NCA/Gr-SiOx锂离子电池阻抗加速老化建模及测试周期缩短的影响研究

这篇研究通过开发开源阻抗老化模型（NCA/Gr-SiOx电池），实现了<1%的实测偏差，并采用敏感性分析优化测试策略。研究表明仅需90天数据即可获得可靠结果，为锂离子电池（LIB）老化评估提供了高效解决方案，显著降低新电池设计的测试成本和时间。

　　

分析阻抗特性

研究通过电化学阻抗谱（EIS）在5°C至45°C温度范围内测量镍钴铝（NCA）/硅氧化石墨（Gr-SiOx）电池的阻抗特性。Nyquist图显示高频区（6-1 kHz）存在电感效应，中频区（1 kHz-0.1 Hz）反映电极界面电荷转移过程，低频区（0.1-0.01 Hz）则与固相扩散相关。温度降低时，中频区半圆弧宽度显著增加，表明电荷转移阻抗增大。

识别主要阻抗贡献

通过弛豫时间分布（DRT）分析，识别出五个极化峰（P₁
-P₅
）。P₁
（10⁴
-10³
Hz）归因于颗粒接触电阻；P₂
（10³
-10²
Hz）与固体电解质界面（SEI）锂传输相关，在低SOC和低温下贡献显著；P₃
（10-1 Hz）反映阳极电荷转移；P₄
（1-0.1 Hz）对应阴极电荷转移；P₅
（<0.1 Hz）为扩散过程。

高级电路模型开发

基于DRT结果构建等效电路模型（ECM），包含电感、欧姆电阻、三个ZARC元件（模拟接触/SEI/电荷转移阻抗）及有限长度Warburg（FLW）扩散元件。模型通过EIS和脉冲测量联合参数化，高频（>1 Hz）参数由EIS拟合，低频参数由时域数据优化。结果显示SEI阻抗（R₂
）对温度最敏感，变化跨越两个数量级。

硅基负极滞后效应建模

Gr-SiOx负极在0%-20% SOC区间表现出273 mV的最大滞后电压，源于硅颗粒优先嵌锂。采用单态滞后模型（OSH）描述充放电分支的电压差异，通过一阶反转（FOR）曲线拟合衰减率γ(x)。模型将平均电压误差从97.1 mV降至9.4 mV，显著提升低SOC区模拟精度。

老化模型开发与验证

半经验老化模型分离日历老化（温度/SOC依赖）和循环老化（DOD/SOC依赖）。日历老化遵循Arrhenius关系（E_A
=29.21 kJ/mol），循环老化中DOD影响占主导。验证显示，模型在三种真实驾驶场景下预测误差<1%，其中深循环（DOD=80%）老化速率是浅循环（DOD=30%）的2倍。

加速模型获取策略

敏感性分析表明温度对日历老化模型输出的影响是SOC的3倍，而循环老化中DOD参数b₆
相关性最强。通过子集拟合发现：90天数据可满足低温快充场景（RMSE=0.8%），但需200天数据才能准确预测日历老化主导的场景。该研究为硅基电池老化评估提供了开源工具链和测试优化框架。