電化學阻抗譜（Electrochemical Impedance Spectroscopy，EIS）可以使用多種測試方法來獲得鋰離子電池的電學特性信息。

1.經典電化學阻抗譜(Classical Electrochemical Impedance Spectroscopy)

CEIS是通過在電化學系統中施加 小振幅的正弦交流電壓或電流激勵信號，不含任何直流偏置分量 ，并測量電池響應信號，從而獲得電池的復阻抗譜。

CEIS測試中，激勵信號通常是 正弦波，其頻率通常在0.1 Hz到1 MHz之間 ，并且其振幅應盡可能小，以避免影響電池的內部化學過程。測量信號是響應信號，通常是電壓或電流的變化，并且在整個頻率范圍內測量。通過將激勵信號和響應信號進行傅里葉變換，可以獲得電池的復阻抗譜，其中實部代表電池的電阻，虛部代表電池的電容和電感。

由于電池在運行過程中具有固有的非線性和不穩定性，CEIS測量在LIBs的研究中受到了限制。在實際測試中，電池將充電或放電到特定的SOC，然后在靜置去極化之后進行CEIS測量，這相對耗時、不方便，并且偏離了操作條件。

2.動態電化學阻抗譜(Dynamic Electrochemical Impedance Spectroscopy)

DEIS是一種在電化學系統動態過程中進行EIS測量的技術，通過將激勵電流信號疊加在充電電流上，在不影響和不中斷充電過程的情況下分析電池的阻抗。

根據輸入信號的不同，DEIS系統可以分為以下兩類：

線性時變(LTV)系統：響應信號是輸入信號的線性組合，可以使用線性系統理論來描述和分析。LTV系統的優點是其數學模型相對簡單，可以通過標準的線性系統分析方法來研究。

非線性時變(NLTV)系統：響應信號是輸入信號的非線性組合，因此需要使用更復雜的數學模型來描述和分析。NLTV系統的優點是其可以更準確地描述復雜的電化學反應和系統行為，因此在一些應用中更加適用。

在LTV系統中，為了近似滿足EIS頻率響應的線性關系，通常會對測試條件進行折中。即使用的頻率范圍通常會 丟棄低頻范圍，以縮短測試時間 ，因為較短的測試時間可以減少測量過程中SOC的變化。而在NLTV系統中，則是通過控制輸入信號 故意地暴露電池過程的非線性信息 。通過對非線性信息的解析，研究鋰離子電池的內部行為。

2.1.1線性時變(LTV)系統-全頻EIS

在鋰離子電池 充電過程中 ，在電池兩端提供一個 小振幅的交流激勵信號，其頻率在一定范圍內（kHZ-mHZ）變化 ，但是為了避免在一次測試中電池的SOC變化過大，所以不進行低頻部分的測試。如下圖所示：

通過全頻的DEIS測試，我們可以在鋰離子電池一次充電過程中得到全部電態下的阻抗譜，對阻抗譜數據用等效電路擬合之后，可以得到各種阻抗與SOC的關系圖。

但是，在激勵信號的一個測試中（從kHZ跑到mHZ一次），鋰離子電池的SOC不可能是完全不變的，因為鋰離子電池處在動態充電的非平穩狀態。因此，研究者們提出了兩種方法來考慮或減少阻抗測試過程中SOC的變化：

第一種方法是假設電池的狀態和參數空間是連續的，然后在實虛阻抗軸之外 引入一個時間軸 。在確定一個時間點后，讀出實虛阻抗在該時間平面的映射值，以獲得特定SOC點的阻抗譜。如下圖：

第二種方法是將激勵信號設置為 多個單頻正弦波 ，通過同時測量多個頻率激勵下的阻抗譜來減少測量時間和SOC變化，如下圖：

2.1.2線性時變(LTV)系統-單頻EIS

在充電或放電期間分別對整個SOC范圍內的 單個頻率進行連續阻抗測量 。然后在其他選定的頻率上重復測量。最后，將不同頻率下的阻抗譜進行組合，分別提取充電或放電過程中各特定荷電狀態點的阻抗譜。如下圖：

2.2非線性時變(NLTV)系統

非線性時變條件指的是一個系統或過程在時間上的演化不僅受到外部輸入的影響，還受到系統本身狀態的影響，并且這種影響具有非線性的特征，即輸入和輸出之間的關系不是簡單的比例關系，而是更為復雜的關系。同樣的系統，在不同的初值條件下，可能會呈現出完全不同的行為，這種行為是由系統自身的非線性時變特性所決定的。

2.2.1非線性頻響分析(NFRA)

在電池處于 平穩狀態（開路狀態時） ，采用大振幅的正弦激勵信號，放大高諧波響應。即在鋰離子電池兩端 不添加直流，故意增大正弦激勵信號的振幅 ，目的就是為了使電池內部的平衡狀態發生變化，從而得到非線性行為下的阻抗譜。對獲得的阻抗譜進行快速傅里葉變換(FFT)，將輸出的不規則的信號基譜分解為若干個高諧正弦波的疊加，如下圖所示：

記錄下不同高諧波的振幅，繪制成曲線，用來表征鋰離子電池內部的行為。

2.2.2奇隨機相位EIS(ORP-EIS)

ORP-EIS中激勵信號被分成 多個隨機相位的分量，每個分量都是一個正弦波信號。這些分量被分配到不同的頻率上，以覆蓋整個感興趣的頻率范圍。通過將不同頻率的隨機相位信號疊加在一起，形成一個包含廣泛頻率范圍的信號 ，然后將該信號作為激勵信號施加到電化學系統中，通過分析系統的響應信號來計算電池的阻抗。

在鋰離子電池處于充電時測試，將激勵信號附加在直流之上，為了研究鋰離子電池的非線性行為，所以激勵信號的振幅較大。如下圖所示：

對于每種測試方法，還有其他一些細節需要注意，比如：

1.電極材料的選擇：不同的電極材料具有不同的離子傳輸速度和電子傳輸速度，對測試結果有影響。

2.測試條件的選擇：測試溫度、電壓掃描范圍等條件的選擇也會影響測試結果，需要根據具體情況進行調整。

3.數據處理方法的選擇：對于復雜的測試結果，需要選擇適當的數據處理方法進行分析和解釋，以獲取更有意義的信息。

4.儀器的精度和穩定性：在進行電化學阻抗譜測試時，需要確保儀器的精度和穩定性，以避免測試誤差對結果產生影響。

因此，在進行電化學阻抗譜測試時，需要考慮這些細節因素，并進行合理的選擇和控制，以保證測試結果的準確性和可靠性。