锂电池测试技术，锂电池overhang检测
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介绍
电化学阻抗谱是一种重要的电化学测试方法，特别是在电化学领域，特别是在锂离子电池领域，如电导率、表观化学扩散系数、SEI生长和演化、电荷转移和材料转移过程等。广泛应用。动态测量。本文介绍了电化学阻抗谱的基本原理、测试方法、测试注意事项、常用的电化学阻抗测量设备和测试程序，并通过实例介绍了电化学阻抗谱的基本原理，我们将具体分析电化学阻抗的应用光谱学。
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主要内容介绍
1 电化学阻抗谱概述
2 实验原理
电化学阻抗谱（EIS）是在电化学电池处于平衡（开路条件）或某种稳定的直流极化状态时，根据正弦定律施加小幅度交流激励信号，从而研究电化学通信。频率分析法称为频域阻抗分析法。还可以测量电化学电池在固定频率下随时间变化的交流阻抗。这称为时域阻抗分析方法。
频域阻抗分析技术更常用于锂离子电池的基础研究。 EIS 记录电化学电池在不同响应频率下的阻抗，典型测量覆盖较宽的频率范围（mHz 至MHz），从而可以分析具有不同反应时间常数的不同电极过程。
电化学阻抗谱数据可以通过多种方式显示，但最常用的是复阻抗图和阻抗波德图。复阻抗图是以阻抗实部为横轴、负虚部为纵轴绘制的曲线，也称为奈奎斯特图或科尔-科尔图。阻抗波特图由两条曲线组成。一条曲线表示阻抗系数|Z|与频率之间的关系，称为伯德系数图，另一条曲线表示阻抗的相位角与频率之间的变换关系。频率称为伯德相图。一般在测量时同时给出弹性模量图和相图，统称为阻抗伯德图。此外，还包括介电常数谱（e'，-e'）和介电常数谱（M'，-M'）。
2.1 测量电极过程反应速率信息
图1 插层化合物电极插锂物理机制模型示意图
图2 嵌入式复合电极中Li+脱出和嵌入过程的典型电化学阻抗谱。
2.2 表观化学扩散系数的测量
2.3 电池材料的导电率测试
3 实验测试方法
电化学阻抗谱测试结果的可靠性需要满足一定的先决条件。由于不同的电化学阻抗谱仪的频率测试范围、电流和电压容差、控制精度和测试精度不同，EIS测试系统配置很难配置用于研究，并且可测试的锂离子电池涉及的系统非常庞大，包括半电池、全电池、纽扣电池和高容量电池（与传统电池相比）。纽扣电池）、电极材料、电解质材料、单颗粒、薄膜、块体、原位和异位系统；而电化学阻抗谱在引入温度、湿度、电池荷电状态SOC等环境变量信息后可用于测试。锂离子电池系统可能非常复杂。因此，应根据不同的测试系统和环境因素，有针对性地选择EIS测试设备，构建合适的电极配置，设置合理的测试参数。本章按类别介绍了各系统的测试方法和注意事项，并介绍了可用于EIS测试的工作站、相关参数和测试流程。
3.1 测试系统
3.1.1 电池EIS测试
3.1.2 材料的EIS测试
3.1.2.3 薄膜固体电解质
3.1.2.4 无机固体电解质
3.1.2.5 聚电解质
3.1.2.6 隔膜材料
3.1.2.7 液体电解质
3.1.2.8 单粒子
3.2 主/被动系统
3.3 2电极/3电极系统
3.4 EIS测试设备及数据拟合表1 EIS测试常用电化学工作站特点及功能
3.5 EIS测试流程
3.5.1 材料的EIS测试
第1 条连接线
No.2 安装屏蔽罩
No.3 打开软件
No.4 呼叫程序
No.5 呼叫模块
No.6 FRA测试参数设置
No.7 保存FRA参数设置
No.8 测试开始
No.9 数据存储
图3 Autolab电化学工作站采集EIS数据的基本流程：1号连接线、2号设置屏蔽、3号打开软件、4号调用程序、5号调用模块、6号FRA测试。设置；No.7 保存FRA 参数设置；No.8 开始测试；No.9 保存数据
3.5.2 EIS数据拟合过程
4 数据与案例分析
4.1 电子电导率测试
1号起步
2号电话
No.3 打开数据文件
No.4 Call Fit模块
No.5 导入EIS数据
第六段
No.7 模拟电路的搭建
No.8 系统配件
No.9 误差分析210-4
10号保存
