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1. 引言

電化學阻抗譜（Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS）作為一項核心的電化學表征技術(shù)，能夠無損地解析電池內(nèi)部復雜的動力學過程，如鋰離子遷移、電荷轉(zhuǎn)移和固相擴散等。通過擬合EIS數(shù)據(jù)獲得的電荷轉(zhuǎn)移阻抗、SEI膜阻抗及擴散系數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)，對于準確評估電池的健康狀態(tài)（SOH）、循環(huán)壽命、失效機理及性能優(yōu)劣具有不可替代的重要意義。因此，EIS數(shù)據(jù)的準確性直接決定了后續(xù)電池狀態(tài)診斷與模型構(gòu)建的可靠性。

目前，主流的EIS測試方法主要分為非原位（ex-situ） 與原位（in-situ） 兩種，非原位測試將電池從測試設(shè)備中取出，在特定環(huán)境下用電化學工作站進行測量，容易因電池狀態(tài)的弛豫（如開路電壓漂移、溫度變化）而引入額外誤差。而原位測試則在電池持續(xù)的充放電循環(huán)或靜置過程中進行實時監(jiān)測，能更真實地反映電池在實際工作狀態(tài)下的動態(tài)阻抗信息，得到真實的EIS數(shù)據(jù)。本文通過對比原位與非原位兩種測試方法所獲取的EIS數(shù)據(jù)，分析二者在表征電池電化學行為時存在的差異，進而論證何種方法在保證數(shù)據(jù)真實性、一致性方面具有更優(yōu)的可靠性。

2. 測試方法

2.1 原位EIS

原位EIS主要體現(xiàn)在一體化測試架構(gòu)：將充放電模塊和EIS模塊集成在統(tǒng)一平臺上，共享相同的信號采集系統(tǒng)和控制單元。這種架構(gòu)確保了電流/電壓測量的基準一致性，消除了設(shè)備間系統(tǒng)誤差。在充放電過程中直接進行阻抗測量，實現(xiàn)了真正意義上的"在線"監(jiān)測。

采用元能科技自研的ERT高精度電池測試系統(tǒng)（如圖1（a）所示），該設(shè)備集成了充放電和電化學工作站的功能，可對電池進行充放電測試、EIS測試和CV測試等。本次實驗用100mAh的軟包電池在恒溫箱里進行0.2c恒流充電10min-靜置10min-0.2c恒流放電10min-靜置10min-EIS測試-循環(huán)5次，具體工步如圖1（b）所示。由于電池性能較好，且只用小電流進行短時間的充放電，因此五次EIS的數(shù)據(jù)理論上會比較一致。

圖1. 原位EIS測試設(shè)備（a）ERT（b）測試工步

2.2 非原位EIS

非原位EIS測試的核心問題在于測試過程的離散化和非連續(xù)性（如圖2所示）。具體而言，這種模式需要研究人員在充放電設(shè)備完成特定測試后，手動將電池轉(zhuǎn)移到專用EIS測試平臺，操作繁瑣且容易引入接觸電阻誤差和電池狀態(tài)誤差。本次實驗用100mAh的軟包電池在恒溫箱里進行0.2c恒流充電10min-靜置10min-0.2c恒流放電10min-靜置10min，再將電池從充放電設(shè)備上面取下，將其夾在電化學工作站上進行EIS測試，重復五次以上操作。

圖2. 非原位EIS的測試過程

3. 數(shù)據(jù)分析

圖3. 循環(huán)EIS圖譜：（a）原位（b）非原位

通過對同一個型號電池分別進行原位與非原位EIS測試，從循環(huán)EIS數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，原位EIS測試得到的EIS曲線高度重合，擬合得到的歐姆阻抗（Rs）和電荷轉(zhuǎn)移阻抗（Rct）數(shù)值波動小，cov≤1%，表現(xiàn)出優(yōu)異的重復性；而非原位測試的EIS曲線則呈現(xiàn)明顯分散性，Rs和Rct值存在差異，這反映了頻繁拆卸電池會導致接觸電阻不一致，且電池狀態(tài)弛豫會引入系統(tǒng)誤差。實驗結(jié)果表明，原位EIS測試通過避免人為操作干擾，能夠提供更可靠、更精準的阻抗數(shù)據(jù)，提升數(shù)據(jù)的可比性和分析價值。

表1. 原位和非原位EIS擬合得到的Rs&Rct

根據(jù)原位和非原位EIS的測試結(jié)果，我們可以得到兩種方法的差異對比，如下表所示：

表2. 原位和非原位EIS的差異對比表

4. 小結(jié)

本研究通過實驗對比分析發(fā)現(xiàn)原位EIS測試方法能夠提供更為準確、可靠的阻抗數(shù)據(jù)。由于其能夠在電池實際工作狀態(tài)下進行實時監(jiān)測，有效避免了非原位測試中因電池轉(zhuǎn)移、環(huán)境變化及人工操作引入的額外誤差，從而更真實地反映了電池內(nèi)部的電化學動力學過程。因此，采用原位EIS獲得的阻抗數(shù)據(jù)，方能為電池的健康狀態(tài)評估、失效機制解析、模型參數(shù)擬合及壽命預測等深度分析提供堅實且有效的依據(jù)，提升研究成果的科學性與可靠性。