《鋰離子電池電化學阻抗測試方法》編制說明（征求意見稿）任務簡介任務來源本項目是根據中國電池工業(yè)協(xié)會“關于2024年中國電池工業(yè)協(xié)會團體標準（第一批）立項公告”（中電池協(xié)【2024】02號），申請?zhí)枺?023023，項目名稱“鋰離子電池電化學阻抗測試方法”進行制訂。主要起草單位為國聯(lián)汽車動力電池研究院有限責任公司等。制定本標準的目的通過制定本標準，建立起鋰離子電池電化學阻抗測試的評價方法，為鋰離子電池的熱管理、電池的安全監(jiān)測、電池的老化、電池的健康狀態(tài)估計及壽命預測提供可靠的數據支撐；為鋰離子電池的中材料的動力學研究提供幫助，為電池性能的優(yōu)化和新材料的開發(fā)提供指導意義。制定本標準的意義近年來，在各國優(yōu)惠政策扶持和推動下，全球電動汽車市場呈快速增長態(tài)勢，中國電動汽車表現(xiàn)尤為亮眼。電動汽車產業(yè)的加速發(fā)展，不僅引領汽車行業(yè)重大變革，也推進汽車相關產業(yè)的迅速發(fā)展。2013年以來，隨著各國支持政策推動，新能源汽車發(fā)展迅速。2021年全球包括純電動、插電混動和燃料電池在內的新能源乘用車銷量623萬輛，同比增長118.6%。根據國際能源署的預測，基于現(xiàn)有政策和汽車行業(yè)目標，全球電動汽車2030年銷售份額展望已增加至35%。在中國、歐盟和美國，到2030年電動汽車占總汽車銷量的平均份額預計將上升到60%左右。在中國，新能源汽車包括純電動、插電混動和燃料電池。而在全球范圍內，新能源汽車通常也包括混合動力汽車。2021年全球混合動力乘用車銷量314萬輛，同比增長36.52%。受益于政策的優(yōu)惠，我國新能源汽車市場從2014年開始快速發(fā)展，根據中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數據顯示，2021年我國新能源汽車銷量爆發(fā)式增長，達到352.1萬輛，同比增長157.6%。2012年-2021年，我國新能源汽車銷量從2012年的1.28萬輛到2021年的352.1萬輛，實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。2023年全球新能源汽車銷量達1438萬輛，中國新能源汽車銷量達949萬輛，市場占有率已達66%，達到歷史新高。新能源汽車的迅猛增長，帶動著動力電池的增長，2023年全年動力電池的累計裝車量達到378.7GWh,累計同比增長31.6%，而隨著電池的使用量增加，電池的一些問題比如電池的老化評估檢測、電池的健康狀態(tài)預測、電池的安全運行、電池的運行成本控制、電池的管理系統(tǒng)的開發(fā)等持續(xù)受到關注，電化學阻抗技術因其無損測量以及快捷方便的優(yōu)點而被廣泛應用于電池的檢測中。如通過測試電化學技術構建頻域，建立特征參數與電池的健康狀態(tài)的定量關系模型——等效電路模型，再利用數據驅動的方法構建了EIS數據和電池的健康狀態(tài)之間的定量關系模型，評估預測電池的健康狀態(tài)；如通過電化學阻抗技術得到的阻抗數據集成到電池管理系統(tǒng)（BMS）中，實現(xiàn)對電池狀態(tài)的實時監(jiān)測和優(yōu)化管理，提高電池使用效率和整車性能。目前國內外還沒有專門的針對電池阻抗的測試標準，在IEC61960-3:2017《含堿性電池或其它非酸性電解質二次鋰電芯和電池》中規(guī)定了在特定頻率下的，依據交流方均根電流值和交流方均根電壓值計算交流阻抗值。但是對于連續(xù)性的頻率下的阻抗測試并沒有做出規(guī)定，以及沒有相對應的模擬計算方法，因此需要建立一種簡潔有效的測試方法來對電化學阻抗進行評估?！朵囯x子電池電化學阻抗測試方法》標準（以下簡稱“本標準”），有助于為動力電池阻抗的測試提供重要的標準技術支撐，便于動力電池及其它類型電池在統(tǒng)一的標準基礎上進行品質評價，引導和促進整個電池行業(yè)健康有序地發(fā)展。實施任務的組織簡介⑴歸口管理單位：中國電池工業(yè)協(xié)會。中國電池工業(yè)協(xié)會，英文名稱

