的機(jī)理,。在同期在線刊出的101篇論文中,，該論文為6篇期刊網(wǎng)站首頁論文之一。歐陽明高教授是論文的通訊作者,，高級工程師盧蘭光,、博士生馮旭寧為論文的其他作者。
郭銳從本科二年級開始就加入歐陽明高教授課題組,，在SRT項(xiàng)目支持下,，從電化學(xué)基本原理開始學(xué)習(xí)相關(guān)知識和技能，并逐步開展動(dòng)力電池內(nèi)短路問題研究,。在文獻(xiàn)調(diào)研過程中,，他發(fā)現(xiàn)很多近期發(fā)生的動(dòng)力電池事故誘因均涉及電池內(nèi)短路。而鋰離子動(dòng)力電池獨(dú)有的自引發(fā)內(nèi)短路由于其特征不明顯,，發(fā)展時(shí)間長,，造成危害大，為當(dāng)前動(dòng)力電池安全領(lǐng)域的研究難題,。
為研究鋰離子動(dòng)力電池的自引發(fā)內(nèi)短路機(jī)理,，獲得自引發(fā)內(nèi)短路的早期特征，設(shè)計(jì)內(nèi)短路的誘發(fā)實(shí)驗(yàn)具有重要的意義,。郭銳的SRT項(xiàng)目指導(dǎo)教師盧蘭光介紹說：“課題組曾經(jīng)發(fā)生由于過放電引發(fā)的電池冒煙事故,，由此猜測過放電可能導(dǎo)致內(nèi)短路,，而在電池安全管理失效的情況下，這種情況是極有可能發(fā)生的,，但是并未得到實(shí)驗(yàn)證實(shí),。”
為此，郭銳與課題組的博士生們一起進(jìn)一步設(shè)計(jì)了過放電誘發(fā)內(nèi)短路實(shí)驗(yàn),。以模擬電池安全管理失效情況下,，串聯(lián)電池組中某一節(jié)單體電池受到持續(xù)過放電的情況。在實(shí)驗(yàn)過程中,，郭銳發(fā)現(xiàn),，在過放電放出額外11%的電池容量時(shí)，該款鋰離子動(dòng)力電池出現(xiàn)電壓回升的轉(zhuǎn)折點(diǎn),；而從過放電放出額外12%的電池容量時(shí)開始,，電池出現(xiàn)內(nèi)短路現(xiàn)象；并在額外放出20%容量時(shí),，發(fā)生嚴(yán)重內(nèi)短路,，電池報(bào)廢。
經(jīng)過電池拆解與材料特性分析發(fā)現(xiàn),，持續(xù)的過放電過程導(dǎo)致電池負(fù)極電位不斷升高,，當(dāng)負(fù)極電位達(dá)到銅箔集流體溶解電位時(shí)，發(fā)生銅箔溶解的電化學(xué)反應(yīng),。溶解的銅離子穿過隔膜到達(dá)電池正極,，在低電勢區(qū)還原為金屬銅。逐漸沉積的金屬銅從正極方向生長,、擠入并最終穿過了隔膜,，引發(fā)了電池的內(nèi)部短路。研究結(jié)果為獲得自引發(fā)內(nèi)短路的早期特征提供了重要實(shí)驗(yàn)依據(jù),。郭銳和合作者的論文在投稿過程中得到了審稿人的高度評價(jià)：“This work is very fundamental but also very important for understanding the internal short-circuit mechanism of lithium ion batteries at overdischarge. This manuscript is well written and well organized.”（本文所做的工作是非常重要的,，而且對于幫助人們理解鋰離子電池在過放電情況下出現(xiàn)內(nèi)短路的機(jī)理具有重要的意義。這篇文章寫得很好,，很有條理,。）
由于在學(xué)術(shù)研究方面的出色表現(xiàn)，經(jīng)過課題組推薦,，郭銳在清華大學(xué)“闖世界”計(jì)劃支持下,，前往英國帝國理工學(xué)院機(jī)械系格力高利·歐福爾（Gregory J. Offer）教授課題組進(jìn)行暑期研修，研修主題為高比能量鋰離子動(dòng)力電池?zé)岚踩芾砼c耐久性演化,。未來,，郭銳將在清華大學(xué)本科生學(xué)術(shù)研究推進(jìn)計(jì)劃支持下，繼續(xù)開展動(dòng)力電池安全性研究。
