一文掌握EIS测试的秘诀

对于常规电化学分析方法而言，EIS是项非常基础的测试方法，然而很多人可能并未系统了解过EIS的测试原则。今天主要介绍测试EIS的技巧，由于之前介绍过EIS的基本理论知识，相关基础理论部分不再重复。

接下来分6个部分，分别介绍从设备选型、接线和参数配置方面介绍在电池领域EIS测试中关键点和相关知识经验。

一、选择合适设备

说到选择设备，很多人的第一印象是实验室本身有啥设备用啥设备，觉得这部分和自己没有关系，其实这种认知是错误，如果不了解自己所用设备的特性，那么也是很难自主去操控优化测试方法的。

要想掌握设备的关键参数，就不得不提分辨率、精度和准确度的关系了。如下图所示，

准确度是指一个测量或一个外加信号的正确性(靶心正中位置)。如果准确度较低，测试点偏离正确值较远；而高准确度则意味着每次都能击中靶心位置。精度是指测试过程的可重复性。如果精度较低，测试点比较分散。分辨率是说测试过程中细节的分辨能力，高分辨率能够呈现出不同于背景的测试信息。三者之间相互关联而又不相同，在下面的6个图形中，往往第二张是我们最希望获得的结果，其特征是高分辨率、高精度和高准确度。

而在电化学领域中，由于测试对象往往具有较低的阻抗，所以我们对设备的首要要求就是要高精度高分辨率，其次结合电芯或者测试对象的电压电流的限制，关注可测量的电压和电流量程。在如下精度图，通过根据测试对象的阻抗Z，计算可选择时间的电流值和频率，确保测试过程处于颜色最深的区域，也就是精度最好的范围。

二、使用法拉第屏蔽箱

当测试环境中含有电磁干扰或存在高功率测试工作，测试样品的阻抗过大，MΩ级别或者测试电流很小，uA级别时，为了确保测试过程的可靠性，常常会借助法拉第屏蔽箱或者密闭金属结构件，在接地线的前提下，能够达到较好的测试效果。

对于我们常规的电化学测试而言，法拉第屏蔽箱未必是必备的，需要结合实际情况选择。

三、选择合适的线缆

在EIS测试当中，我们需要将测试对象通过电流和电压线束与电化学工作建立联系，而对于线缆的选择，往往很多人却不在意，但这确确实实是影响测试结果、造成不同实验室的数据可对比性差的原因之一。

合适的线缆，主要是指合适的长度和可靠的隔离。

如下图所示，这是不同长度线缆的测试结果，可以发现长10m的测试数据出现明显的波动，且其在对应频率的阻抗值相对其他条件的较小。这是由于线缆长度会影响测试设备的带宽，造成误差的升高。

由于在测试中电流的通过，线缆上会生成变化的磁场，影响电压的信号采集，而常见的解放方式是两个向相反方向传输电流的绝缘导线绞缠在一起，或者将电流线束和电压线束做非常好的隔离。

在实际测试中，由于线缆一般是厂家都准备好的，所以我们只要关注在电芯侧的电流电压线束尽可能做好分开，避免相关缠绕，影响测试信号；此外也不要随便增加线缆长度，避免影响测试结果。

四、增加接触面积

在EIS测试当中，采样线束自身以及与测样样品之间的接触质量也是影响数据的因素之一，

常规来说，如下图所示，我们平时应该关注点有两方面，一是鳄鱼夹与线束之间的连接质量，有时候存在人为的松动，或者鳄鱼夹内部生锈脱落，都会导致测试的数据变差，二是鳄鱼夹头与电极极柱之间的接触面积，有时候这个接触界面仅仅是一个金属的横截面积大小。

接触面积直接影响Rs的大小。对于一个低阻抗的测试样品而言，如果在接触面积小的情况下，就会导致如下图所示的情景，干扰正常的对电芯本体状态测试分析。

在实际测试中，我们应关注线缆和电极极柱之间接触质量和接触面积，尽可能增加接触面积，降低对测试结果的影响。

五、考虑温度影响

众所周知，温度是影响电池性能重要的原因，不同温度下电池的影响差异非常大，如下图所示，温度越低，其EIS谱图中的半圆弧越大，也就是说对应的Rct过程越大，温度越低，电池进行电化学反应越难。尽可能放置在恒温箱中，并且保证静置一段时间后再做EIS测试，是提高数据的准确性和一致性的不二法门。

在实际测试中，保证电池处于稳定的温度环境中，避免环境温度波动和测试过程中电芯温升对EIS测试数据的影响。

六、优化测试参数设置

对于EIS测试参数设置，通常来说主要包括频率范围和GEIS/PEIS的量程选择。

在之前的文章中，已经介绍过GEIS与PEIS的差异，正常而言，推荐使用GEIS方法，但是无论哪种方法，都要尝试去定义合适的振幅，如下图所示，对于电压激励的PEIS而言，选择10mV激励要比0.5mV数据好的多，这是由于电压激励太小的话，那么产生的电流也会比较小，设备接收的信号就会可能产生波动或偏差，导致乱点现象。

而对于其他参数的设置，同样可以在一个基础的测试工步上做针对性修改优化，以测试数据结果最佳为导向，但是也要注意，不能无限设置参数范围，要遵循EIS测试的稳定性和线性性的原则。

最后的建议：结合理论、多实践、多思考才能更上一层楼。

参考【bio-logic】和【Gamry】产品说明书。