CHINABATTERYINDUSTRYASSOCIATION，縮寫CBIA，成立于1988年，經國家民政部注冊批準，具有法人資格，為跨地區(qū)、跨部門、跨所有制的國家一級協(xié)會。中國電池工業(yè)協(xié)會是在中華人民共和國民政部登記的社會團體，本會的黨建領導機關是中央社會工作部。中國電池工業(yè)協(xié)會的宗旨是：為會員服務，反映企業(yè)和行業(yè)訴求，規(guī)范企業(yè)和行業(yè)的行為，維護會員的合法權益。貫徹執(zhí)行國家的政策法令，促進全行業(yè)經濟、技術和管理水平的不斷提高，推動全行業(yè)的發(fā)展。中國電池工業(yè)協(xié)會的職能是：對電池工業(yè)的政策提出建議，起草電池工業(yè)的發(fā)展規(guī)劃和電池產品標準，組織有關科研項目和技術改造項目的鑒定，開展技術咨詢、信息統(tǒng)計、信息交流、人才培訓，為行業(yè)培育市場,

組織國際國內電池展覽會，協(xié)調企業(yè)生產、銷售和出口工作中的問題。中國電池工業(yè)協(xié)會通過管理、協(xié)調、服務和建立健全行規(guī)行約，強化全行業(yè)自律性管理，為政府和企業(yè)服務，在政府和企業(yè)之間起橋梁和紐帶作用。貫徹執(zhí)行國家的政策法規(guī)，維護企業(yè)合法權益，促進全行業(yè)經濟技術水平和管理水平的不斷提高，推動全行業(yè)發(fā)展。⑵組織實施單位：中國電池工業(yè)協(xié)會電氣裝備分會。⑶本標準起草工作組組長單位：國聯(lián)汽車動力電池研究院有限責任公司。國聯(lián)汽車動力電池研究院有限責任公司（以下簡稱“國聯(lián)研究院”）是在工業(yè)和信息化部指導下，由有研集團牽頭發(fā)起，聯(lián)合國內多家整車企業(yè)、動力電池企業(yè)、材料企業(yè)和社會資本共同組建成立，股東單位14家，包括有研集團、華鼎新動力基金2家并列大股東，中國一汽、上汽集團等8家整車制造企業(yè)，寧德時代等4家動力電池及配套材料企業(yè)，總注冊資本9.3億元。國聯(lián)研究院主要開展新能源汽車用動力電池共性技術研發(fā)、動力電池及關鍵材料測試驗證、鋰電產品設計制造及中試孵化三大主營業(yè)務。2016年6月，在工信部的支持下，依托國聯(lián)研究院，建成我國首個國家制造業(yè)創(chuàng)新中心-國家動力電池創(chuàng)新中心。外延構建中國汽車動力電池產業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟，目前聯(lián)盟成員單位180余家。2019年獲批成立“國家動力電池檢測試驗中心”，2020年獲批成立“國家車用動力電池產品質量檢驗檢測中心”，是我國新能源汽車動力電池行業(yè)唯一一家具備動力電池研發(fā)和中試試制能力的第三方檢測機構。近三年收入總體呈上升趨勢，2021年收入為5930.83萬元，2022年收入為12920.69萬元，較去年同比上升118%；2023年收入為13040.63萬元，較去年同期略有增長。