摘 要
电化学阻抗谱是研究电极/电解质界面发生的电化学过程的最有力工具之一，广泛应用于研究锂离子在锂离子电池嵌合物电极活性材料中的嵌入和脱出过程。本文讲述了阻抗模型的研究背景和研究意义。选用正极材料为 LiFePO4的锂离子电池作为实际的研究对象，通过对电池的内部结构和工作原理的分析，结合电极动力学原理，采用基于电子运动理论的电极等效电路，同时考虑除电极以外的其他组成部分的等效元件，建立了电池阻抗模型。使用电化学测量仪器测量电池的电化学阻抗谱，通过对图谱曲线的特征分析，采用专业的电化学阻抗谱分析软件，对所测得的阻抗数据进行数据拟合、分析。
关键词 锂离子电池 阻抗模型 电化学阻抗谱 等效电路
Abstract
Electrochemical impedance spectroscopy is one of the most powerful tools to analyze electrochemical process occurring at electrode / electrolyte interfaces，and has been widely ud to analyze the inrtion / dertion process of lithium ion in the intercalation electrode for lithium ion battery. This paper prents the rearch background and meaning of the Impedance model. Lithium ion battery of LiFePO4 as positive electrode material is chon as the rearch object，Through the analysis of internal structure and work principle of battery and combinatio，with electrode dynamics theory，the equivalent circuit of electrode bad on electron movement theory is adopted and the impedance model of battery is established，with other apartment considered．Measuring the electrochemical impedance spectroscopy of battery through electrochemical instrument . according to the character of impedance spectroscopy curve and frequency respon of equivalent element. Impedance spectroscopy data is fitted and analyzed by special electrochemical software．
Key words：lithium ion battery; impedance model; electrochemical impedance spectroscopy; equivalent circuit
1．绪论
1.1锂离子电池应用现状
随着科技的发展，人们对生活环境质量的要求愈来愈高，对相应的电池材料提出了更高的要求。目前，在日常生活和工业化领域中，锂离子电池是广泛应用的二次电池之一，与现有的可充放电池相比，它具有工作电压高，体积小，能量效率高，循环寿命长，不含重金属及有害物质，不污染环境等优点，是真正意义上的绿色电源，而且手机、手提电脑等数码产品的日益普遍使锂离子电池得到迅速的发展。已成为人们日常生活中必需品。小到从电子表、CD唱机、移动电话、MP3、MP4、照相机、摄像机、各种遥控器、儿童玩具等。大到从医院、宾馆、超市、电话交换机等场合的应急电源，电动工具。目前电动车，航天和储能方面需要的大容量锂电池也在竞相开发中，可见其应用前景广阔[1]。
1.2现有方法及检测状况
虽然现在的锂离子电池在方方面面应用都极其广泛，然而与锂离子电池相关的物理问题却
往往被人们忽略。电池阻抗模型包含了可以表示电池性能的大量信息，研究表明电池的状态和性能与阻抗的变化密切相关[2]。因此，电池的阻抗模型研究成为了电池制造、检测、监控领域，以及动力电池领域的热点问题。所以建立正确电池阻抗模型具有重要的意义，可以方便研究影响电池性能的各个因素。为锂离子电池的发展和应用提供比较可靠的理论依据[3]。
1.3电化学阻抗模型的研究意义
这个课题研究属于理论应用范畴，并结合了一定的实际操作，具有一定的理论和实际意义。由于电池工作时其内部结构是不能够直接观察的，但是应用电化学阻抗谱法，通过测得的实验数据建立电池阻抗模型，就可以模拟出电池工作的原理。并通过数据求得模型中的元件参数。通过分析模型中的参数与电池荷电状态以及容量的关系，为阻抗模型中的有关参数的检测提供理论依据。
2．电化学阻抗谱与等效电路
2.1交流阻抗的含义
一个未知内部结构的物理系统就像一个黑箱，其内部结构是未知的。但是，作为物理系统的这个黑箱有一个输入端及一个输出端。在其输入端给它一个激励信号（扰动信号），在其输出端就得到一个响应信号。如果这个黑箱的内部结构是线性的稳定结构，输出的信号就是扰动信号的线性函数。对黑箱的扰动及黑箱的响应都是可测量的。因而，可以在未知黑箱内部结构的情况下，通过扰动与响应之间的关系来研究黑箱的一些性质。用来描述对物理系统的扰动与物理系统的响应之间的关系的函数，被称为传输函数。一个系统的传输函数，由系统的内部结构所决定，且反映了这个系统的一些性质。通过对传输函数的研究，可以研究物理系统的性质，获得关于这个系统内部结构的有用信息。
