【摘要】 所有阻抗位点在高频区域的第四象限都有图，在-Z00处有负值，表明存在外引线的电感分量，并且在低频区域有重叠的半圆。在

电化学系统的交流阻抗谱是通过考虑足够的等效电路来分析的，而对每个基本步骤的响应微分有时是困难的。在这项研究中，通过降低锂离子电池(LIB)的温度来测量放大的阻抗，使混淆的响应更容易分离。在-20-20 ℃温度范围内得到的阻抗谱随着特征频率的变化而发生了较大的变化。

 

在实验中测试了一种商用的层压LIB，该层压LIB使用碳阳极，其标称容量和电压分别为0.8 Ah和3.8 V。测量了锂电池的容量，发现锂电池在荷电状态(SOC)为50%时的电压为3.837 V。从-20 ℃到0 ℃，和20 ℃，用EIS对LIB进行了表征。改变LIB的环境温度后，将LIB在培养箱中保存2 h (7200 s)后进行测量。

 

在直流偏置3.837 V时获得EIS，维持SOC值为50%，频率范围为100 kHze10 mHz，交流信号为5 mV。使用Microsoft Excel Solver进行数据拟合。

 

图1 不同温度下的交流阻抗图

 

在不同温度下，SOC值为50%的LIB得到的Nyquist图如图1所示。所有阻抗位点在高频区域的第四象限都有图，在-Z00处有负值，表明存在外引线的电感分量[2]，并且在低频区域有重叠的半圆。在20℃时，与其他报道一样，在中频和高频区分别观察到两个相对较大和较小的半圆。

 

然而，值得注意的是，在0 ℃以下的高频区域，通过仔细观察，出现了另一个半圆，并且随着LIB温度T的降低，新半圆的大小随着另外两个半圆的增加而增加，即在室温T下眼睛无法检测到的高频半圆，通过设置T为低温，可以认为是明显可检测到的。

图2 由电阻和电容计算的SEI和阳极、阴极反应的阻抗响应时间常数变化

 

时间常数的变化也如图2所示。从图中可以清楚地看出，在每一个t处，所有的时间常数都是分离的。在-20和0 ℃之间，SEI、阴极和阳极组分的时间常数的值分离了两个以上的数量级，这在Nyquist图中是足够的分离，而在20 ℃处，SEI和阳极的单独值相对接近，分别为3*10-5和6 * 10-4 s。

 

另外，时间常数3 * 10-5 s对应的频率区域表明，SEI的阻抗响应出现在1 MHze1 kHz的频率区域，该频率区域与-Z00的阻抗域相同，即感应参数占主导的频率区域。此外，通过改变温度的时间常数的移位使SEI的阻抗与电感元件分离。

 

利用等效电路对阻抗谱进行分析，揭示了各组分电阻的变化和各元素步长时间常数的位移。在20℃时，固体电解质界面(SEI)阻抗响应的频域与外部电引线的电感分量的频域重叠。低温下的阻抗测量被认为有助于SEI的检测和LIB的准确评价。

 

[1] Toshiyuki Momma, Mariko Matsunaga, Daikichi Mukoyama, Tetsuya Osaka, Ac impedance analysis of lithium ion battery under temperature control, Journal of Power Sources, Volume 216,2012, Pages 304-307,

 

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