Technical NoteDM7275, DM7276关于软包锂离子电池的外包装的电压测试本文记载了有关软包型锂离子二次电池（聚合物锂离子二次电池）的外包装电压（外装电位）测试上的，外包装电压发生的原因及测试上的注意点。

1.关于锂离子电池的内部绝缘不良锂离子电池的内部绝缘不良，会让锂离子电池的性能劣化，有时还会引发重大的事故。

如表1所示，有各种各样的绝缘不良存在。

表 1. 软包锂离子电池的内部绝缘不良绝缘不良的地方原因现象(1)正极‐负极之间析出金属所造成的隔膜穿自放电的增大，发热异常透，金属颗粒的混入，卷边不齐等(2)正极‐铝制外包装之间金属颗粒的混入，外包装铝对锂离子电池的特性并无影箔的封包不良响(3)负极‐铝制外包装之间金属颗粒的混入，外包装铝之后，如果在铝制外包装的箔的封包不良绝缘薄膜中产生龟裂的话，会让锂离子电池劣化。

(4)电解液‐铝制外包装之间铝箔的龟裂对锂离子电池的特性并无影响正极–负极间的绝缘不良，会导致自放电的增大以及发热异常。

一般情况下，会进行固定时间的放置老化试验，试验后根据电压下降的大小来进行电池的筛选。

（表 1(1) ）。

对于铝制外包装来说，正极、负极或是电解液其中的一处绝缘不良的话，因为电流不会经由锂离子电池在伴随着充放电的过程中的重复膨胀和收缩，会让铝箔表面涂层的绝缘薄膜变得容易产生龟裂。

绝缘薄膜发生龟裂的话，电解液和铝制外包装之间的绝缘性能就会劣化。

因此，正极和外包装，或者负极和外包装之间绝缘不良的话，很可能就会像图1 所示在外包装和电解液之间形成电流流通。

AlC 6Li(1-n)Li(1-n)CoO 2-2.9V +1V PEAl -1.7VPEInsulation failureCurrent pathAlC 6Li(1-n)Li(1-n)CoO 2-2.9V +1VPEAl -1.7VCrackPE图 1. 绝缘薄膜中产生了龟裂一般情况下，锂离子电池构成部位的标准电极电位如表2 所示。

因为铝制外包装的电位比负极的电位高，如果负极和外包装之间绝缘不良，电解液和外包装之间的绝缘劣化的话，铝制外包装就会产生还原反应，生成Li-Al 合金（图 2）。

这个 Li-Al 合金非常脆弱，会在外包装之中产生小孔。

在小孔中进入水分的话，就会和电解液反应产生 Gas ，让锂离子电池的寿命急剧缩短。

另一方面，如果正极和外包装之间绝缘不良，这时即使电解液和外包装之间的绝缘劣化，外包装也只会产生氧化反应，不会产生不稳定的Li-Al 合金（图 3 ）。

也就是说正极和外包装之间的绝缘不良，并不会影响锂离子电池的寿命。

为了检测出锂离子电池的构成部位的绝缘不良，其手段有绝缘阻抗试验或者绝缘耐压试验。

但是，绝缘阻抗试验和绝缘耐压试验不只会把铝箔中有龟裂，但并不影响锂离子电池特性的电池（表 1(4) ）判定成「不良品」 ，甚至还有让电解液分解的危险。

综上所述，为了检测出软包锂离子电池的负极和外包装之间的绝缘不良，需要观测正极和外包装之间的电位差。

在本文中，以后我们称这个电位差叫「外装电位」。

表 2. 组成锂离子电池部位的标准电极电位部位材质 标准电极电位正极 Li (1-n) CoO 21V外包装Al -1.7V 负极Li(1-n)C-2.9V61.2Ve -2.7Ve -Insulation failureInsulation failureElectrolyteElectrolyte（LiPF 6）（LiPF 6）Li +Li-AlLi +Negative electrodeExterior AlExterior AlPositive electrode Li (1-n)C6 -1.7V(vs. H/H +)-1.7V(vs. H/H + )Li (1-n)CoO2-2.9V(vs. H/H +)+1V(vs. H/H +)图 2. 负极的绝缘不良和图 3. 正极的绝缘不良和外包装薄膜的龟裂外包装薄膜的龟裂2. 关于外装电位的测试正极和外包装之间产生的电位差，会因锂离子电池内部绝缘不良的状态有所差异（表 3）。

一般来说，外装电位越接近4 V ， 负极和外包装之间绝缘不良的疑虑就越大（表3(2) ）。

如果只是绝缘薄膜发生龟裂的话，电池的外装电位在 2.7 V 以下（表 3(3) ）。

测试内部绝缘健全的电池时，因为外包装和电池内部的材料绝缘，所以外装电位不固定（表 3(4) ）。

这是，通常情况下为了让内部没有绝缘不良的电池的外装电位变为 0 V ，会在电压计的High – Low 之间连接一个10 M Ω 到 1 G Ω 的电阻（ R ）。

IN表 3. 绝缘不良的部位和观测到的电位绝缘不良的部位 外装电位正极 – 外包装之间(1)0 V负极 – 外包装之间(2)～ 4 V电解液 – 外包装之间(3)～ 2.7 V}无绝缘不良(4)不定按照图 4 的测试方法，对锂离子电池进行外装电位的实测。

