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搞懂锂电池阻抗谱（EIS）不容易,这篇综述值得一看！

电化学阻抗谱是一种电化学测量手段，在锂离子电池的性能研究

中越来越受重视。本文综述了锂离子电池阻抗谱动力学参数随SOC、

充放电倍率、温度等影响因素的变化规律，以及在锂离子电池状态检

测中的应用，并展望了电化学阻抗谱在锂离子电池研究上的发展方向。

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编辑/ALEX

审校/Ydnxke

图片来源/网络

电池是电动汽车的动力源，也是电动汽车的核心技术之一。采用

现代化测试手段研究锂离子电池性能是降低电池成本、提高续航里程

的重要实现形式。

电化学阻抗谱广泛应用于锂离子电池正负极材料分析、锂离子脱

嵌动力学参数研究、固体电解质、界面反应和SOC预测等方面的研究，

是分析锂离子电池性能的有力工具。本文综合了电化学阻抗谱研究锂

离子电池性能的成果，前瞻电化学阻抗谱的应用进展和发展方向。

1电化学阻抗谱简介

电化学阻抗谱(EIS)是一种无损的参数测定和有效的电池动力学行

为测定方法。对电池系统施加频率为w1小振幅的正弦波电压信号，系

统产生一个频率为w2的正弦波电流响应，激励电压与响应电流的比值

变化即为电化学系统的阻抗谱。

EIS具有很高的实用性，这种测试方法可以从很低频率扫描(几

μHz)到很高频率(几MHz)来实现宽频范围的电化学界面反应研究。目

前，国内的大部分研究仍处在初级探索阶段，大部分集中于EIS的曲线

分析及相关的电化学解释。国外研究在EIS数学模型的建立以及EIS实

际应用方面(例如基于EIS的电池温度预测)都有突破。综合国内外的研

究，锂离子电池的阻抗谱大致包含四部分，如图1所示。

图1锂离子电池的阻抗谱

图1中，横坐标ZRe为阻抗的实部，纵坐标ZIm为阻抗的虚部。

其他各部分含义如下：

第一部分为超高频部分，阻抗曲线与横轴相交部分：欧姆阻抗Rb；

第二部分为高频部分，半圆：锂离子通过固体电解质阻抗Rsei；

第三部分为中频部分，半圆：电荷传递阻抗，也称为电极极化阻

抗Rct；

第四部分为低频部分，45°直线：锂离子扩散阻抗，也称为浓差极

化阻抗W。

2等效电路模型简介

锂离子电池是一个可以理解为包含电阻、电感和电容的电路系统，

等效模型的建立就是把电池简化为一个电路系统，从而模拟电化学系

统中的变化过程。常用的锂离子电池等效电路模型如图2所示。

图2锂离子电池等效电路模型

与阻抗谱中各频率阻抗成分相对应，Rb表示欧姆电阻；Rsei和

Csei表示SEI膜的电阻和电容，与高频部分的半圆对应；Rct和Cdl分

别代表电荷传递电阻和电双层电容，与中频部分半圆对应；W为

Warburg阻抗，即锂离子在电极材料中的扩散阻抗，在复平面上用与

实轴呈45°的直线表示。

3国内外研究现状

目前，关于电化学阻抗谱的研究，主要集中在SOC的预测、电极

材料的分析、锂离子脱嵌过程和固体电解质膜的研究等方面。大量的

研究致力于探究欧姆阻抗、电荷传递阻抗、扩散阻抗与SOC、SOH、

温度、充放电倍率之间的关系，并给出相关的电化学解释。

等效电路模型的建立依附于电化学阻抗谱的曲线形式，有的学者

提出了纯粹的数学模型替代等效电路模型，给数据拟合提供多种方案。

综合相关研究，欧姆电阻受SOC、温度、倍率等因素影响小，电荷传

递电阻和锂离子扩散电阻受这些因素的影响明显。

4研究进展

4.1SOC的影响

SOC是电池荷电状态，也是电池电量使用状态的体现。使用EIS

拟合的阻抗曲线可以判断电池内部各阻抗的变化情况。同时，EIS也可

以为电池最佳使用SOC区间的选取提供依据。

席安静等对磷酸铁锂电池各阻抗随SOC的变化规律进行了研究，

重点研究了中频阻抗。她发现在不同SOC时，欧姆阻抗保持