1.首次放電比容量及庫倫效率測試與分析01概念02常用名詞解釋03首次放電比容量及庫倫效率測試與分析首次放電比容量：是指以0.1C倍率電流放電時首次比容量。首次庫侖效率：是指以0.1C倍率充放電時，首次充放電循環(huán)中放電容量與充電容量的比值。首次放電比容量及庫倫效率測試與分析（一）概念01概念02首次放電比容量及庫倫效率是衡量電池能量密度的關鍵參數(shù)：①對正極材料半電池而言，容量損失主要是由首次放電后材料結構變化引起：首次放電后，正極材料結構由于脫鋰而發(fā)生變化，從而減少了材料中的可嵌鋰位置，鋰離子無法在首次放電時全部嵌回到正極，從而就造成了容量損失。評估正極材料的結構穩(wěn)定性首次放電比容量及庫倫效率測試與分析（一）概念②對負極材料半電池也會受到首次效率的影響。以石墨材料半電池為例，石墨材料的鋰離子脫嵌和嵌入電位更高、因此是正極，金屬鋰片為負極，首周循環(huán)時，鋰離子要先從鋰片（負極）失電子后嵌入石墨（正極），因此半電池先是進行放電，然后再進行充電。石墨半電池首次放電時，鋰離子在嵌入石墨前，會先在石墨表面形成SEI膜，獻身于SEI膜的鋰離子無法在后續(xù)充電時回到鋰片負極，從而就造成了容量損失。評估負極材料的結構穩(wěn)定性，SEI膜性能03測試方法：組裝紐扣半電池或全電池1.聚偏二氟乙烯（PVDF），粘結劑，白色粉末狀，烘干溫度60℃-70℃，溫度過高，物料結塊無法使用。常用牌子有阿卡瑪900、蘇威5130。PVDF分子量越大，粘結性越好。2.超級導電劑（SP），SP碳黑屬于碳黑導電劑的一種，它的特點是粒徑小，比表面積特別大，導電性能特別好，在電池中它可以起到吸液保液的作用。當SP為乙炔黑時，烘干溫度為130℃。3.N-甲基吡咯烷酮（NMP），無色透明油狀液體，微有胺的氣味。毒性低，對皮膚有腐蝕性，使用者應佩戴口罩，手套，以免直接接觸皮膚。（二）常用名詞解釋首次放電比容量及庫倫效率測試與分析（三）首次放電比容量及庫倫效率測試與分析1.測試設備：多通道電池測試儀。2.測試步驟：（1）開機預熱：打開上位機、中位機和下位機，確保線路連接好，然后打開電腦，預熱30分鐘。（2）打開軟件：雙擊鼠標左鍵打開BTS7.6軟件操作圖標。點擊用戶和用戶登錄，輸入用戶名為admin，密碼為neware。首次放電比容量測試首次放電比容量及庫倫效率測試與分析（三）首次放電比容量及庫倫效率測試與分析（3）設置測試工步：測試參數(shù)工步名稱時間倍率電壓電流截止電流1.擱置24h

2.恒流充電無0.1C3.75V3.恒壓充電無3.75V0.05mA0.03mA4.擱置10min

5.恒流放電無0.1C2.5V6.結束首次放電比容量及庫倫效率測試與分析（三）首次放電比容量及庫倫效率測試與分析（4）設置安全保護和倍率參數(shù)安全保護：電壓下限2V，電壓上限4.2V。倍率參數(shù)：活性物質（以實驗室實際制備電池中用到的磷酸鐵鋰為準）。標稱比容量：170mAh/g。（5）點擊確定按鈕啟動測試首次放電比容量及庫倫效率測試與分析（三）首次放電比容量及庫倫效率測試與分析（6）數(shù)據(jù)處理與分析測試完成后，點擊相應的測試通道數(shù)據(jù)另存為excel文件，然后用origin軟件繪制得到如下圖形。圖中紅色曲線為0.1C放電，放電容量約165.80mAh/g；為黑色曲線為0.1C充電，充電容量為170mAh/g，接近理論比容量。通過計算得到首次庫侖效率約為97.53%。首次放電比容量及庫倫效率測試與分析