國聯(lián)研究院累計承擔了數十項國家級科技計劃項目、申請專利500余項，授權專利300余項，獲得三次省部級一等獎。為充分利用粵深港澳區(qū)域成熟的動力電池產業(yè)集群和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)氛圍，加快下一代電池及材料的技術創(chuàng)新和成果轉化。國聯(lián)研究院與有研（廣東）新材料研究院在佛山聯(lián)合設立廣東分中心，建設了動力電池及系統(tǒng)功能特性等測試驗證能力。目前，得到包括比亞迪等在內龍頭企業(yè)的高度認可。公司參與了GB/T31486、GB/T31484、GB38031等多項鋰離子電池國標的制修定工作，是目前電動汽車鋰離子電池技術創(chuàng)新孵化中心，具有鋰離子電池關鍵材料、鋰離子電池等設計、研發(fā)、檢測和試制能力。目前，檢測試驗中心服務覆蓋高精尖客戶，在新能源汽車銷量排名前10企業(yè)中，服務企業(yè)占比達60%；在動力電池裝機量排名前10企業(yè)中，服務企業(yè)達70%。另外正在規(guī)劃新的分中心，進一步提高中心的影響力和市場占有率。主要工作過程1）本標準自2023年開始開展預先研究工作，標準起草工作組組織了多次標準討論會。2024年1月項目批準后，在原預先研究的基礎上對標準內容進行了進一步討論和驗證。2)2024年6月20日，書處在北京市組織召開了《鋰離子電池電化學阻抗測試方法》本標準起草工作組第一次會議?！?)國聯(lián)汽車動力電池研究院有限責任公司、有研(廣東)新材料技術研究院、中國第一汽車集團有限公司、云山動力(寧波)有限公司、遠景動力(江蘇)技術有限公司、北京新能源汽車股份有限公司、榮感盟固利新能源科技股份有限公司、蘇州清陶新能源科技有限公司以及多氟多新能源科技有限公司9家單位的專家參加了會議。一一會議重點討論了鋰離子電池電化學阻抗測試方法及測試對象劃分，測試條件的依據等問題，并就相關議題達成一致。4)2024年7月13日起草工作組組長單位根據第一次會議對本標準的討論結果對標準草稿進行了修改，形成了標準討論(第1版)書處將標準討論(第1版)發(fā)送標準起草工作組成員單位征求修改、完善意見?！?)2024年7月17日，秘書處在北京市組織召開了《鋰離子電池電化學阻抗測試方法》標準起草工作組第二次會議。6)中國第一汽車集團有限公司、長春汽車檢測中心有限責任公司、云山動力(寧波)有限公司、蘇州清陶新能源科技有限公司、多氟多新能源科技有限公司、遠景動力(江蘇)技術有限公司、榮盛盟固利新能源科技股份有限公司、北汽新能源藍谷動力系統(tǒng)分公司、國聯(lián)汽車動力電池研究院有限責任公司、有研(廣東)新材料技術研究院等派代表參加了會議。7)本標準起草工作組組長單位報告了對標準文本的修改意見，工作組成員單位有關專家報告了對標準測試工況等方面的修訂意見。8)會議詳細討論了本標準討論稿(第1版)的內容，對需要修改、完善的內容進行了確認，并就相關問題達成一致。編制原則，標準的適用范圍、主要內容編制原則⑴按照GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的要求和規(guī)定編制。⑵結合電動汽車動力電池的使用狀況，確定鋰離子電池單體的電化學阻抗測試相關的測試方法要求。⑶調研了動力電池單體的類型種類，包括了電池的基本使用的類型，滿足大多數電池電化學阻抗測試的要求，促進行業(yè)技術進步，更好滿足動力電池單體使用的需求。標準的適用范圍本標準適用于電動汽車上的鋰離子電池單體，包括軟包電池、方型電池。其它儲能類、消費類的電池可參考本標準的測試方法要求。