介绍一下锂离子电池循环老化的测试方法

一、容量测试法

1.恒流充放电测试：

这是最基本的测试方法。在规定的温度环境（如常温 25℃）下，以恒定电流对锂离子电池进行充电，直至达到设定的充电截止电压，比如对于常见的三元锂离子电池，充电截止电压一般为 4.2V 左右。然后再以恒定电流放电，直到达到放电截止电压，通常三元锂离子电池放电截止电压约为 3.0V。通过记录每次循环的充电容量和放电容量，就可以观察到电池容量随循环次数的衰减情况。

例如，在对一款手机用锂离子电池进行测试时，设定充电电流为 0.5C（C 为电池的标称容量，如电池标称容量为 3000mAh，0.5C 即 1500mA），放电电流也为 0.5C，经过 100 次循环后，发现其放电容量从初始的 3000mAh 下降到了 2700mAh，这就直观地体现了电池容量的衰减。

2.不同倍率下的容量测试：

除了在单一倍率下进行测试，还会在多个不同的充放电倍率下进行测试。例如，在 0.2C、0.5C、1C、2C 等不同倍率下分别进行充放电循环。不同倍率下电池的容量表现不同，高倍率下电池的极化现象更严重，容量衰减可能更快。

以电动汽车用锂离子动力电池为例，在 0.2C 倍率下循环时，电池可能能够保持较高的容量利用率，但在 2C 倍率下循环，由于电池内部的极化和发热等因素，其容量衰减速度会明显加快，通过对比不同倍率下的容量衰减曲线，可以更全面地评估电池的性能和老化情况。

二、内阻测试法

1.交流阻抗测试（EIS）：

这种方法是通过向电池施加一个小幅度的交流电压信号（一般频率范围从几 mHz 到几百 kHz），然后测量电池的交流电流响应，从而得到电池的阻抗谱。在电池循环老化过程中，其内阻会发生变化，通过 EIS 可以得到不同频率下内阻的变化情况。

例如，新的锂离子电池在高频区主要体现为电解液的欧姆内阻，在低频区主要体现为电极反应的电荷转移内阻和扩散内阻。随着循环次数的增加，低频区的内阻可能会因为电极表面活性物质的变化和锂离子扩散通道的阻塞而增大。通过对 EIS 谱图的分析，可以深入了解电池内部的电化学反应过程和老化机理。

2.直流内阻测试：

该方法是通过在电池两端施加一个短暂的直流脉冲电流（例如，电流脉冲持续时间为 10 - 30 秒），然后测量电池两端的电压变化，根据欧姆定律计算出电池的内阻。在不同的循环阶段进行直流内阻测试，可以观察到内阻随循环次数的变化规律。

比如，在测试电动工具用锂离子电池时，每经过 10 次循环，就进行一次直流内阻测试。开始时电池的直流内阻可能只有几十毫欧，随着循环次数增加，内阻可能会上升到几百毫欧，这表明电池的性能在逐渐下降。

三、循环寿命测试法

1.标准循环寿命测试：

根据相关标准（如国际电工委员会 IEC 标准或国家标准 GB/T 等）规定的充放电制度进行循环测试。一般包括在特定的温度（如 25℃或高温 45℃）下，以一定的充放电倍率（如 0.5C 充电、0.5C 放电）对电池进行循环，直到电池容量衰减到初始容量的某个百分比（如 80%）为止，记录循环次数作为电池的循环寿命。

以储能用锂离子电池为例，按照 GB/T 标准进行测试，在常温环境下，经过数百次循环后，如果电池容量衰减到初始容量的 80%，这表明电池在该使用条件下的循环寿命已达到一定限度，这种方法能够直接评估电池在标准使用条件下的使用寿命。

2.加速循环寿命测试：

为了缩短测试时间，会采用加速老化的方法。例如，通过提高充放电倍率、升高测试温度等手段来加速电池的老化过程。不过，这种方法需要建立合适的加速模型来推算实际使用条件下的循环寿命。

比如，在研究新型锂离子电池材料时，为了快速评估其性能，将测试温度提高到 60℃，充放电倍率提高到 2C，这样可以在较短的时间内观察到电池容量的快速衰减和其他性能变化，然后根据加速老化模型推算在常温、正常倍率下的循环寿命。

四、电压特性测试法

1.充放电曲线测试：

在电池循环过程中，记录充电和放电过程中的电压 - 时间或电压 - 容量曲线。新电池的充放电曲线一般比较平滑，随着循环次数的增加，曲线会发生变化。例如，充电曲线可能会出现平台电压降低、充电末期电压升高等现象；放电曲线可能会出现电压下降加快等情况。

对于笔记本电脑用锂离子电池，在初始状态下，其放电曲线从满电到没电的过程中电压下降较为平稳，经过多次循环后，在放电初期电压就可能会出现明显的下降，这反映了电池内部电极材料性能的变化和老化程度。

2.开路电压测试：

电池在经过一定时间的静置（一般为几小时到十几小时，确保电池内部达到电化学平衡）后，测量其开路电压。在电池老化过程中，开路电压会发生变化，因为电池内部的化学平衡状态发生了改变。

例如，在对锂离子电池组进行监测时，定期（如每周一次）测量电池组中每个电池的开路电压，随着电池的老化，某些电池的开路电压可能会与其他电池出现明显差异，这可以帮助判断电池的一致性和老化情况，及时发现可能存在问题的电池。