2.循環(huán)壽命測試與分析01概念02測試01概念一、概念循環(huán)壽命測試主要檢驗鋰離子電池在可用容量下降至許可值時的充放電次數(shù)，是衡量電池性能的一個重要參數(shù)。通過充放電循環(huán)測試評估電池的性能，壽命和穩(wěn)定性，以便優(yōu)化電池設計和制造過程，提高電池的性能。影響鋰離子電池循環(huán)壽命的主要因素正極、負極材料的結構穩(wěn)定性；電解液的穩(wěn)定性；外部使用因素：工作溫度、充放電截止電壓、充放電倍率等。02測試二、測試循環(huán)壽命測試在25±5℃，以0.5C恒流充電至3.65V（三元4.2V），再3.65V（三元4.2V)恒壓充電，電流0.05mA，截止電流0.03mA；然后以0.5C恒流放電至2.0V（三元2.7V），循環(huán)3次；以1C恒流充電至3.65V（三元4.2V），再3.65V（三元4.2V）恒壓充電，電流0.05mA，截止電流0.03mA；，0.5C恒流放電至2.0V（三元2.7V），循環(huán)500次或1000次。要求500次循環(huán)放電容量不低于初始容量的90%；1000次循環(huán)放電容量不低于初始容量的80%。注：以1C第一次放電容量為起始容量。二、測試循環(huán)壽命測試設置安全保護和倍率參數(shù)；安全保護電壓下限2V電壓上限4.2V倍率參數(shù)活性物質（以實驗室實際制備電池中用到的磷酸鐵鋰為準）標稱比容量170mAh/g點擊確定按鈕啟動測試；二、測試循環(huán)壽命測試數(shù)據(jù)處理與分析。測試完成后，點擊相應的測試通道數(shù)據(jù)另存為NDA文件，然后用桌面上的BTSDA軟件打開。由圖可知，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，電池容量減小。3.倍率放電性能測試與分析01概念02思考03影響鋰離子電池倍率性能的主要因素倍率放電性能測試與分析（一）概念01倍率放電充放電倍率：指電池在規(guī)定的時間放出/充入其額定容量時所需要的電流值，它在數(shù)據(jù)值上等于電池額定容量的倍數(shù)，通常以字母C表示。如何計算鋰離子電池放電倍率？鋰離子電池放電倍率的公式為：放電倍率（C）=放電電流（A）÷電池容量（Ah）例如：額定容量為100Ah的電池用20A放電時，其放電倍率為0.2C。0.2C，1C，2C是電池放電速率：表示放電快慢的一種量度。較高的放電倍率可能會導致電池內(nèi)部產(chǎn)生較大的熱量，加速電池化學反應速率，導致其容量的下降和壽命的縮短；過高的放電倍率還可能引發(fā)電池的過熱、炸裂等安全問題。（二）思考倍率放電性能測試與分析思考：鋰離子電池放電率越大越好嗎？（三）影響鋰離子電池倍率性能的主要因素1.鋰離子電池的內(nèi)阻鋰離子在正負極、電解液、以及他們之間界面處的遷移能力直接相關，一切影響鋰離子遷移速度的因素（這些影響因子也可等效為電池的內(nèi)阻），都會影響鋰離子電池的充放電倍率性能。2.電池內(nèi)部的散熱速率散熱速率慢，大倍率充放電時所積累的熱量無法傳遞出去，會嚴重影響鋰離子電池的安全性和壽命。影響鋰離子電池倍率性能的主要因素：倍率放電性能測試與分析（三）影響鋰離子電池倍率性能的主要因素1.測試設備：多通道電池測試儀。2.測試步驟：（1）開機預熱：打開上位機、中位機和下位機，確保線路連接好，然后打開電腦，預熱30分鐘。（2）打開軟件：雙擊鼠標左鍵打開BTS7.6軟件操作圖標。點擊用戶和用戶登錄，輸入用戶名為admin，密碼為neware。倍率放電性能測試倍率放電性能測試與分析（3）設置測試工步：設置0.5C、1C、2C、5C倍率放電，以0.5C和1C為例進行參數(shù)設置測試參數(shù)工步名稱時間倍率電壓電流截止電流1.擱置10min

2.恒流充電無0.5C3.75V3.恒壓充電無3.75V0.05mA0.03mA4.擱置10min

5.恒流放電無0.5C2.5V6.循環(huán)循環(huán)工步：1循環(huán)次數(shù)：10倍率放電性能測試與分析（三）影響鋰離子電池倍率性能的主要因素（3）設置測試工步：設置0.5C、1C、2C、5C倍率放電，以0.5C和1C為例進行參數(shù)設置測試參數(shù)工步名稱時間倍率電壓電流截止電流7.擱置10min