標準的主要內容本標準規(guī)定了以動力電池單體為測試對象，在一定溫度環(huán)境下，通過電化學工作站對電池進行阻抗的測試，并對阻抗譜圖做等效電路分析，獲取電化學阻抗譜中各個階段對應的阻抗值。本標準規(guī)定的電化學阻抗測試的條件，包括測試頻率、激勵電流或者激勵電壓、采集點。見下表：表1參數設置表測試對象激勵電流模式測試頻率（高頻）測試頻率（低頻）激勵電流幅值/A采集點軟包電池106Hz0.1(25℃~50℃）/0.01（-20℃~25℃）2-56/10方形電池106Hz0.1(25℃~50℃）/0.01（-20℃~25℃）5-106/10表2參數設置表測試對象激勵電壓模式測試頻率（高頻）測試頻率（低頻）激勵電壓幅值/mV采集點軟包電池106Hz0.1(25℃~50℃）/0.01（-20℃~25℃）5或106/10方形電池106Hz0.1(25℃~50℃）/0.01（-20℃~25℃）2或56/10本標準規(guī)定的數據處理中常用的等效電路的擬合模型如下圖：其中：Rb——歐姆阻抗，阻抗譜圖與阻抗實部坐標的第一個交點值；Rs/Cs——膜的電阻/電容，與高頻部分的阻抗譜圖半圓對應；Rct/Cdl——電荷傳遞電阻/電雙層電容，與中頻部分阻抗譜圖半圓對應；W——Warburg阻抗，即鋰離子在電極材料中的擴散阻抗。四、試驗方法確定情況本標準主要鋰離子電池電化學阻抗的試驗方法，在方法參數的確定方面進行了相應試驗和驗證。試驗方法確定情況如下：測試參數-保溫時間對電池進行不同時間下的保溫，測試其保溫時間對測試結果的影響，在常溫階段，電池內外的溫度是一致的，測試的結果不明顯，主要是通過測試在低溫條件下評估電池保溫的時間，環(huán)境箱溫度調到-20℃，將電池放置在環(huán)境箱中30min，1h，2h，3h后測試阻抗。其結果如圖1，圖1不同保溫時間的阻抗譜圖以上結果看出，經過2h-3h保溫后，阻抗譜穩(wěn)定，所以保溫時間選擇2h-3h。測試參數-頻率測試時需要對頻率進行設置，根據市場的調研以及參與單位的數據統(tǒng)計，頻率設置的高頻區(qū)是106Hz，這個頻率下可以測試出更多的感抗的信息。對于低頻區(qū)的選擇則是根據測試阻抗時候的溫度不同而做出相應的改變，因為低溫狀態(tài)下的電池的阻抗是比常溫狀態(tài)下的阻抗大的，需要更低頻率下的測試得到相應的完整的譜圖。設置參數如表1進行測試，判定常溫及高溫情況下低頻率的選擇情況。表1測試參數序號測試對象參數1單體電池高頻/Hz低頻/Hz測試溫度/℃保溫時間/h采集點21060.12521031060.0125210410600150210圖2軟包電池不同低頻不同溫度（高溫）下阻抗譜圖圖3方形電池不同低頻不同溫度（高溫）下阻抗譜圖從圖2以及圖3的測試結果可以看出，常溫到高溫階段下，低頻0.01Hz和0.1Hz的阻抗譜線基本一致，對于低頻區(qū)電極材料中鋰離子的擴散區(qū)域的分析不受影響，所以為節(jié)省測試時間可以選擇低頻率為0.1Hz。設置參數如表2進行測試，判定低溫情況下低頻率的選擇情況。表2測試參數序號測試對象參數1單體電池高頻/Hz低頻/Hz測試溫度/℃保溫時間/h采集點21060.1-531031060.01-531041060.1-2031051060.01-20310圖4軟包電池不同低頻不同溫度（低溫）下阻抗譜圖圖5方形電池不同低頻不同溫度（低溫）下阻抗譜圖從圖4以及圖5的測試結果可以看出，低溫階段下，電池的內阻變大，低頻0.1Hz的條件下電極材料中鋰離子的擴散區(qū)域的曲線未顯示出來，頻率不夠導致這種現(xiàn)象，而低頻0.01Hz的條件下是可以滿足鋰離子的擴散區(qū)域的分析，對于更低頻率0.001Hz來說，由于每次的測試時間是2小時，對于測試阻抗是不合適的，綜上在低溫階段的參數使用上0.01Hz是滿足測試需求的。