DEIS应用 | 锂金属电池过电势-析锂-内短路分析

在工况条件下分析各类先进电池体系复杂的电化学过程面临巨大挑战。传统电化学阻抗谱（EIS）技术需要系统简化和平衡条件，这限制了其在电池运行状态下捕获动态过程的能力。本文介绍了一种先进的测量方式，即在电池实际操作条件下的动态交流阻抗+三电极进行过电压实时监测，克服了传统静态EIS的局限性。

该方法具有以下优势：

·监测锂金属电极在循环过程中反复的剥离和析出；

·识别和量化不同的电化学过程，如锂离子扩散，表面形态改变，锂枝晶生长等；

·分析内短路发生及锂金属点腐蚀的行为。

实验部分

▲Fig1. EIS 分析用于电池研究示意图a–e 传统 EIS (f) 本文的动态EIS

传统的静态EIS 需要将电池进行简化如Fig1.a),  减少影响的变量，如使用平板电极代替多孔电极，或使用对称电极，因为阻抗测试需要满足线性，因果性和稳定性三要素。比如在长时间的静置后进行阻抗测试。尽管静态EIS 可以获取可靠的交流阻抗结果，但是有显著的局限性，即仅能获取电池长时间平衡后的电化学过程，无法得到电池实时情况下的变化，如快充后的电池瞬时变化。因此，动态EIS 可以进行很有效的实时诊断分析。

▲Fig2. 软包电池的三电极结构

▲Fig3. 阻抗测量和模拟曲线对比以及短路形态分析

结 论

总体而言，采用动态交流阻抗非常有助于两电极锂金属电池研究。不同于之前的动态交流阻抗仅限于直流电流或者电压偏置，本研究所采用的方法在充放电过程中进行动态阻抗和实时过电势分析 。这种结合能够对电池的内在行为进行更深入和细致的了解，尤其是在线性条件下，使用稳定的参比电极对于解离和分析工作和对电极之间的反应至关重要。最终，该方法包括稳态的OCV条件，和物理传输线模型等，将几种电化学方法结合的策略，可用于验证多种假设，这非常重要，能够发现一些新的现象。也可尝试使用多波激励信号来改进此方法。虽然本研究聚焦于锂金属电池，动态交流阻抗(DEIS)的多功能性可广泛应用于具有复杂输运和反应的电化学系统机制。

输力强9300R

大功率高精度能源器件测试系统

需求分析

面对超越传统电化学体系的大容量高功率能源器件测试面临极大挑战！

·非稳态-动态及工况运行状态

·热稳定-大电流发热温度漂移

·安全性-确保人设备样品安全

·高精度-性能耐久性大幅提升

·高通量-多维度多技术的集成

应用场景（原位及工况下能源器件电化学测试）

大容量动力及储能电池

·快充开发

·工况模拟

·性能评价

·失效分析

·寿命预测

·余量评估

氢能/电解水及燃料电池

·催化剂及MEA 评估

·寿命及耐久性测试

·失效机制诊断分析

产品亮点

“更大”

·单通道200A电流，脉冲300A，并联可达1000A

“更快”

·可达mS级别

·电流量程切换快

·步骤切换速度快

·数据采集速率快

“更强”

·工况下交流阻抗

·正负极同步测量

·施加波形自定义

·多参数截止跳转

“更灵活”

·通道数量任意选

·通道不够随时加

·温度信号同步采

“更智能”

·软件开发集成更开放

·数据存储访问更安全

·设备互联共享更便捷

参考文献

Operando impedance spectroscopy with combined dynamic measurement and overvoltage analysis in lithium metal batteries, Sara Drvarič Talian,  Gregor Kapun, Jože Moškon, Robert Dominko & Miran Gaberšček

Nature Communications, 16, 2030 (2025) ,

https://doi.org/10.1038/s41467-025-57256-0

免责声明

普林斯顿输力强电化学公众号所发布的内容(含图片，数据，文字等)来源于文章原创作者或者互联网转载等，目的在于传递更多应用信息用于分享，参考和交流等。原文章版权，数据，图片等归原作者或出版机构所有，本公众号仅对原文部分内容作了有限解读和整理，不负有任何法律审查义务，也不承担任何法律责任。如对原文内容有任何疑问，请联系原创作者或相应出版机构。