注液前電極間、電極-外殼間的絕緣電阻檢查
對於鋰離子電池，應該絕緣的部分沒有做好充分的絕緣，或者說絕緣電阻不足的情況下，會有電池壽命低下或者引起著火事故的風險。絕緣電阻變低的主要原因是，金屬異物混入或者是隔膜破壞等。
應該絕緣的部分主要有，電極與電極間，電極與外殼間 ³。
圖 13使用絕緣電阻試驗機ST5520進行電池單體的絕緣電阻檢查
為了確認絕緣電阻是否足夠，在電解液注液前必須對電池單體進行絕緣電阻檢查。絕緣電阻檢查需要使用絕緣電阻計。絕緣電阻計是電阻計的一種，專門用於測量高電阻值⁴)。
絕緣電阻計通過對絕緣體施加高電壓，檢出流過的微小電流從而計算出電阻值。內部裝有可以正確檢出 pA(皮安)，fA (法安)級別的微小電流的高靈敏度電流計。
因為絕緣電阻測量時所測的信號非常微小，所以外部干擾和漏電流對測量值的影響非常大。良好的測量環境對獲得穩定的測量值來說很重要。
習慣上把可以測到10GΩ的設備稱為絕緣電阻計。可以測量更高電阻值的(典型的TΩ＝1012Ω以上)絕緣電阻計稱為超高電阻計。以示區別4，之後本手冊將對“絕緣電阻計”“超高電阻計”兩種測量儀進行大致的說明。這兩類產品的成本有很大的區別，需要根據絕緣狀態的良否判定基準選擇合適的絕緣電阻計。
³特別是負極-外殼間絕緣不良的情況下，必須準確地判定為不良品。對此，在之後的“邊電壓測量”中將詳細說明。
⁴超高電阻計，也有被稱為皮安表。
⁴超高電阻計，也有被稱為皮安表。
HIOKI能夠提供的絕緣電阻計有，絕緣電阻測試儀ST5520；超高電阻計有，高阻計 SM7110系列。如果不知道怎樣選擇合適的測量儀，可以以以下關鍵參數作為參考要點
(1) 絕緣電阻值的測量範圍絕緣電阻值的測量範圍
需要選擇能夠測量出絕緣是否合格，絕緣電阻值超過閾值合格範圍的絕緣電阻測試儀。特別是判定閾值在數GΩ以上的情況，需要確保量程足夠。
需要選擇能夠測量出絕緣是否合格，絕緣電阻值超過閾值合格範圍的絕緣電阻測試儀。特別是判定閾值在數GΩ以上的情況，需要確保量程足夠。
• 判定閥值在MΩ到幾GΩ之間，精度要求幾個%以內的情況下：ST5520
• 判定閥值在幾kΩ到幾百TΩ之間，精度要求更高的情況下：SM7110,SM7120
(2) 電壓輸出性能
根據絕緣電阻測量時施加的電壓大小選擇合適的產品。
根據絕緣電阻測量時施加的電壓大小選擇合適的產品。
• 1000V以下： ST5520,SM7110
• 2000V以下： SM7120
同時需要注意電池單體的靜電容量。電池單體約有幾百 pF 到幾 μF 以上的靜電容量，在測量這種電池單體時，外施電壓可能會發生過沖現象。如果發生過沖，輸出電壓穩定至設定的試驗電壓需要一定時間。這對後續將提到的間隔時間會有負面影響。
又因為過沖會在被測物上施加一個高於設定的電壓，被測物可能會被損壞。HIOKI的絕緣電阻測試儀和高阻計，對於容性負載也能做到抑制輸出電壓發生過沖的情況，因此可以說非常適合用於電池的絕緣電阻檢測。
(3) 間隔時間
為了高效地檢測大量的電池單體，需要檢查的間隔時間最短化。測試間隔時間由以下絕緣電阻計的規格決定。
a. 電流容量 (電流限制)
電流容量是指，能在測量回路中施加的電流的界限值。在測試儀的產品規格中，也可能被稱
為“充電電流”“電流限制”“電流 limit”“測量電流”“額定電流”等。在測量例如電池單體這種容性被測物時，電流容量越小，從開始施加測量電壓到可以進行測試為止所需的時間越長。根據所需要的間隔時間，選擇電流容量足夠的測試儀。
