磷酸铁锂电池的电化学测试项目与方法

　　磷酸铁锂(LiFePO₄，简称LFP)电池因其高安全性、长循环寿命、成本低、环境友好等优势，广泛应用于电动汽车、储能系统及两轮车等领域。为全面评估其性能，需进行系统的电化学测试。

　　(一)恒流充放电测试(Galvanostatic Charge-Discharge, GCD)

　　目的：

　　测定比容量、库仑效率、循环稳定性、倍率性能

　　测试条件(以扣式半电池为例)：

　　电池组装：LiFePO₄工作电极 vs 锂片对电极/参比电极

　　电压窗口：2.5–3.65 V(vs. Li⁺/Li)

　　电流密度：

　　比容量测试：0.1C(1C = 170 mA/g，理论容量170 mAh/g)

　　倍率测试：0.1C → 0.2C → 0.5C → 1C → 2C → 5C

　　循环测试：1C，500–2000次循环

　　关键输出：

　　首次放电比容量(应 > 155 mAh/g)

　　容量保持率(如1000次后 ≥ 80%)

　　电压平台(~3.2 V，平台平坦性反映结构稳定性)

　　注意：LFP具有橄榄石结构，充放电曲线呈典型“电压平台”，无明显斜坡。

　　(二)循环伏安测试(Cyclic Voltammetry, CV)

　　目的：

　　分析氧化还原反应可逆性、反应动力学、相变行为

　　测试条件：

　　电压范围：2.5–3.65 V

　　扫描速率：0.1 mV/s(慢扫看峰形)，0.5–1.0 mV/s(快扫看极化)

　　循环次数：3–5圈(观察峰位稳定性)

　　结果解读：

　　LFP在 ~3.45 V(氧化)和 ~3.25 V(还原)出现一对对称氧化还原峰;

　　峰电位差 ΔE_p < 0.1 V → 反应高度可逆;

　　峰电流与 √v 呈线性 → 扩散控制过程。

　　(三)交流阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS)

　　目的：

　　分析界面阻抗、电荷转移电阻、锂离子扩散系数

　　测试条件：

　　频率范围：100 kHz – 10 mHz

　　交流振幅：5–10 mV

　　测试状态：开路电压(OCV)、满充、满放等不同SOC点

　　等效电路拟合(典型)：

　　高频区：欧姆阻抗(Rₛ，含电解液、集流体)

　　中频区：SEI膜阻抗(R_SEI) + 电荷转移阻抗(R_ct)

　　低频区：Warburg扩散阻抗(Z_w)

　　关键参数：

　　R_ct 越小 → 动力学性能越好;

　　通过 Z_w 计算 Li⁺扩散系数 D_Li⁺(通常 LFP 为 10⁻¹⁴–10⁻¹⁶ cm²/s)。

　　(四)倍率性能测试(Rate Capability)

　　目的：

　　评估电池在高倍率充放电下的容量保持能力

　　方法：

　　依次以 0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C、5C 放电，每步循环3次;

　　z后回到 0.1C，检验容量恢复率。

　　典型要求(LFP电池)：

　　5C放电容量 ≥ 90% of 0.1C 容量

　　容量恢复率 > 98%

　　(五)长循环寿命测试(Long-term Cycling)

　　目的：

　　评估电池日历寿命与循环寿命

　　条件(以储能电池为例)：

　　温度：25℃ 或 45℃(加速老化)

　　倍率：1C 充放电

　　截止条件：容量衰减至初始值的 80%

　　循环制度：100% DOD(深度放电)或 80% DOD

　　行业标准参考：

　　动力电池：≥2000次 @ 80% SOH

　　储能电池：≥6000次 @ 80% SOH(LFP优势领域)

　　(六)自放电测试(Self-discharge Test)

　　方法：

　　电池充满电(100% SOC);

　　静置28天(25℃);

　　测量剩余容量或开路电压(OCV)下降值。

　　合格标准：

　　容量损失 ≤ 3%/月

　　OCV下降 ≤ 50 mV

      来源：网络