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知識分享‖紐扣電池半原位交流阻抗測試

發(fā)布時(shí)間：2025-02-08

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在紐扣電池的正負(fù)極材料研究中，半原位阻抗測試是評估其材料穩(wěn)定性等特性的重要手段。東華分析電化學(xué)工作站及其配套軟件可通過組合多個(gè)實(shí)驗(yàn)方法，為研究人員提供高效的測試解決方案。
一、測試方法概述
紐扣電池半原位阻抗測試常用兩種測試方式：
1．電池充電或放電至不同的電位后，在該電位下測試電池的交流阻抗；
2．電池充電或放電至設(shè)定時(shí)間后，在電池當(dāng)時(shí)開路電位下測試電池的交流阻抗。
二、測試方式一
使用軟件組合多個(gè)恒電流-電位EIS，實(shí)現(xiàn)充電至不同的電位測試交流阻抗，再連續(xù)放電至不同的電位測試交流阻抗整個(gè)過程的閉環(huán)測試，序列實(shí)驗(yàn)方法組合設(shè)置如圖1所示：

圖1 不同電位限制的半原位交流阻抗測試方法組合

以其中某步恒電流充電實(shí)驗(yàn)方法為例，該步驟充電至限制電位時(shí)，未知所需要的時(shí)間，故在軟件上可設(shè)置控制優(yōu)先級為“電壓”，這樣該充電步驟就由實(shí)時(shí)采集的電壓判斷該步驟是否結(jié)束，結(jié)束后自動(dòng)切換至下一個(gè)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行交流阻抗測試。

圖2 恒電流充電步驟參數(shù)設(shè)置示意圖

以下一步控制電位EIS方法為例，上一步恒電流給電池充電至3.9V后，電池的實(shí)際電壓=3.9-0.0000904*Rcell，故實(shí)際電池電壓低于3.9V。因此DC電位需設(shè)置3.9V vs Ref，在“測量延遲”參數(shù)中設(shè)置一段時(shí)間，以使電池的實(shí)際電壓更為接近3.9V。
注：該時(shí)間參數(shù)可由恒電位設(shè)置3.9V vs Ref方法看采集的電流|I|平穩(wěn)后的時(shí)間作為參考設(shè)置。也可在恒電流和控制電位EIS方法之間插入恒電位方法，通過電流值判斷電壓充電是否結(jié)束。

圖3 掃頻電壓交流阻抗步驟參數(shù)設(shè)置示意圖

經(jīng)過數(shù)次恒電流和交流阻抗實(shí)驗(yàn)，直至充電至上限電位，最后一次阻抗測試完成后，繼續(xù)進(jìn)行放電過程的半原位阻抗測試。

圖4 恒電流放電步驟參數(shù)設(shè)置示意圖

三、測試方式二
利用恒電流間歇滴定法（GITT）的邏輯規(guī)則，在軟件上組合恒電流-電位EIS實(shí)現(xiàn)從充電至上限電位后再連續(xù)放電至下限電位整個(gè)過程的閉環(huán)測試，序列實(shí)驗(yàn)方法組合設(shè)置如圖5所示：

圖5 GITT組合恒電流-電位EIS實(shí)現(xiàn)半原位交流阻抗測試

這套實(shí)驗(yàn)方法組合利用GITT的邏輯規(guī)則，采用的是恒電流充電一定時(shí)間后，測試當(dāng)時(shí)電池在開路電位下的交流阻抗。

圖6 恒電流充電步驟參數(shù)設(shè)置示意圖圖7 GITT循環(huán)內(nèi)控制電壓EIS參數(shù)設(shè)置示意圖

然后繼續(xù)該步驟GITT設(shè)置的循環(huán)次數(shù)（此循環(huán)次數(shù)可以根據(jù)實(shí)際充電時(shí)間設(shè)置，也可以設(shè)置比較大的循環(huán)次數(shù)以確保該GITT步驟能充電至上限電位），當(dāng)整個(gè)充電實(shí)驗(yàn)到設(shè)置的上限電位，則該GITT方法結(jié)束，軟件會自動(dòng)切換至與GITT并列的“控制電位EIS”實(shí)驗(yàn)方法，在上限電位下測試交流阻抗。