8.恒流充電無1C3.75V9.恒壓充電無3.75V0.05mA0.03mA10.擱置10min

11.恒流放電無1C2.5V12.循環(huán)循環(huán)工步：1循環(huán)次數(shù)：10倍率放電性能測試與分析（三）影響鋰離子電池倍率性能的主要因素（三）首次放電比容量及庫倫效率測試與分析（4）設置安全保護和倍率參數(shù)安全保護：電壓下限2V，電壓上限4.2V。倍率參數(shù)：活性物質（以實驗室實際制備電池中用到的磷酸鐵鋰為準）。標稱比容量：170mAh/g。（5）點擊確定按鈕啟動測試倍率放電性能測試與分析（三）首次放電比容量及庫倫效率測試與分析（6）數(shù)據(jù)處理與分析測試完成后，點擊相應的測試通道數(shù)據(jù)另存為excel文件，然后用origin軟件繪制得到如下圖形。圖中從右往左依次為0.5C、1C、2C和5C倍率放電。由圖可知，隨著放電倍率增大，放電容量依次減小。倍率放電性能測試與分析

4.電池電壓、容量和放電平臺測試與分析01電壓02電池容量和放電平臺01電壓一、電壓鋰離子電池的電壓作為其核心性能參數(shù)之一，直接關系到電池的能量密度、充放電效率以及使用安全性。指電池正負極之間的電勢差，通常由正極材料的電極電位和內(nèi)部電解液的濃度共同決定。標稱電壓不僅代表了電池的基本特性，更是電池在放電過程中電壓變化緩慢階段的電壓值。對于常見的鋰離子電池而言，其標稱電壓通常為3.7V。標稱電壓一、電壓開路電壓電池開路時，正負極之間的電位差，開路電壓在數(shù)值上等于正負極穩(wěn)定電極電位之差，是一個實測值，一般用萬用表可測出來。工作電壓是指電池在工作狀態(tài)下即電路中有電流流過時電池正負極之間的電勢差。又稱負載電壓。放電終止電壓電池放電時，電壓下降到不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓。充電終止電壓電池充電所允許的最高電壓。一、電壓為什么電池放電時，其輸出電壓要比或開路電壓低？是因為電池內(nèi)部存在一定的內(nèi)阻，在有電流通過時，內(nèi)阻引起內(nèi)壓降，隨著放電進行，電池內(nèi)阻增大，電壓將逐漸降低。為什么要規(guī)定電池的放電終止電壓？由于電池的使用要求不一樣，放電條件也會有區(qū)別，為了防止電池性能過早惡化，延長電池使用壽命，需要規(guī)定不同使用要求和放電條件下的放電終止電壓。另外，為了比較或判別電池的放電性能或檢查電池的容量，需要規(guī)定放電終止電壓。02電池容量和放電平臺設計時根據(jù)參加反應活性物質的質量按法拉第定律計算應獲得的容量。電池容量二、電池容量和放電平臺電池容量是衡量電池性能的關鍵指標。它表示在一定條件下，如放電率、溫度和終止電壓等，電池所能釋放的電量。通常，電池容量通過放電測試來測定，單位為（安培×小時），簡稱安時(Ah)或毫安時(mAh)。例如，一個36V100Ah的電池，其存儲的電量為36V*100Ah=3.6KWh，即3.6度電。理論容量二、電池容量和放電平臺比容量單位質量或體積的電池可釋放的電量。單位：mAh/g，常出現(xiàn)在科研中。理論比容量假設全部鋰離子都參與反應，常簡稱為理論容量。材料的理論比容量計算如下法拉第常數(shù)：F=96500C/mol所有材料理論容量：Q=n*26800mAh/mol

材料的摩爾質量n：1mol材料中可反應的鋰摩爾量M二、電池容量和放電平臺額定容量即電池包裝上注明的容量，是按國家或有關部門頒布的標準，在標準的條件下，放出的最低的容量。標稱容量指電池0.2C放電時的放電容量。實際容量是指電池在實際負載條件下所放出的電量。指放電曲線中電壓基本保持水平的部分。放電平臺越高、越長、越平穩(wěn)，電池的放電性能越好。行業(yè)中最為常用的放電電壓平臺是放電曲線第一個拐點。放電平臺二、電池容量和放電平臺識圖：以磷酸鐵鋰材料充放電曲線為例由圖可知，LFP的放電平臺約為3.4V放電容量如下表：編號放電容量（mAh/g）LFP-A128LFP-B122LFP-C114LFP-D113放電容量放電曲線充電曲線放電平臺二、電池容量和放電平臺恒流放電法測試電池容量01測試設備：多通道電池測試儀。02測試步驟：（1）開機預熱：打開上位機、中位機和下位機，確保線路連接好，然后打開電腦，預熱30分鐘。（2）打開軟件：雙擊鼠標左鍵打開BTS7.6軟件操作圖標。點擊用戶和用戶登錄，輸入用戶名為admin，密碼為neware。二、電池容量和放電平臺恒流放電法測試電池容量（3）設置測試工步：02測試步驟：測試參數(shù)工步名稱時間倍率電壓電流截止電流1.擱置24h

