介紹一下鋰離子電池循環(huán)老化的測試方法
一、容量測試法
1.恒流充放電測試：
這是最基本的測試方法。在規(guī)定的溫度環(huán)境（如常溫 25℃）下，以恒定電流對鋰離子電池進(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，在對一款手機用鋰離子電池進(jìn)行測試時，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試：
除了在單一倍率下進(jìn)行測試，還會在多個不同的充放電倍率下進(jìn)行測試。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。
以電動汽車用鋰離子動力電池為例，在 0.2C 倍率下循環(huán)時，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，其容量衰減速度會明顯加快，通過對比不同倍率下的容量衰減曲線，可以更全面地評估電池的性能和老化情況。
二、內(nèi)阻測試法
1.交流阻抗測試（EIS）：
這種方法是通過向電池施加一個小幅度的交流電壓信號（一般頻率范圍從幾 mHz 到幾百 kHz），然后測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)阻可能會因為電極表面活性物質(zhì)的變化和鋰離子擴(kuò)散通道的阻塞而增大。通過對 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)過程和老化機理。
2.直流內(nèi)阻測試：
該方法是通過在電池兩端施加一個短暫的直流脈沖電流（例如，電流脈沖持續(xù)時間為 10 - 30 秒），然后測量電池兩端的電壓變化，根據(jù)歐姆定律計算出電池的內(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，在測試電動工具用鋰離子電池時，每經(jīng)過 10 次循環(huán)，就進(jìn)行一次直流內(nèi)阻測試。開始時電池的直流內(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)壽命測試法
1.標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)壽命測試：
根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如國際電工委員會 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）對電池進(jìn)行循環(huán)，直到電池容量衰減到初始容量的某個百分比（如 80%）為止，記錄循環(huán)次數(shù)作為電池的循環(huán)壽命。
以儲能用鋰離子電池為例，按照 GB/T 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，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)壽命測試：
為了縮短測試時間，會采用加速老化的方法。例如，通過提高充放電倍率、升高測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，為了快速評估其性能，將測試溫度提高到 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、電壓特性測試法
1.充放電曲線測試：
在電池循環(huán)過程中，記錄充電和放電過程中的電壓 - 時間或電壓 - 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，曲線會發(fā)生變化。例如，充電曲線可能會出現(xiàn)平臺電壓降低、充電末期電壓升高等現(xiàn)象；放電曲線可能會出現(xiàn)電壓下降加快等情況。
對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.開路電壓測試：
電池在經(jīng)過一定時間的靜置（一般為幾小時到十幾小時，確保電池內(nèi)部達(dá)到電化學(xué)平衡）后，測量其開路電壓。在電池老化過程中，開路電壓會發(fā)生變化，因為電池內(nèi)部的化學(xué)平衡狀態(tài)發(fā)生了改變。
例如，在對鋰離子電池組進(jìn)行監(jiān)測時，定期（如每周一次）測量電池組中每個電池的開路電壓，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，及時發(fā)現(xiàn)可能存在問題的電池。
