鋰電池大致可分為兩類(lèi)：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰電池是一類(lèi)由鋰金屬或鋰合金為正/負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世紀(jì)70年代時(shí)，M. S. Whittingham提出并開(kāi)始研究鋰離子電池。隨著不斷地研究和改良，鋰電池的性能得到很大的提高，已經(jīng)成為了儲(chǔ)能領(lǐng)域的主流，應(yīng)用到我們生活的方方面面。而隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展人們對(duì)鋰電池性能的要求也越來(lái)越高，因此我們需要對(duì)鋰電池的能量密度、循環(huán)次數(shù)、充電速度以及安全性方面繼續(xù)改進(jìn)。

目前主流的鋰離子電池，一般按照正極材料類(lèi)型命名，磷酸鐵鋰、錳酸鋰等即為正極材料的類(lèi)型；負(fù)極為石墨材質(zhì)；正極集流體鋁箔，負(fù)極集流體為銅箔。

放電時(shí)外部負(fù)載接通后，在電池本體以外形成電流通路。由于正負(fù)極之間存在電勢(shì)差，負(fù)極附近的電子首先通集流體和外部導(dǎo)線(xiàn)向正極移動(dòng)；負(fù)極周?chē)匿囯x子濃度升高。從負(fù)極經(jīng)過(guò)外部電路到達(dá)正極的電子，與正極附近的鋰離子結(jié)合，嵌入正極材料，正極附近的鋰離子濃度降低。正負(fù)極之間的鋰離子濃度差形成。這樣，就完成了電池放電過(guò)程的第一推動(dòng)。

隨著鋰離子在離子濃度差的推動(dòng)下離開(kāi)負(fù)極，負(fù)極附近出現(xiàn)空缺，負(fù)極材料內(nèi)的鋰離子，從負(fù)極脫嵌，進(jìn)入電解液中；大量鋰離子從電解液中穿越隔膜，自負(fù)極向正極移動(dòng)。同時(shí)，原本與鋰離子以結(jié)合形態(tài)存在的電子，則通過(guò)外部電路去往正極。電池開(kāi)始了按照負(fù)載的需求進(jìn)行的放電過(guò)程。

充電是放電的逆過(guò)程，同樣的脫嵌，移動(dòng)，嵌入幾個(gè)階段，只是推動(dòng)過(guò)程發(fā)展的動(dòng)力來(lái)自于充電機(jī)理，而離子的運(yùn)動(dòng)方向是自正極向負(fù)極運(yùn)動(dòng)。

下面介紹Admiral設(shè)備測(cè)試方法中關(guān)于電池測(cè)試的幾種常用方法。

1.EIS交流阻抗譜

鋰電池在工作工程中主要的阻礙因素是電池的內(nèi)阻，EIS交流阻抗譜可以幫助我們快速地得到這只電池的歐姆電阻R_Ω，SEI膜的擴(kuò)散電阻R_SEI，SEI膜的電容值，電荷在電解液和活性物質(zhì)界面間傳遞的等效電阻值R_CT以及電荷在電解液中擴(kuò)散電阻值R_W。

以下是一個(gè)2300mAh的18650電池的阻抗譜：

而需要得到這些電阻的準(zhǔn)確值就需要等效電路擬合軟件，admiral提供功能強(qiáng)大且操作簡(jiǎn)便的離線(xiàn)分析軟件，可快速完成eis等效電路擬合：

2.CV循環(huán)伏安

循環(huán)伏安掃描可以得到電池的氧化還原峰電位的位置和峰電流的大小，用不同的掃描速率的曲線(xiàn)對(duì)比可以直觀地觀察到峰電位和峰電流的變化。

Admiral的自建序列測(cè)試功能可以輕而易舉地實(shí)現(xiàn)不同掃速的CV連續(xù)測(cè)試。

以下是一個(gè)扣式電池分別在0.1mv/s，0.2mv/s，0.3mv/s，得到的cv曲線(xiàn)。

3.CC-CV（恒電流+恒電位）充放電

循環(huán)充放電可以讓我們知道電池在多次充放電循環(huán)后電池容量的衰減情況。

以下是一個(gè)1000mAh的小軟包電池的充放電曲線(xiàn)，軟件實(shí)時(shí)記錄電流、電壓、容量（由于Admiral電化學(xué)工作站是5電極結(jié)構(gòu)，如果電池有參比電極，儀器可以同時(shí)記錄正極對(duì)參比和負(fù)極對(duì)參比的電壓）。