图4 电化学阻抗谱数据拟合的基本流程：No.1 开始、No.2 调用、No.3 打开数据文件、No.4 调用拟合模块、No.5 导入EIS 数据、No.6 分段拟合、No.5 拟合。 7 模拟电路结构；No. 8 系统装配；No. 9 误差分析210-4；No. 10 保存
4.2 离子电导率测试
4.2.1 无机固体电解质
图5 大块样品电子和离子电导率的测试方法，(a)样品两侧带有离子阻挡电极的测试样品示意图，(b)由电子和离子的并联电路奈奎斯特图组成的典型EIS测试数据；(c)直流极化曲线和伏安特性曲线，斜率为电子电阻
图6 用于测试钴酸锂和三元NMC的电子电导率的直流极化或伏安特性曲线。 (a) 钴酸锂；(b) NMC333；(c) NMC532；(d) NMC622；(e) NMC11；(f) 与温度相关的电子电导率
图7 钴酸锂和三元NMC-20~100的EIS测试结果。 (a) 钴酸锂；(b) NMC333；(c) NMC532；(d) NMC622；(e) NMC811；(f) 与温度相关的离子电导率
图8 无机固体电解质LAGP的阿伦尼乌斯曲线
图9 不同温度烧结的LAGP陶瓷片的阻抗谱（233 K）以及电导率与Cgb/Cbulk比的关系。
4.2.2 聚合物固体电解质
图10 复合电解质膜随温度变化的电导率
4.2.3 薄膜电解质
图11 使用夹层结构薄膜电极测量LPON电导率以及LPON薄膜电解质的XRD和SEM表面和横截面形貌
图12 LiPON薄膜电解质在22时的阻抗谱奈奎斯特图
图13 用于LLZO薄膜电解质电导率测量的叉指电极
图14 LLTO薄膜固体电解质的离子电导率4.3 用于单粒子测试的面内电极
图15 不锈钢微电极用作介孔碳微粒电极集流体
图16 不同电位下人造中间相碳微球与Li+/Li的表观化学扩散系数。
4.4 三电极
图17 三极电池结构示意图
图18 当锂首次掺入石墨时，锂/碳半电池的两电极和三电极配置。
图19 三极管电池首先测试锂离子跳入碳材料的阻抗
图20 三电极开路电压条件下的阻抗谱
4.5 SEI的成长和演化特征
图21 初始脱锂过程中不同电压下锂/石墨半电池的阻抗谱。
图22 0.05 V 电位下锂/石墨半电池的阻抗谱和等效拟合电路。
4.6 弛豫时间分布技术DRT在SEI增长规律分析中的应用
图23 (a)和(b)为石墨负极在第一次和第二次嵌锂过程中的阻抗谱，(c)和(d)分别为第一次和第二次嵌锂过程的弛豫时间谱. 表示。
图24(a)显示了阻抗谱的特征频率点。 (b) 显示了各种电化学过程和相关的阻抗谱分量以及相应的区域。 (b)显示了半电池的阻抗分析和响应面积。蓝色并联电路代表电流传导行为。该电流存在于电极和集电器之间。红色并联电路代表SEI效应。绿色并联电路代表负电荷转移过程。橙色阻抗谱元素代表扩散。除了离子渗透过程、欧姆阻抗和导体的导电行为之外，(a) 中欧姆阻抗是从Celgard 的三层隔膜电阻器获得的。
图25 金属锂电位约为0.5V时石墨阳极在不同温度下的阻抗谱。 (a) 显示第一周的锂化过程。 (b) 显示第二周的锂化过程。 (c)和(d)显示了锂化过程第一周和第二周的弛豫时间分布图。
五。结论
电化学阻抗谱是一种重要的电化学测试方法，特别是在电化学领域，特别是在锂离子电池领域，如电导率、表观化学扩散系数、SEI生长和演化、电荷转移和材料转移过程等。广泛应用。正确使用EIS，包括动态测量，可以帮助研究人员更好地了解电池，提高电池研发水平。
尽管电化学阻抗谱发挥着主要作用，但值得注意的是，有效利用电化学阻抗谱来合理分析阻抗谱数据并不容易。利用简单的文献类比和个人经验建立电路或数学模型来分析电极过程的动力学可能会导致错误的结论，辅助分析包括DRT技术等必须与现代数据处理方法相结合。但在实际测试中，往往没有考虑阻抗谱测试的前提条件“因果性、线性、稳定性”，也没有进行K-K转换计算等阻抗数据验证，往往缺乏可信度和合理性。研究结论。因此，要获得可靠的研究结果，需要全面了解设备和测试环境，构建合理的测试系统，设置合适的测试参数，并使用科学的方法对数据进行分析。
全文引用凌世刚， 徐杰如， 李红. 锂电池研究中的EIS实验测量与分析方法[J]. 储能科学与技术， 2018, 7(4): 732-749.
来源：储能科技
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