低倍率恒流测试至关重要，因为它能使测得的 ΔQ/ΔV 曲线反映电池的电化学行为，而不是其随速率变化的电压损耗。 以大约 C/20 到 C/5 的速率充电可最大限度地减少欧姆压降和极化，从而使端电压更接近电池真实的开路电压（OCV）曲线。这保留了用于识别相变、校准 SOC 和诊断衰减的增量容量峰值的位置和形状。
核心要点： 只有在控制电压失真的情况下，ΔQ/ΔV 曲线才具有电化学意义。低倍率恒流充电可减少电阻和浓差极化效应，从而揭示出高倍率测试可能会偏移、展平或消除的反应峰。
为什么 ΔQ/ΔV 曲线需要低倍率测试
曲线源自对电压敏感的数据
增量容量分析（Incremental Capacity Analysis）研究的是存储电荷与电压之间的关系，通常表示为 dQ/dV，或在小电压区间内近似为 ΔQ/ΔV。
由于计算过程涉及微分或除以微小的电压变化，即使是轻微的电压失真也会显著改变峰值的位置、高度和形状。
低电流可减少欧姆电压误差
在充电过程中，测得的端电压包含一个欧姆分量，近似表示为 Uᵣ = I × R。
随着电流增加，该压降变大。因此，测试仪记录的电压会高于电池与平衡相关的电压，导致电化学特征出现在错误的电压位置。
低电流限制了极化
端电压还包含极化电压，包括与电荷转移动力学和浓度梯度相关的效应。
在低倍率下，这些非平衡贡献较小。因此，充电曲线更接近电池潜在的 OCV 曲线，这是进行可靠增量容量解释所需的曲线。
高倍率对测量结果的影响
峰值偏离其真实位置
在 1C 等倍率下，内部电压损耗会使反应特征沿电压轴移动。
峰值可能看起来对应于与近平衡条件下不同的 SOC 或相变电压。这可能会影响 SOC 校准以及不同电池或测试条件之间的比较。
峰值变平或消失
高倍率极化会拓宽并抑制电化学特征。
特别是，次级反应峰可能变得难以区分或完全消失。缺失的峰值并不一定意味着反应不存在；它可能表明测试速率掩盖了该反应。
容量可能看起来被人为降低
较高的电流会增加电阻和浓度损耗，导致电池电压更快达到测试极限。
因此，测得的可用容量可能低于在较慢、极化较小的充放电条件下观察到的容量。这会将速率效应引入本应是电化学诊断的测量中。
这对磷酸铁锂（LiFePO₄）电池意味着什么
平坦的 OCV 使常规电压跟踪变得困难
磷酸铁锂电池在约 10% 到 90% SOC 的大部分范围内具有非常平坦的 OCV 区域。
因此，SOC 的微小变化产生的电压变化极小。基于电压的直接 SOC 估计在该区域变得相对不敏感。
增量容量揭示隐藏的反应
ΔQ/ΔV 变换放大了与特定电化学过程相关的电荷积累。
即使在整体电压曲线看起来几乎平坦的情况下，明显的峰值也可以揭示诸如 FePO₄–LiFePO₄ 相变和负极锂离子嵌入反应等特征。
低倍率保留了这些诊断特征
当电压曲线接近平衡时，这些与相相关的峰值最容易分辨。
低倍率恒流充电减少了极化的掩蔽效应，使峰值能够作为 SOC、相行为和与衰减相关的偏移的更可靠标记。
精密电池测试系统必须控制的要素
施加的电流必须准确
倍率（C-rate）是相对于标称容量定义的：
[ I = M \times C_n ]
其中 I 是电流，M 是选定的倍率乘数，Cₙ 是以安培小时为单位的标称容量。
例如，以 0.5C 测试的 300 mAh 电池需要大约 150 mA 的电流。电流控制误差会改变有效倍率，并可能改变最终的 ΔQ/ΔV 曲线。
电压分辨率必须足够
增量容量分析依赖于小的电压区间。
