1. 什么是倍率（C-rate）
"倍率"（C-rate）是用来描述电池充放电速率的术语。它是一个相对的量，用来衡量电池在多长时间内可以完全充满或放空。倍率的定义基于电池的额定容量。
充放电倍率C=充放电电流（A）/电池额定容量（Ah）。
电池倍率性能是指电池在不同充放电速率下的表现能力。它直接关联到电池能够承受的最大电流密度，是衡量电池快速充放电能力的重要指标。
倍率与时间的关系：
● 1C放电意味着电池可以在1小时内放完电。
● 2C放电意味着电池可以在半小时内放完电。
以此类推。
2. 倍率性能对于评估电池材料/电池性能的作用
倍率性能在评估电池材料或电池性能时起着重要作用，特别是在需要高速充放电或高功率输出的应用中。
2.1影响电池倍率性能的最重要因素
1. 电极材料特性：包括电导率和离子扩散率，决定电池充放电速度。
2. 电池结构设计：影响锂离子流动和热量分布，包括电极厚度和孔隙率。
3. 电解液性能：离子导电性和化学稳定性对充放电速率有直接影响。
4. 电池温度：适宜的温度范围有助于优化电池的充放电速率和循环稳定性。
5. 电池内阻：内阻较低有助于提高电池在高倍率条件下的性能。
6. 电池老化：随着使用时间增长，电池性能会因老化而下降，影响倍率性能。
7. 充电策略和BMS：合理的充电策略和有效的电池管理系统对维持电池性能至关重要。
这些因素共同决定了电池在高倍率充放电条件下的性能表现。
2.2 倍率性能在电池实际应用中的重要性
1. 功率密度：高倍率性能表明电池能够在短时间内释放大量的电能，这对于需要快速充放电的应用（如电动汽车、启动电池、便携式电子设备）尤为重要。高功率密度可以改善设备的响应速度和性能。
2. 充电速度：高倍率性能也意味着电池能够在较短时间内快速充电。对于需要频繁充电的应用，比如电动汽车，这种特性可以显著提高使用便利性和效率。
3. 循环寿命：在高倍率放电条件下，电池材料可能会经历更大的应力，从而影响电池的循环寿命和稳定性。良好的倍率性能不仅仅涉及短时间内的高放电能力，也意味着电池能在多次充放电循环中保持较好的性能。
4. 安全性：在快速充放电过程中，电池的安全性也是一个关键问题。高倍率性能的电池需要在设计上考虑安全性，以防止过热、膨胀或其他潜在的危险。
5. 能量密度与功率密度的平衡：高倍率性能通常会以牺牲能量密度为代价，因为需要设计电池以承受更高的放电速率。实际应用中，需要在能量密度（长时间能量存储）和功率密度（短时间能量释放）之间找到合适的平衡，以满足具体需求。
2.3 倍率性能评估对电池材料和电池性能分析的重要性
1. 材料性能验证：实验室测试中，通过测定电池在不同倍率（C-rate）下的性能，可以评估电池材料的实际表现。这有助于验证材料是否符合预期的功率密度要求，以及其在高放电速率下的稳定性。
2. 优化材料配方：实验室测试可以帮助科学家了解不同材料配方在高倍率放电条件下的表现，从而指导材料的优化和改进。例如，通过测试不同的电极材料或添加剂，可以找到最佳的组合来提高倍率性能。
3. 测试电池设计：倍率性能测试能够揭示电池设计中的潜在问题，如电极结构、导电性以及离子导电性等。这些测试结果有助于改进电池设计，以提高其在实际应用中的性能。
4. 确定适用范围：通过实验室测试，可以确定电池材料或电池在不同应用场景下的适用范围。例如，某些电池可能在高倍率下表现良好，但在常规使用条件下却不够高效。实验室测试可以帮助识别这些适用性差异。
5. 预测长期性能：在实验室中进行高倍率测试可以帮助预测电池在实际使用中的长期性能。这包括分析高倍率放电对电池寿命的影响，帮助预测电池在高负荷条件下的衰退模式。
6. 标准化测试：实验室测试为不同电池材料和电池系统提供了标准化的评估方法，确保不同产品间的可比性。这种标准化测试可以帮助研究人员和制造商对比不同电池技术，做出更明智的选择。
2.4 文献中的倍率性能分析
1. 合适的H2O-溶质系统对于设计用于低温水系电池（LTABs）的防冻电解液至关重要。中国科学院物理研究所胡勇胜和陆雅翔、香港中文大学卢怡君、中国科学院过程工程研究所赵君梅等人提出了一个通用策略，通过引入具有高离子势阳离子（例如，Al3+，Ca2+）的辅助盐或具有高给体数的共溶剂（例如，乙二醇）来创建多溶质系统，从而实现低Te和强SCA的电解液。