这里使用输入阻抗10 G Ω 以上的电压计，通过一边把R IN 从 10 G Ω 减少到 1 M Ω 一边进行观测，来调查负载阻抗对外装电位所造成的影响。

测试结果如图 5 所示。

R IN 在 100 M Ω 以上时， 外装电位在 2 V 左右，但是 10 M Ω时为 1 V ，1 M Ω 时就降到0.5 V 了。

在实验用的锂离子电池上，通过观测其电压值，推测该电池因铝箔的龟裂等，造成了电解液和外包装之间的绝缘性能较低。

图 6 为外装电位随时间变化的推移图。

把输入阻抗从10 G Ω 调到 100 M Ω（或 10 M Ω）时电压会突然降低。

之后即使把输入阻抗调回 10 G Ω，60 分钟以后其电压值也只恢复到了87% 。

] 2.5V[l Ar2.0o iretxE - 1.5 s u l P ne e1.0te b e g 0.5t loV0.0ΩGN 1VIR ～ΩM1Li-ion battery图 4. 外装电位的测试方法LiB sample AOCV: 3.777248VLiB sample BOCV: 3.753959V1 M10 M 100 M 1 G 10 G 100 GInput resistance of voltmeter [ohm]图 5. 负载阻抗（电压计的输入阻抗）对外装电位的影响2.0 10G Ω]100M Ω10G ΩVor[10M ΩlA1.5ro87% of initial voltagei re txE-s 1.0uPneew10G Ω→ 100M Ω→ 10G Ωte 0.5be10G Ω→ 10M Ω→ 10G Ωgat loV0.0-15 -10 -505 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65Elapsed time after changing the input resistance to 10GΩ [min.]图 6. 外装电位的时间变化推移接下去如图 7 所示，其测试是在负极和外包装之间连接一个高阻抗（R IR ）的电阻来模拟绝缘不良状态。

High – Low 之间的阻抗（ R IN ）设为 100 M Ω或 10 M Ω，用输入阻抗为 10 G Ω 以上的电压计来观测外装电位。

其测试结果如图8 所示。

负极和外包装之间的绝缘性能（R IR ）越低，外装电位就会变得越高。

比方说把外装电位的上限值设为 2 V ，那么 R IN =100 M Ω 时，就能检测出约 30 M Ω 以下的绝缘不良。

ΩGΩR 1 MIR ～ΩN 1MI r V1R oΩM1图 7. 模拟负极绝缘不良的外装电位测试法] 3.5V[l3.0AroLiB sample A;r 2.5et Rin=100M-ohmx E RIN = 100M-ohm-2.0LiB sample A;suRin=10M-ohm Pn 1.5ee LiB sample B;wt Rin=100M-ohme 1.0be LiB sample B;ga R IN = 10M-ohmt0.5Rin=10M-ohmoV0.01 M10 M 100 M1 G10 G100 GInsulation resistance between Minus - Exterior [ohm]図8. 负极的绝缘不良（模拟电阻）和外装电位3.外装电位测试时的注意点对外装电位进行测试时，请注意以下几点。

-1.输入阻抗如前面所说，测试没有绝缘不良的良品锂离子电池时，观测到的电压是不定的。

因此，需要在 High– Low之间接一个高阻抗（RIN ）电阻，进行电位的确认。

如果 R为 10 M ΩIN就行的话，可以直接使用数字万用表等输入阻抗为10 M Ω的电压计。

R IN为 10 M Ω如果太小的话，还请使用输入阻抗较高的电压计或在外部连接R IN。

-2. 响应时间High – Low之间的阻抗（电压计的输入阻抗）为R IN、如图9所示锂离子电池的电极和外包装之间的静电容量为C的话，时间常数（63% 响应时间）如下所示。

P時定数 = CP RIN举个例子， C P=10 nF、R IN=10 M Ω的时候，时间常数就为0.1 秒。

把测试探头接触到测试对象后，请等待时间常数的 3 倍到 5 倍的稳定时间，再进行电压的测试。

図 9. 外包装和电极之间寄生的静电容量C P-3.接触检查对于外装电位的测试，一般观测到的电压值只要接近于0 V 那么电池就被认为是良品。

然而，如10 所示，即使测试探头没有接触到测试对象，也会因为High–Low之间连接的电阻 R IN，测到与0 V相近的电压。

特别在外包装那侧，因为有绝缘薄膜的涂层，比较容易发生接触不良。

另外，如图 11 所示的上面的铝箔和下面的铝箔之间绝缘的这种情况也需要十分注意。

在测试时单面的铝箔有绝缘不良，但是只接触到另一面的铝箔时，就会把不良给看漏掉了。

为了不要对接触不良时的测试值给出判定，可以使用DM7275等带接触检查功能的直流电压计。

图 12 为 DM7275接触检查功能的设置界面。

DM7275的接触检查功能是测试High – Low之间的静电容量，其数值高于事先设置好的静电容量阈值时，就判断为「接触良好」（图 12.a ）。

如果只接触到单面的铝箔时，静电容量就会变成一半，可以判定为「接触异常」（图 12.b ）。

InsulationfailureVNo-contactPass?0 V図 10. 接触不良也显示为0VInsulation PE film failureAluminiumNegative Positeve electrode electrodeR IN0V V图 11.接触到没有缺陷的面上Threshold value Monitored value(a)接触良好(b)接触异常图 12.接触检查的界面-4.充电状态外装电位是依存于充电状态的。