关于软包锂离子电池的外包装的电压测试.docx

Technical Note

DM7275, 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。

Al

C 6

Li

(1-n)

Li

(1-n)

CoO 2

-2.9V +1V PE

Al -1.7V

PE

Insulation failure

Current path

Al

C 6

Li

(1-n)

Li

(1-n)

CoO 2

-2.9V +1V

PE

Al -1.7V

Crack

PE

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 2

1V

外包装

Al -1.7V 负极

Li

(1-n)

C

-2.9V

6

1.2V

e -

2.7V

e -

Insulation failure

Insulation failure

Electrolyte

Electrolyte

（LiPF 6）

（LiPF 6）

Li +

Li-Al

Li +

Negative electrode

Exterior Al

Exterior Al

Positive electrode Li (1-n)

C

6 -1.7V(vs. H/H +)

-1.7V(vs. H/H + )

Li (1-n)

CoO

2

-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