因此，测试系统必须提供稳定、精确的电压测量和足够精细的数据采集，以区分相邻的峰值，而不是将它们合并为一个模糊的特征。
测试条件必须可重复
温度、电压限制、静置条件、电流稳定性和电池历史都会影响测得的曲线。
低倍率是必要的，但仅有低倍率是不够的。可靠的比较需要在不同电池和测试周期之间采用受控且可重复的方案。
数据处理区间很重要
由于 ΔQ/ΔV 是在有限的电压增量上计算的，所选的 ΔV 会影响噪声和分辨率。
非常小的区间可能会暴露测量噪声，而较大的区间可能会平滑或合并真实的电化学峰值。因此，在比较结果时，区间和滤波方法应保持一致。
理解权衡
低倍率测试需要更多时间
C/20 充电所需的时间可能比 C/5 或 1C 测试长得多。
这增加了实验时间并可能降低吞吐量，特别是在多通道电池研究项目中。当目标是电化学分辨率而非快速筛选时，额外的时间投入是合理的。
低倍率并不能创造完美的 OCV 测量
即使在低电流下，电池也可能并未完全处于平衡状态。
残余极化、温度变化、滞后和弛豫行为仍会影响电压曲线。因此，低倍率测试应被理解为一种减少失真的近似方法，而不是完全替代平衡 OCV 表征。
低倍率曲线不能替代倍率性能测试
C/20 或 C/5 ΔQ/ΔV 测试是为解析电化学特征而优化的。
它不能揭示电池在高功率条件下的表现。需要单独的多倍率测试来评估实际负载下的可用容量、功率输出、电压下降和容量恢复情况。
错误的解释会将伪影与衰减混淆
峰值偏移或降低可能预示着老化，但也可能是由倍率、温度、电压窗口、采样方法或静置协议的改变引起的。
因此，诊断结论应基于标准化条件，并在可能的情况下得到补充测量数据的支持。
为您的目标做出正确的选择
当主要目标是解析电化学特征而非最大化测试吞吐量时，请使用低倍率恒流测试。
- 如果您的主要关注点是准确的 ΔQ/ΔV 峰值识别： 使用 C/20 到 C/5 的低倍率，配合精确的电流和电压控制，以最大限度地减少欧姆和极化失真。
- 如果您的主要关注点是 SOC 校准： 使用低倍率曲线将反应峰值与 SOC 关联，特别是对于 OCV 平坦导致直接电压跟踪不敏感的磷酸铁锂电池。
- 如果您的主要关注点是衰减诊断： 在相同的低倍率条件下比较峰值位置、幅度和形状，这样变化就不太可能与速率伪影混淆。
- 如果您的主要关注点是功率或倍率性能： 请用多倍率方案补充低倍率增量容量测试，因为低倍率数据无法表征高电流性能。
- 如果您的主要关注点是高通量筛选： 请接受较快的速率可能会掩盖细微的峰值，并将它们用于对比筛选，而非定性的电化学解释。
低倍率恒流测试将 ΔQ/ΔV 从一种受速率失真的电压分析，转变为对电池底层电化学过程更忠实的观察。
总结表：
| 原因 | 低倍率的影响 | 高倍率的影响 |
|---|---|---|
| 电压准确性 | 最大限度地减少欧姆压降和极化，使电压更接近真实的 OCV。 | 电压失真会偏移峰值并使特征变平。 |
| 峰值分辨率 | 保留峰值位置、高度和形状，揭示相变。 | 峰值偏移、变宽或消失，掩盖反应。 |
| SOC 校准 | 实现峰值与 SOC 的精确关联，特别适用于磷酸铁锂等 OCV 平坦的电池。 | SOC 估计变得不敏感且不可靠。 |
| 容量测量 | 测得的可用容量更接近真实容量。 | 由于极化，容量看起来被人为降低。 |
| 诊断可靠性 | 为衰减分析提供可重复、无伪影的数据。 | 引入速率伪影，干扰衰减特征的判断。 |
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