介紹一下鋰離子電池循環(huán)老化的測(cè)試方法
一、容量測(cè)試法
1.恒流充放電測(cè)試：
這是最基本的測(cè)試方法。在規(guī)定的溫度環(huán)境（如常溫 25℃）下，以恒定電流對(duì)鋰離子電池進(jìn)行充電，直至達(dá)到設(shè)定的充電截止電壓，比如對(duì)于常見的三元鋰離子電池，充電截止電壓一般為 4.2V 左右。然后再以恒定電流放電，直到達(dá)到放電截止電壓，通常三元鋰離子電池放電截止電壓約為 3.0V。通過記錄每次循環(huán)的充電容量和放電容量，就可以觀察到電池容量隨循環(huán)次數(shù)的衰減情況。
例如，在對(duì)一款手機(jī)用鋰離子電池進(jìn)行測(cè)試時(shí)，設(shè)定充電電流為 0.5C（C 為電池的標(biāo)稱容量，如電池標(biāo)稱容量為 3000mAh，0.5C 即 1500mA），放電電流也為 0.5C，經(jīng)過 100 次循環(huán)后，發(fā)現(xiàn)其放電容量從初始的 3000mAh 下降到了 2700mAh，這就直觀地體現(xiàn)了電池容量的衰減。
2.不同倍率下的容量測(cè)試：
除了在單一倍率下進(jìn)行測(cè)試，還會(huì)在多個(gè)不同的充放電倍率下進(jìn)行測(cè)試。例如，在 0.2C、0.5C、1C、2C 等不同倍率下分別進(jìn)行充放電循環(huán)。不同倍率下電池的容量表現(xiàn)不同，高倍率下電池的極化現(xiàn)象更嚴(yán)重，容量衰減可能更快。
以電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力電池為例，在 0.2C 倍率下循環(huán)時(shí)，電池可能能夠保持較高的容量利用率，但在 2C 倍率下循環(huán)，由于電池內(nèi)部的極化和發(fā)熱等因素，其容量衰減速度會(huì)明顯加快，通過對(duì)比不同倍率下的容量衰減曲線，可以更全面地評(píng)估電池的性能和老化情況。
二、內(nèi)阻測(cè)試法
1.交流阻抗測(cè)試（EIS）：
這種方法是通過向電池施加一個(gè)小幅度的交流電壓信號(hào)（一般頻率范圍從幾 mHz 到幾百 kHz），然后測(cè)量電池的交流電流響應(yīng)，從而得到電池的阻抗譜。在電池循環(huán)老化過程中，其內(nèi)阻會(huì)發(fā)生變化，通過 EIS 可以得到不同頻率下內(nèi)阻的變化情況。
例如，新的鋰離子電池在高頻區(qū)主要體現(xiàn)為電解液的歐姆內(nèi)阻，在低頻區(qū)主要體現(xiàn)為電極反應(yīng)的電荷轉(zhuǎn)移內(nèi)阻和擴(kuò)散內(nèi)阻。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，低頻區(qū)的內(nèi)阻可能會(huì)因?yàn)殡姌O表面活性物質(zhì)的變化和鋰離子擴(kuò)散通道的阻塞而增大。通過對(duì) EIS 譜圖的分析，可以深入了解電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)過程和老化機(jī)理。
2.直流內(nèi)阻測(cè)試：
該方法是通過在電池兩端施加一個(gè)短暫的直流脈沖電流（例如，電流脈沖持續(xù)時(shí)間為 10 - 30 秒），然后測(cè)量電池兩端的電壓變化，根據(jù)歐姆定律計(jì)算出電池的內(nèi)阻。在不同的循環(huán)階段進(jìn)行直流內(nèi)阻測(cè)試，可以觀察到內(nèi)阻隨循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律。
比如，在測(cè)試電動(dòng)工具用鋰離子電池時(shí)，每經(jīng)過 10 次循環(huán)，就進(jìn)行一次直流內(nèi)阻測(cè)試。開始時(shí)電池的直流內(nèi)阻可能只有幾十毫歐，隨著循環(huán)次數(shù)增加，內(nèi)阻可能會(huì)上升到幾百毫歐，這表明電池的性能在逐漸下降。
三、循環(huán)壽命測(cè)試法
1.標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)壽命測(cè)試：
根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如國際電工委員會(huì) IEC 標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 等）規(guī)定的充放電制度進(jìn)行循環(huán)測(cè)試。一般包括在特定的溫度（如 25℃或高溫 45℃）下，以一定的充放電倍率（如 0.5C 充電、0.5C 放電）對(duì)電池進(jìn)行循環(huán)，直到電池容量衰減到初始容量的某個(gè)百分比（如 80%）為止，記錄循環(huán)次數(shù)作為電池的循環(huán)壽命。
以儲(chǔ)能用鋰離子電池為例，按照 GB/T 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，在常溫環(huán)境下，經(jīng)過數(shù)百次循環(huán)后，如果電池容量衰減到初始容量的 80%，這表明電池在該使用條件下的循環(huán)壽命已達(dá)到一定限度，這種方法能夠直接評(píng)估電池在標(biāo)準(zhǔn)使用條件下的使用壽命。
2.加速循環(huán)壽命測(cè)試：
為了縮短測(cè)試時(shí)間，會(huì)采用加速老化的方法。例如，通過提高充放電倍率、升高測(cè)試溫度等手段來加速電池的老化過程。不過，這種方法需要建立合適的加速模型來推算實(shí)際使用條件下的循環(huán)壽命。
比如，在研究新型鋰離子電池材料時(shí)，為了快速評(píng)估其性能，將測(cè)試溫度提高到 60℃，充放電倍率提高到 2C，這樣可以在較短的時(shí)間內(nèi)觀察到電池容量的快速衰減和其他性能變化，然后根據(jù)加速老化模型推算在常溫、正常倍率下的循環(huán)壽命。
四、電壓特性測(cè)試法
1.充放電曲線測(cè)試：
在電池循環(huán)過程中，記錄充電和放電過程中的電壓 - 時(shí)間或電壓 - 容量曲線。新電池的充放電曲線一般比較平滑，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，曲線會(huì)發(fā)生變化。例如，充電曲線可能會(huì)出現(xiàn)平臺(tái)電壓降低、充電末期電壓升高等現(xiàn)象；放電曲線可能會(huì)出現(xiàn)電壓下降加快等情況。
對(duì)于筆記本電腦用鋰離子電池，在初始狀態(tài)下，其放電曲線從滿電到?jīng)]電的過程中電壓下降較為平穩(wěn)，經(jīng)過多次循環(huán)后，在放電初期電壓就可能會(huì)出現(xiàn)明顯的下降，這反映了電池內(nèi)部電極材料性能的變化和老化程度。
2.開路電壓測(cè)試：
電池在經(jīng)過一定時(shí)間的靜置（一般為幾小時(shí)到十幾小時(shí)，確保電池內(nèi)部達(dá)到電化學(xué)平衡）后，測(cè)量其開路電壓。在電池老化過程中，開路電壓會(huì)發(fā)生變化，因?yàn)殡姵貎?nèi)部的化學(xué)平衡狀態(tài)發(fā)生了改變。
例如，在對(duì)鋰離子電池組進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，定期（如每周一次）測(cè)量電池組中每個(gè)電池的開路電壓，隨著電池的老化，某些電池的開路電壓可能會(huì)與其他電池出現(xiàn)明顯差異，這可以幫助判斷電池的一致性和老化情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能存在問題的電池。
