实验室验证 Jeff Dahn 教授的高精度库伦效率测试方法？

抱歉各位，前面的帖子被系统判定为商家了，禁言了几天...刚刚跟管理员申诉回来，终于可以继续来更新了。

后面我争取只谈方法，这个帖子里就不出现具体的设备型号和价格了，如果大家有什么具体问题可以私下联系。

还真没看到有卖现成的设备，如果用 1C 测试，大多数电化学工作站电流不够。如果有估计价格也很贵。

我们主要目的是试一下能否用来评估锂离子电池的电芯长期性能，软包和18650都会有...
我看到他的一篇文章是用0.1C测的，也有用1C的吗

期待中。敢问楼主课题组也有这样高端的仪器吗？

测一路18650电池，试验设备大概要大几万块钱吧，主要是温度控制这块的价格不太好估计...
keithley有带温度控制的源表

没有系统看过这方面的论文，希望讨论一下这两个问题：
恒流充放电设置下，电流是否会波动？
时间电流积分计算电量的方法是否存在系统误差？
电流波动主要取决于仪器的精度，我用的是SMU，输出/吸收 1A 的时候，指标手册里的精度在万分之五左右。

其实这个精度还是不太够啦，主要是看看趋势能否稳定下来。另外我理解这个应用中，测量精度更重要，电流的波动只要能测量到，并反映在充电/放电的电量中就不用担心。所以我感觉可以用更便宜的电源和电子负载对电池充放电，但是测量电流必须用高精度的设备。

在Jeff Dahn的论文里，时间电流积分中存在多种误差，包括电流精度误差，时间精度误差，以及电压精度误差（充放电截止电压测试不准可能造成的过充电或者过放电）。

我们现在时间精度使用的是仪表内部的时钟源，这部分我没有条件验证，但是只要时钟稳定，时钟的固定偏差可以在充电/放电时间的比值计算中被抵消掉。

所以主要的误差还是来源于电压和电流精度的测量。

我看到他的一篇文章是用0.1C测的，也有用1C的吗...
他实验室的设备只能到 100mA，我们希望能增大到 1A 以上

先简单说一下 Jeff Dahn 这套库伦效率测试系统的原理，主要是对电池在两个电压点之间进行恒流充放电，计算每一个充放电循环的 CE = Qd/Qc。

下面这张图是他们实验室 2012 年发表的文章：Improving precision and accuracy in Coulombic efficiency measurements of Lithium Ion battery 里面介绍的计算方法，原理非常简单

CE test.jpg

为了把温度尽量稳住，我们把温箱用胶带缠了个严实，把所有可能与外界有热交换的地方都尽量堵上。

另外根据温箱供应商的说法，尽量把电池放在接近测温点的位置。所以我们把电池直接捆在了温箱上方的铂电阻上，在测温点上直接搞

用胶带把温箱封住



电池直接捆在温箱的测温点上

经过温箱改造后，终于测出了一些比较好看的数据，这是第一组曲线，看起来已经很像样子了。 1A充放，2.5V~4.2V, 30度环境温度。因为突然停电了，没能继续等到 CE 值稳定下来

第一组比较像样的 CE 曲线

直接买一套这个设备也可以。想重复出来是为了？
...
还真没看到有卖现成的设备，如果用 1C 测试，大多数电化学工作站电流不够。如果有估计价格也很贵。

我们主要目的是试一下能否用来评估锂离子电池的电芯长期性能，软包和18650都会有

按照 J 教授的实验结果，电池电芯的库伦效率在电池寿命过程中是基本稳定的，如果电池的 CE = 0.9999，可以推算电池在 1000 次循环之后的剩余电量是 0.9999^1000 = 0.9048。如果 CE = 0.9998， 那么1000次循环后的剩余电量是 0.9998 ^ 1000 = 0.8187。CE值有万分之一的差别，就会导致电池长期循环后容量的巨大差别。

所以 J 教授这种方法如果是可行的，对于电池电芯长期寿命的测试，简直太方便了，过去如果需要测 1000 个循环周期，现在做三五十个周期得到一个稳定的CE值就可以了。所以我们做这个实验的目的也是想看看这种方法在实验室是否可行，以及测试数据到底能否反映出电池本身的性能差异。

下面这张图是 J 教授在很多讲座里用到的，显示 CE 值和长期寿命之间的关系

CE cycle.png

期待，关注了

说个大概的价格...
测一路18650电池，试验设备大概要大几万块钱吧，主要是温度控制这块的价格不太好估计

期待。

根据 J 教授给的实验设备精度要求，我们先搞了一个温箱，本着省钱够用的原则，我们买的是非常常见的生化培养箱，淘宝上的价格就是一千左右。只能加热，温度稳定度在1摄氏度。（后来发现这是最坑的地方，）

温箱不大，搬回来可以放在桌子上。设置在35度左右（温箱要求设置温度比环境温度至少高10度）。

随便找了一块 18650 电池，放进电池仓，用四线方式连接 （电池上方是温箱的测温传感器），然后放在温箱里面，尽量接近温度传感器的地方。

导线从温箱侧壁的拍风孔引出来，连接到测试设备上。

chamber 1.jpg



battery 1.jpg



connection.jpg

其实没有那么高端啦，核心设备价格还算可以接受，主要是实验条件比较苛刻...
直接买一套这个设备也可以。想重复出来是为了？

J 教授实验室的 UHPC 测试系统之所以复杂，是因为通道数非常多（感叹一句，真有钱啊），我记得在实验室主页看到他们最多有 176 通道，用来做不同样品的性能比对。

受限于材料问题，我们给自己定的目标比较保守：

1. 我们只做单通道测试，先看一下原理是否可行
2. 精度希望能达到 0.9999 级别，也就是小数点后 4 位，这样在性能评判上才比较有意义，如果达不到这个精度级别，这套系统就没价值了
3. 希望电流能增大到安培级别，因为主要是 18650 电池测试，希望能在 1C 下进行测试。 J 教授的测试系统里使用到的设备只能到 100mA，这样导致充放电速度太慢，希望能提高到 1A 以上。如果电流能增大，对软包电池和方形电池的测试也会更有用

为了达到需要的测试精度，我们在 J 教授学生的文章（HIGH PRECISION COULOMETRY AS A TECHNIQUE FOR EVALUATING THE PERFORMANCE AND LIFETIME OF LI-ION BATTERIES）里找到了对各个参数测量的精度要求

CE require.jpg

非常期待。楼主是要把他们的那套设备复制出来吗？
更主要的是想验证一下这个方法是否有效吧

其实没有那么高端啦，核心设备价格还算可以接受，主要是实验条件比较苛刻...
厉害