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清华大三学生揭示过放电引发动力电池内短路机理

导读: 7月22日,清华大学汽车系大三年级本科生郭锐在《自然》(Nature)子刊《科学报告》(Scientific Reports)以第一作者身份发表论文《锂离子电池过放电全过程及过放电引发内短路的机理研究》揭示了过放电引发动力电池内短路的机理。

  7月22日,清华大学汽车系大三年级本科生郭锐在《自然》(Nature)子刊《科学报告》(Scientific Reports)以第一作者身份发表论文《锂离子电池过放电全过程及过放电引发内短路的机理研究》(Mechanism of the entire overdischarge process and overdischarge-induced internal short circuit in lithium-ion batteries),揭示了过放电引发动力电池内短路的机理。在同期在线刊出的101篇论文中,该论文为6篇期刊网站首页论文之一。汽车系欧阳明高教授为本文的通讯作者,高级工程师卢兰光、博士生冯旭宁为论文的其他作者。

揭示过放电引发动力电池内短路机理

郭锐论文(红框内)登上期刊网站首页。

  2015年,我国新能源汽车产销量出现爆发式增长。锂离子动力电池是当前新能源汽车的主要动力来源。但是,时有发生的锂离子动力电池起火事故,使得其安全问题受到各方广泛关注。汽车系欧阳明高教授课题组一直致力于研究动力电池的安全问题,取得了一系列重要成果,为新能源汽车行业提供了有效的动力电池安全管理技术方案。

  郭锐同学为汽车系2013级本科生,在学期间积极投身课外科技学术活动,曾加入“三角洲”工作室并参加过第十届全国大学生智能车竞赛。从本科二年级开始,郭锐同学加入欧阳明高教授课题组,在学校大学生研究训练计划(SRT)项目支持下,从电化学基本原理开始学习相关知识和技能,并逐步开展动力电池内短路问题研究。在文献调研过程中,他发现很多动力电池事故均涉及电池内短路,而锂离子动力电池独有的自引发内短路由于其特征不明显,发展时间长,造成危害大,为当前动力电池安全领域的研究难题。

  为研究锂离子动力电池的自引发内短路机理,获得自引发内短路的早期特征,设计内短路的诱发实验具有重要意义。郭锐的SRT项目指导教师卢兰光介绍说:“课题组曾经发生由于过放电引发的电池冒烟事故,由此猜测过放电可能导致内短路,而在电池安全管理失效的情况下,这种情况极有可能发生,但是并未得到实验证实。”

揭示过放电引发动力电池内短路机理

郭锐所在的课题组曾经发生过的过放电导致电池冒烟事故照片。

  为此,郭锐与课题组博士生一起,进一步设计了过放电诱发内短路实验,以模拟电池安全管理失效情况下,串联电池组中某一节单体电池受到持续过放电的情况。实验中郭锐发现,在过放电放出额外11%的电池容量时,该款锂离子动力电池出现电压回升的转折点;而从过放电放出额外12%的电池容量时开始,电池出现内短路现象;在额外放出20%容量时,发生严重内短路,电池报废。

揭示过放电引发动力电池内短路机理

(a) 锂离子动力电池持续过放电实验曲线

揭示过放电引发动力电池内短路机理

  (b) 内短路等效电阻与过放电程度之间的对应关系

  图为过放电诱发内短路实验结果。

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