2.恒流充電無0.2C4.2V3.恒壓充電無4.2V0.05mA0.03mA4.擱置10min

5.恒流放電無0.2C2.75V6.結束二、電池容量和放電平臺恒流放電法測試電池容量（4）設置安全保護和倍率參數(shù)安全保護：電壓下限2.75V電壓上限4.2V倍率參數(shù)：活性物質（以實驗室實際制備電池中用到的磷酸鐵鋰為準）標稱比容量：170mAh/g（5）點擊確定按鈕啟動測試（6）數(shù)據(jù)處理與分析測試完成后，點擊相應的測試通道打開容量-電壓曲線，即可得到電池的比容量。讀取放電曲線拐點處的電壓，即可得到電池的放電平臺。02測試步驟：5.內(nèi)阻測試與分析01概念02內(nèi)阻測試的作用03測試方法04內(nèi)阻測試操作01概念什么是內(nèi)阻？一、概念定義電阻是表征電路元件對電流傳遞阻礙程度大小的物理量。內(nèi)阻組成歐姆內(nèi)阻：由電極材料、電解液、隔膜及各個部分的接觸電阻所組成。極化內(nèi)阻：由電化學反應時極化引起的電阻，包括電化學極化和濃差極化電阻。02內(nèi)阻測試的作用二、內(nèi)阻測試的作用在實際應用中，評測鋰離子電池內(nèi)阻的作用主要有以下三點：評價電池的健康程度，預測電池壽命；估算電池的荷電狀態(tài)SOC；識別電池模組內(nèi)電路的連接狀態(tài)，作出及時的判斷。二、內(nèi)阻測試的作用影響鋰離子電池內(nèi)阻的因素：1電極材料2電解液3隔膜4溫度5電池容量二、內(nèi)阻測試的作用降低鋰電池內(nèi)阻的方法：優(yōu)化電極材料：選用導電性能良好的電極材料。提高電解液離子電導率。改善隔膜性能?？刂茰囟龋翰捎孟冗M的熱管理系統(tǒng)有效控制電池溫度。合理設計電池結構和尺寸。03測試方法三、測試方法交流內(nèi)阻01交流內(nèi)阻是在電池正負極之間給一個高頻的正弦波電流信號（1000HZ,50mA），同時通過檢測兩端的電壓降，推導出電池的交流阻抗。（單體電池）直流內(nèi)阻02是給電池施加一個直流信號來測試電池內(nèi)阻。具體的計算方法就是電池的端電壓差值和電流的比值。（大型電池組）三、測試方法其中，RΩ為歐姆電阻，Rct為電荷轉移電阻，Cdl為雙電層電容，Rw為擴散電阻。鋰離子電池開發(fā)過程中，研發(fā)人員常用到交流阻抗圖譜（EIS），它就是將電池內(nèi)阻模擬成一個等效電路圖進行測試，最常見等效電路圖如下：三、測試方法第一部分為高頻部分，阻抗曲線與橫軸相交部分：歐姆電阻RΩ