測試參數-激勵電壓測試時需要激勵模式進行選擇，目前激勵模式可以選擇激勵電壓模式和激勵電壓模式。根據根據市場的調研以及參與單位的數據統(tǒng)計，激勵電壓主要是2mV，5mV，10mV這3個設置值，對不同種類電池進行25℃下的溫度測試保溫2-3h，進行不同激勵電壓值的測試，測試結果如圖6，圖7。圖6方形電池25℃下不同激勵電壓的阻抗譜圖圖7軟包電池25℃下不同激勵電壓的阻抗譜圖從圖6測試結果可以看出，2mV和5mV的激勵電壓下的測試結果是相差不大的，10mV的激勵電壓下，儀器的瞬時最高電流超過20A，超過了一般的電化學工作站的量程，所以方形電池的激勵電壓的選擇是2mV或者5mV。從圖7測試結果可以看出，軟包電池在3個不同的激勵電壓下，5mV和10mV的曲線是相差不大的，2mV的激勵電壓下的曲線與其他兩個有點偏差的，因為軟包電池一般是疊片的工藝的，內阻會比方形電池的稍大，2mV的激勵電壓下產生的電流也比較小，對儀器的要求比較高，所以綜上軟包電池的激勵電壓的選擇是5mV或者10mV。測試參數-激勵電流測試時另一種激勵模式是激勵電流模式，根據根據市場的調研以及參與單位的數據統(tǒng)計，電化學工作站的量程有5A、10A、20A的，以電化學工作站的量程20A為例實際測試是參數的設置則不能超過12A，所以對不同電池進行不同激勵電流的測試，測試溫度是25℃，保溫時間是2-3h，測試結果如圖8，圖9。圖8軟包電池25℃下不同激勵電流的阻抗譜圖圖9方形電池25℃下不同激勵電流的阻抗譜圖從圖8測試結果可以看出，軟包電池在設置1A的激勵電流時，由于激勵電流振幅較小，曲線的數據點零散，對后期數據分析不利，2A-8A的激勵電流下，阻抗的曲線譜圖是完整不零散的，考慮到軟包電池的容量值是相對偏小的，結合工作站的量程使用，選擇激勵振幅是2A-5A的區(qū)間；同樣的從圖9測試結果可以看出，2A和3A的激勵電流條件下，曲線的數據點零散，5A-10A的阻抗的曲線譜圖是完整不零散的，所以方形電池的激勵電流使用區(qū)間設置為5A-10A。數據處理應用合適的擬合模型對測試得到的電化學阻抗譜圖（奈奎斯特圖或者波特圖）進行擬合計算，得到測試阻抗。根據大多數的電化學阻抗譜圖結果看，圖1的等效電路可作為常用的擬合模型，數據處理軟件可采用Zview、ZSimpWin、EIS300、LEVMW、Impedancespectroscopy、AutolabNova等，帶入如圖10的等效電路模型，擬合偏差（dev）越小，代表擬合效果越好。最后擬合計算得到電化學阻抗譜圖中各個階段對應的阻抗值（Rb，Rct，Rs，W等）。其中：Rb——歐姆阻抗，阻抗譜圖與阻抗實部坐標的第一個交點值；Rs/Cs——膜的電阻/電容，與高頻部分的阻抗譜圖半圓對應；Rct/Cdl——電荷傳遞電阻/電雙層電容，與中頻部分阻抗譜圖半圓對應；W——Warburg阻抗，即鋰離子在電極材料中的擴散阻抗。以圖11為例，對電化學阻抗譜進行擬合計算，最數據處理，測試條件是：測試溫度25℃，保溫2h，頻率為106Hz-0.1Hz，應用圖10等效電路圖求得阻抗值如表3圖11方形電池阻抗譜圖表3擬合阻抗值項目RbRsRctCsCdlW擬合值0.032ohm0.018ohm37.44ohm0.035F394351F涉及專利情況說明本標準不涉及專利。預期達到的社會效益等情況促進電動汽車行業(yè)發(fā)展本標準規(guī)定的電池電化學阻抗的測試方法具有先進性，通過電化學阻抗對鋰離子電池正負極材料分析、鋰離子脫嵌動力學參數研究、固體電解質、界面反應和SOC預測等方面的研究應用，有助于降低電池成本、提高續(xù)航里程，支持電動汽車行業(yè)的發(fā)展。促進電池行業(yè)