4.不同SOC下阻抗測(cè)試

測(cè)試不同SOC狀態(tài)下電池阻抗的變化情況在電池研究中也是經(jīng)常會(huì)用到。用Admiral的自建序列測(cè)試功能也能輕松實(shí)現(xiàn)。

以下是一個(gè)1000mAh的小軟包電池每隔10%SOC測(cè)一次阻抗的充電曲線(xiàn)和阻抗曲線(xiàn)。

并可以通過(guò)分析軟件完成批量擬合，大大節(jié)省數(shù)據(jù)處理的時(shí)間。

5.間歇滴定技術(shù)(PITT和GITT)

擴(kuò)散是物質(zhì)轉(zhuǎn)移的重要形式。以鋰離子電池為例，鋰離子在電極材料中的嵌入脫出過(guò)程，就是一種擴(kuò)散。鋰離子的擴(kuò)散系數(shù)決定了電池的反應(yīng)速率，在一定程度上影響了電池的性能。因此，確定鋰離子的擴(kuò)散系數(shù)，對(duì)研究電池的電化學(xué)性能具有重要意義。

PITT(Potentiostatic intermittent titration technique): 施加一系列按一定步長(zhǎng)增加的恒電壓脈沖和開(kāi)路序列，記錄電流隨時(shí)間變化。Admiral設(shè)備經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)置，即可開(kāi)始測(cè)試。

右圖中參數(shù)的意義：從OCP（開(kāi)路電位）開(kāi)始充電。瞬時(shí)提升10mV的電位，保持10分鐘，隨后進(jìn)入開(kāi)路狀態(tài)，進(jìn)行10分鐘的弛豫時(shí)間。每次施加10mV的電位增量，依次重復(fù)這個(gè)循環(huán)，直到達(dá)到4V的上限。然后進(jìn)入放電階段，每次減少10mV，直到達(dá)到3V的下限，其余設(shè)置與充電環(huán)節(jié)類(lèi)似。

上圖為PITT測(cè)試結(jié)果

GITT(Galvanostatic intermittent titration technique): 施加一系列恒電流脈沖和開(kāi)路序列，記錄電壓隨時(shí)間變化。Admiral設(shè)備經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)置，即可開(kāi)始測(cè)試。

右圖中參數(shù)的意義：從OCP（開(kāi)路電位）開(kāi)始充電。施加25mA的恒電流，保持10分鐘，隨后進(jìn)入開(kāi)路狀，時(shí)間為10分鐘進(jìn)行充分的弛豫。依次重復(fù)這個(gè)循環(huán)，直到達(dá)到4V的上限。然后進(jìn)入放電階段，恒電流變?yōu)?/span>-25mA，其余設(shè)置與充電環(huán)節(jié)類(lèi)似，直到達(dá)到3.6V的下限。

上圖為GITT測(cè)試結(jié)果

另外,Admiral設(shè)備還能做其它關(guān)于電池的測(cè)試方法，如：恒功率充電/恒電阻放電、恒功率充/放電，恒電阻放電，以及用戶(hù)根據(jù)需要可編輯的自建序列測(cè)試。

Admiral有一系列的設(shè)備型號(hào)：Squidstat Plus, Squidstat Prime, Squidstat Ace, Squidstat Solo, Squidstat Cycler, Squidstat Penta, Squidstat Decka, Squidstat Venta, 以及定制型Cycler。

各種不同量程的電化學(xué)工作站，可以滿(mǎn)足從扣式電池到動(dòng)力電池的測(cè)試需求。