第7卷第4期2018年7月
储能科学与技术
Energy Storage Science and Technology
V ol.7 No.4
Jul. 2018
储能标准与规范
锂电池研究中的EIS实验测量和分析方法
凌仕刚，许洁茹，李 泓
（中国科学院物理研究所，北京100190）
摘要：电化学阻抗谱是一种重要的电化学测试方法，在电化学领域尤其是锂离子电池领域具有广泛的应用，如电导率、表观化学扩散系数、SEI的生长演变、电荷转移及物质传递过程的动态测量。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、常用电化学阻抗测量设备及测试流程，并结合实际案例，具体分析了电化学阻抗谱在锂离子电池中的应用。
关键词：电化学阻抗谱；测试方法；分析方法；锂电池
doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0092
中图分类号：TQ 028.8 文献标志码：A 文章编号：2095-4239（2018）04-0732-18 Experimental measurement and analysis methods of electrochemical impedance spectroscopy for lithium batteries
LING Shigang, XU Jieru, LI Hong
(Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China) Abstract: Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) is an important electrochemical measurement method. It is widely used in the field of electrochemistry, especially in lithium ion batteries, such as measuring the electrical conductivity, apparent chemical diffusion coefficient, growth and evolution of SEI, charge transfer and the mass transfer process. This paper mainly focused on the basic principle of electrochemical impedance spectroscopy (EIS), the testing methods, the matters needing attention and the equipment used in the electrochemical impedance measurement. Finally, the application of the electrochemical impedance spectroscopy in the lithium ion battery is introduced in a practical case.
Key words: electrochemical impedance spectroscopy; measurement; analysis methods; lithium batteries
1 电化学阻抗谱概述[1]
电化学阻抗谱（electrochemical impedance spectroscopy，简称EIS）最早用于研究线性电路网络频率响应特性，将这一特性应用到电极过程的研究，形成了一种实用的电化学研究方法。
基于线性电路网络频率响应特性的电化学阻抗谱精准测试需要具备一定的前提条件。首先，交流微扰信号与响应信号之间必须具有因果关系；其次，响应信号必须是扰动信号的线性函数；第三，被测
收稿日期：2018-06-08；修改稿日期：2018-06-14。
基金项目：国家重点研发计划（2016YFB0100300，2016YFB0100100以及中古科学院战略性先导科技专项（XDA09010000）。
第一作者：凌仕刚（1988—），男，博士，主要研究方向为固态电池关键材料及锂离子电池新材料体系研究，E-mail：lingshigang@ https://www.doczj.com/doc/961626794.html,；通讯联系人：李泓，研究员，研究方向为高能量密度锂离子电池，固态电池及失效分析，E-mail：hli@https://www.doczj.com/doc/961626794.html,。量体系在扰动下是稳定的，即满足因果性、线性和稳定性3个基本条件，可以用Kramers- Kronig变换来判断阻抗数据的有效性。
早期的电化学阻抗谱研究多集中在可逆电极体系，一方面，EIS是一种以小振幅的正弦波信号为扰动信号的电化学测量方法，可有效地避免对体系产生大的影响；另一方面，扰动与体系的响应之间近似呈线性关系，这就使测量结果的数学处理变得简单。由于可逆的电化学反应过程在扰动消失后迅速地恢复到热力学平衡态，不存在稳定性条件问题，因此，阻抗谱的数据解析可以参考借鉴电学中的方法。
在对不可逆电极过程进行测量时，要近似的满足稳定性条件往往是困难的。这种情况在使用频率域的方法进行阻抗测量时尤为突出，由于用频率域的方法测量阻抗的低频数据耗时较长。在低频测试
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