。第二部分為中頻部分，半圓：電荷轉移電阻Rct。第三部分為低頻部分，45°直線：鋰離子擴散阻抗Rw。識圖：04內(nèi)阻測試操作試驗前準備四、內(nèi)阻測試操作電解質溶液準備配置250mL含有鐵氰化鉀（0.1M）、亞鐵氰化鉀（0.1M）、氯化鉀（0.1M）的混合溶液作為電解液。工作電極（樣品）準備取適量樣品于小型樣品管中，加入200μL的溶劑，超聲分散1h。將樣品懸浮液用移液槍移取并小心地平鋪在玻碳電極的導電面，待其自然風干即可。三電極系統(tǒng)準備將工作電極、參比電極、對電極與電化學工作站鏈接好，打開電化學工作站，準備開始測試。測試階段四、內(nèi)阻測試操作01點擊控制>開路電位>開路電壓頁面，查看開路電壓，如下圖所示，此時三電極體系的開路電壓值為0.3990V，待后面錄入?yún)?shù)時使用。02點擊實驗技術>電化學技術，選擇電化學阻抗，確定后設置參數(shù)。測試階段四、內(nèi)阻測試操作03點擊參數(shù)設置，進入電化學阻抗參數(shù)的頁面，根據(jù)（1）中所得到的開路電壓，設置初始電壓為0.3990V。設置高頻處的頻率為100KHz，低頻處的頻率為10mHz。振幅和靜置時間采用默認數(shù)值，點擊確定，準備進行電化學阻抗測試。04點擊?運行實驗，出現(xiàn)交流阻抗測試的頁面，掃描圖形如下圖所示，右上角顯示實驗剩余時間，所掃描的數(shù)據(jù)盡量保證連續(xù)。測試階段四、內(nèi)阻測試操作05點擊圖象>圖形選項，進入圖形選項的對話框以后，選擇Nyquist:Z‘’-Z‘，此時電腦將自動進行實驗的數(shù)據(jù)轉換，在電腦自動進行數(shù)據(jù)轉換以后，保存文件為*.bin和*.txt兩種格式，下一步進行數(shù)據(jù)處理和分析即可。最終得到如下圖所示的EIS阻抗圖。6.荷電保持性能和高低溫放電測試與分析01荷電保持性能測試02高低溫放電測試01荷電保持性能測試一、荷電保持性能測試（一）概念電池在開路狀態(tài)下，所儲存的電量在一定條件下的保持能力。容量保持能力容量恢復能力完全充電的電池在一定溫度下儲存一定時間后，再完全充電，其后放電容量與初始容量之比。其保持容量應不低初始容量的85%；恢復≥90%其恢復容量應不低于初始的95%。要求一、荷電保持性能測試（一）概念影響電池自放電率。荷電保持能力直接與電池的自放電率相關。影響電池容量。長期的荷電保持能力不佳會加速電池容量的衰減。荷電保持能力對電池性能的影響：一、荷電保持性能測試（一）概念影響電電池內(nèi)阻變化。荷電保持能力差可能引起電池內(nèi)阻的變化。在電池自放電過程中，電池內(nèi)部的化學反應可能會導致電極表面的鈍化膜增厚，或者電解質的分解產(chǎn)物在電極和電解質界面處積累。荷電保持能力對電池性能的影響：一、荷電保持性能測試（一）概念影響電池安全性。荷電保持能力對電池安全性也有潛在影響。荷電保持能力差可能導致鋰離子電池負極形成枝晶，枝晶在生長過程中可能會刺穿隔膜，使正負極短路。荷電保持能力對電池性能的影響：一、荷電保持性能測試（一）概念影響電池循環(huán)壽命。如果荷電保持能力差，電池在存儲過程中的電量損失和內(nèi)部結構變化會累積，使得電池在后續(xù)的充放電循環(huán)中更容易出現(xiàn)性能衰退，從而縮短循環(huán)壽命。荷電保持能力對電池性能的影響：一、荷電保持性能測試（二）常溫荷電保持性能測試容量保持能力測試測試設備：電池測試柜測試方法：電池先進行標準完全充電，然后常溫存儲28天后，按照標準放電倍率進行放電，得到放電容量C1容量保持率=C1/初始容量項目初始容量保持容量編號容量（Ah）容量（Ah）容量保持（%）DY135.92634.84897.0DY236.41635.61597.8一、荷電保持性能測試（二）常溫荷電保持性能測試容量保持能力測試工步鋰離子電池在（20±5）℃的環(huán)境溫度下，以0.2C電流恒流放電至規(guī)定的終止電壓（一般為3.0V），然后以0.2C電流恒流充電至終止電壓（一般為4.2V），轉入恒壓充電（充電終止電流一般為0.02C）；鋰離子電池應在（20±5）℃的環(huán)境溫度下開路存放28d；一、荷電保持性能測試（二）常溫荷電保持性能測試容量保持能力測試工步鋰離子電池應在（20±5）℃的環(huán)境溫度下以0.2C電流恒流放電至規(guī)定的放電終止電壓；計算鋰離子電池在步驟③中放出的容量（Ah）；荷電保持能力應以步驟④計算容量與額定容量相比的百分數(shù)表示。一、荷電保持性能測試（二）常溫荷電保持性能測試容量恢復能力測試測試設備：電池測試柜測試方法：電池先進行標準完全充電，然后在一定條件下儲存28天，在進行標準完全充電，開始進行標準充放電，得到放電容量C1

容量恢復率=C1/初始容量項目初始容量恢復容量編號容量（Ah）容量（Ah）容量恢復率（%）DY135.92635.56799.0DY236.41636.05299.0一、荷電保持性能測試（二）常溫荷電保持性能測試容量恢復能力測試工步鋰離子電池在（20±5）℃的環(huán)境溫度下，以0.2C電流恒流放電至規(guī)定的終止電壓（一般為3.0V），然后以0.2C電流恒流充電至終止電壓（一般為4.2V