在新能源汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的當(dāng)下，鋰離子電池的性能診斷、壽命預(yù)測與健康管理成為行業(yè)核心研究方向。電化學(xué)阻抗譜（EIS）作為分析電池內(nèi)部電化學(xué)過程的關(guān)鍵手段，能精準(zhǔn)捕捉電池的歐姆電阻、界面動力學(xué)、擴散行為等信息，但傳統(tǒng)測試手段難以有效解耦正負(fù)極各自的阻抗貢獻(xiàn)，且三電極測試體系易受電流不均勻、堆疊對準(zhǔn)偏差等因素影響產(chǎn)生測試偽影，導(dǎo)致阻抗數(shù)據(jù)失真，無法為電池模型校準(zhǔn)、健康診斷提供精準(zhǔn)的微觀依據(jù)，成為制約動力電池研發(fā)與應(yīng)用的關(guān)鍵痛點。

近日，通用汽車團隊在國際期刊ECS Advances發(fā)表重磅研究成果，研發(fā)出一款可集成于多層軟包電池的通用型磷酸鐵鋰薄膜參比電極，成功解決了鋰電池阻抗解耦與測試偽影兩大難題，為動力電池全生命周期阻抗分析與管理提供了全新技術(shù)方案。

▲Fig1.  間隔20% SOC的EIS Nyquist 曲線  (a)正極 (b)負(fù)極

(c)全電池, 頻率范圍3 kHz-1mHz.

這款全新設(shè)計的參比電極，從結(jié)構(gòu)、性能到測試應(yīng)用實現(xiàn)多重創(chuàng)新，打破傳統(tǒng)測試的局限性，核心亮點盡顯技術(shù)優(yōu)勢：

• 低干擾設(shè)計，對電池本體性能無顯著影響

參比電極采用LiFePO4超薄薄膜結(jié)構(gòu)，孔隙率與電池隔膜高度匹配，集成后僅增加一層隔膜相關(guān)的歐姆和液相傳輸電阻，即使在1C 倍率下，對電池整體電化學(xué)信號的影響也微乎其微，保證了測試結(jié)果的真實性與客觀性。

• 消除測試偽影，實現(xiàn)寬頻高保真阻抗測試

與傳統(tǒng)點式、線式參比電極不同，該電極覆蓋正負(fù)極間整個電化學(xué)活性界面，有效抑制了電流/ 電解液通量不均勻、電池堆疊對準(zhǔn)偏差帶來的測試偽影；僅在2KHz 以上高頻段存在輕微的系統(tǒng)固有電感干擾，可實現(xiàn)3kHz至 1mHz 寬頻范圍的高保真 EIS 測試，為全維度阻抗分析提供可靠數(shù)據(jù)。

• 精準(zhǔn)阻抗解耦，區(qū)分正負(fù)極各自阻抗貢獻(xiàn)

通過將該參比電極集成于1.4Ah 多層軟包電池（石墨負(fù)極+ 1% Al 摻雜 NCM811 正極），研究團隊成功實現(xiàn)了正極、負(fù)極、全電池阻抗的精準(zhǔn)分離，可清晰捕捉不同荷電狀態(tài)（SOC）下正負(fù)極阻抗的獨立變化規(guī)律：正極動力學(xué)電阻在中等 SOC 區(qū)間最小，高低 SOC 下因鋰濃度差別顯著增大；負(fù)極動力學(xué)電阻受 SOC 影響極小，與鋰電池負(fù)極活性材料利用率更低的特性高度契合。

• 頻域-時域高度統(tǒng)一，實現(xiàn)數(shù)據(jù)工程化轉(zhuǎn)化

借助傅里葉變換技術(shù)，將EIS 頻域阻抗數(shù)據(jù)重構(gòu)為混合脈沖功率特性（HPPC）的時域電壓響應(yīng)，結(jié)果與實際 HPPC 測試數(shù)據(jù)偏差處于噪聲水平內(nèi)，即使 10ms 高采樣率下也能精準(zhǔn)匹配。這一突破解決了阻抗譜數(shù)據(jù)向工程應(yīng)用轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵問題，讓實驗室的高頻阻抗分析能直接服務(wù)于車用電池的實際研發(fā)與管控。

Fig 2 利用電化學(xué)阻抗譜（EIS）數(shù)據(jù)模擬時域

高壓脈沖電流（HPPC）脈沖的數(shù)學(xué)過程

這項研究成果不僅在電化學(xué)測試技術(shù)層面實現(xiàn)創(chuàng)新，更從動力電池研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用全鏈條提供了核心支撐，兼具理論價值與工程實踐意義：

• 為電池模型開發(fā)降本增效

該參比電極的測試結(jié)果可直接適配偽二維（P2D）電池模型，無需復(fù)雜的三維 / 四維建模，大幅降低了電池電化學(xué)模型的開發(fā)難度與計算成本，為精準(zhǔn)電池模型的快速迭代提供數(shù)據(jù)支撐。

• 支撐電池全生命周期健康診斷

該技術(shù)可實現(xiàn)電池從初始成型、使用中期到壽命末期的全生命周期阻抗追蹤，清晰解析不同老化階段正負(fù)極阻抗的變化規(guī)律，為電池健康狀態(tài)（SOH）評估、壽命預(yù)測提供精準(zhǔn)的微觀依據(jù)，助力電池梯次利用與回收的科學(xué)決策。

• 賦能車用電池工程化應(yīng)用

車用動力電池在實際工作中，終端電壓/ 電流會因逆變器、電機產(chǎn)生大量紋波噪聲。該技術(shù)實現(xiàn)的精準(zhǔn)阻抗分析，能幫助工程師清晰理解電池對復(fù)雜電信號的響應(yīng)，為電池?zé)峁芾韮?yōu)化、安全仿真、狀態(tài)估計等核心環(huán)節(jié)提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)，推動阻抗基診斷技術(shù)在先進(jìn)電池管理系統(tǒng)（BMS）中的集成應(yīng)用。

• 為動力電池研發(fā)提供全新測試手段

該參比電極的集成與測試方法，為鋰離子電池正負(fù)極材料研發(fā)、電極結(jié)構(gòu)優(yōu)化、電解液配方改進(jìn)提供了精準(zhǔn)的阻抗分析工具，可快速篩選出性能更優(yōu)的電池材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計，加速高性能動力電池的研發(fā)進(jìn)程。

Fig 3 對比了10% SoC 下HPPC電壓響應(yīng)的

實際測數(shù)據(jù)和

基于EIS數(shù)據(jù)采用傅里葉轉(zhuǎn)換預(yù)測的數(shù)據(jù)

(a) 負(fù)極，（b）正極，(c)全電池，

(d)計算得到的數(shù)據(jù) 

此次通用汽車的研究成果，讓鋰離子電池的阻抗分析從“整體模糊判斷"走向“正負(fù)極精準(zhǔn)解析"，為電化學(xué)測試技術(shù)與動力電池工程應(yīng)用的深度結(jié)合樹立了榜樣。隨著該技術(shù)在電池研發(fā)與生產(chǎn)中的進(jìn)一步落地，將持續(xù)推動新能源汽車動力電池向更高性能、更長壽命、更高安全方向發(fā)展，為新能源汽車產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展注入新動能。

1. Elucidating Individual Impedance Contributions via a Versatile Reference Electrode for Lithium-Ion Batteries, Anne Zhang, Brian J. Koch, ECS Advances, 2026, DOI：10.1149/2754-2734/ae3781