为了展示使用设计的电解质在不同温度下的电池性能，作者合成了普鲁士蓝类正极NaFeMnHCF（Na1.65Fe0.21Mn0.79[Fe(CN)6]0.92·2.08H2O）并制备了两种负极材料：用于实现高能量密度的聚阴离子负极NaTi2(PO4)3和用于实现超低温操作的有机负极3,4,9,10-苝四羧酸二亚胺（PTCDI）。在25°C时，NaFeMnHCF/Na–H2O–EG/NaTi2(PO4)3全电池在2C时提供80 Wh kg-1的能量密度，在8C时经过5000次循环后保持70%的容量保持率。在-80°C时，NaFeMnHCF/Na–H2O–Ca/PTCDI纽扣电池提供20 Wh kg-1的高能量密度，并在0.1C下经过20次循环后保持93.1%的容量保持率。此外，即使在-85°C时，纽扣电池在0.1C时也能提供12.5 Wh kg-1的能量密度。
图1 水系电池电化学性能图
文章链接：https://doi.org/10.1038/s41560-024-01527-5
2. 全固态钠电池（ASSSBs）是可以替代锂电池的大规模、安全、低成本储能的器件。加拿大滑铁卢大学Linda F. Nazar教授在ACS Energy Letter上发表题为“4V Na Solid State Batteries Enabled by a Scalable Sodium Metal Oxyhalide Solid Electrolyte”的研究性文章。通过温和的机械反应合成法制备了Na+快离子导体—NaTaOCl4。
选择P2型Na2/3Ni1/3Mn2/3O2（NNMO）作为高电压正极来展示NTOC的电化学性能。负极侧为Na3Sn/Na2Sn，并用Na4(CB11H12)2(B12H12)薄层对负极进行保护，防止Na3Sn/Na2Sn的还原。使用Na2Sn代替Na3Sn作为负极材料进行倍率测试，ASSSB也展现出优异的倍率性能(图c)。该工作中分别在0.1C、0.2C、0.5C、1C、0.1C的倍率下进行了倍率性能测试，每个倍率下循环5圈。
图2 固态电池电化学性能图
原文链接：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.4c01855
3. BTS8.0倍率功能介绍
3.1 如何调出隐藏的倍率模式，如何设置/使用倍率模式
若工步设置页面无倍率选项，则回到主页面顶部，点击“设置”，选择“系统设置”，点击左侧栏目“工步编辑”。
在“工步参数设置”下选中右侧的“倍率”。点击中间的箭头符号，将“倍率”状态由隐藏改为显示。
图3 调出BTS软件倍率功能
在设置恒流充放电工步时，可以直接输入电流值。也可以在页面底部选择倍率模式，输入标称比容量和活性物质量，然后输入倍率值，软件可自动计算出相应倍率下的电流值。在设置需要输入电流值的工步时间都可以使用倍率模式。
图3 BTS软件倍率模式介绍图
继续下拉页面可以选择设置倍率工步参数为“标称容量”，或者“标称比容量”，根据需求设置即可。然后点击保存，输入用户名：admin，密码：neware，点击确认。
图5 倍率参数设置
回到通道主页面，右键选择“单位定制”，可修改比容量单位，有多个单位可选择。
图6 修改比容量单位
3.2 如何利用BTS8.0测试电池倍率性能（设置工步）
以负极材料研究为例，先设置恒流放电工步，再设置恒流充电工步。勾选页面底部“倍率模式”，输入不同倍率参数，可自动计算该倍率对应的电流值大小。常见倍率梯度为0.1C、0.5C、1C、2C、5C、10C、20C。
图7 BTS8.0软件倍率工步设置界面
可双击右侧“其他”下方空白格设置记录条件和保护条件。设置时间记录条件，电压上下限保护值。
图8、9 BTS软件中设置记录条件和保护条件
4. 如何在BTSDA绘制倍率性能图
打开BTSDA软件，点击图形区顶部右键选择“曲线设置”
图10 BTSDA软件的曲线设置功能
设置X轴为循环号，Y1轴为充电比容量，Y2轴为放电比容量，然后点击确定即可显示倍率性能图。
注：此处仅作操作演示，具体可根据需求修改坐标轴参数。
图11 设置倍率曲线参数
图12 倍率性能图
在图表区右键可选择“复制图形” & “复制数据”等项目。
图13 复制图形功能界面
从BTSDA软件中复制的图形如下图所示。
图14 BTSDA复制数据图
双击坐标轴，可以修改坐标轴参数单位、范围、标题、主刻度大小、次刻度大小等参数来调整曲线图。
图15 坐标轴设置界面
图中展示数据可直接复制到Excle表格。比导出报表更加方便。
图16 导出部分数据展示
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