電流容量是指，能在測量回路中施加的電流的界限值。在測試儀的產品規格中，也可能被稱
為“充電電流”“電流限制”“電流 limit”“測量電流”“額定電流”等。在測量例如電池單體這種容性被測物時，電流容量越小，從開始施加測量電壓到可以進行測試為止所需的時間越長。根據所需要的間隔時間，選擇電流容量足夠的測試儀。
絕緣電阻的測量是對被測物施加一個恒壓。施加電壓後，注液前的電池單體電極與電極之間，電極與外殼之間的絕緣層會聚集電荷⁵。這時容性被測物的電荷充電時間𝑡𝑡[s] ，與被測物的容量𝐶𝐶[F]、、回路中流過的電流𝐼𝐼[A]、試驗電壓𝑉𝑉[V] 的關係以如下公式表示。
t ∶ 放電時間 C ∶ 被測物的容量 V ∶ 外施電壓 I ∶ 充電電流
⁵這種對絕緣部分充電的現象叫作介電吸收。
被測物的容量C和試驗電壓V是由工藝決定的。因此絕緣電阻開始測量所需要的時間，是和測試儀輸出的電流大小呈反比的。也就是說，如果要縮短外施測量電壓到正式開始測量的時間，需要使用電流容量足夠大的絕緣電阻計。
HIOKI的絕緣電阻計電流容量如下。
HIOKI的絕緣電阻計電流容量如下。
ST5520： 最大到 1.8 mA
SM7110, SM7120： 最大到 50 mA (limit電流值可變)
b. 放電功能 (電荷吸收功能)
放電功能是指，釋放在絕緣電阻實驗中被測物的絕緣層上聚集的電荷的功能。放電不充分，可能會導致殘留電荷引起的觸電事故，或者被測物的故障。因此測量結束後，需要通過放電功能將被測物的電荷釋放掉。大多數絕緣電阻計都搭載了放電功能，實現方式上有電阻放電法和恒流法兩種。比如電池單體的容性被測物，使用恒流法能夠更快速地進行放電。
[電阻法放電時間]
[恒流法放電時間]
𝑡𝑡 ∶ 放電時間 𝐶𝐶∶ 被測物的容量 𝑅𝑅 ∶ 放電電阻 0 ∶ 充電狀態被測物的端子間電壓
1 ∶ 放電狀態被測物的端子間電壓 𝐼𝐼 ∶ 放電電流
HIOKI的絕緣電阻測試儀ST5520和高阻計SM7110,SM7120都搭載了恒流定電流法放電功能。 ST5520： 10 mA 恒流放電
SM7110, SM7120： 根據電流limit設定的電流值恒流放電(最大50mA)
SM7110, SM7120： 根據電流limit設定的電流值恒流放電(最大50mA)
(4) 接觸檢查功能
測量表筆和測量物件物如果沒有發生電氣接觸，當然是無法測到被測物的絕緣電阻值的，但是開路狀態下絕緣電阻計的表示值是極大值，只看表示值的話與良品並無區別(圖 14)。這樣的話，絕緣不良的電池也會有可能被誤判為良品。因此，在測量前確認表筆是否正確地接觸了被測物是很重要的。確認表筆與測量物件物接觸與否的功能稱為接觸檢查功能。為了防止向市場流出不良品，應該選擇搭載了接觸檢查功能的絕緣電阻計。
測量表筆和測量物件物如果沒有發生電氣接觸，當然是無法測到被測物的絕緣電阻值的，但是開路狀態下絕緣電阻計的表示值是極大值，只看表示值的話與良品並無區別(圖 14)。這樣的話，絕緣不良的電池也會有可能被誤判為良品。因此，在測量前確認表筆是否正確地接觸了被測物是很重要的。確認表筆與測量物件物接觸與否的功能稱為接觸檢查功能。為了防止向市場流出不良品，應該選擇搭載了接觸檢查功能的絕緣電阻計。
圖 14正確的接觸狀態 (左) 和錯誤的接觸狀態 (右)
(5) 微短路檢查功能
由金屬異物和毛刺形成的小區域導通狀態稱為微短路(micro short)⁶。內部存在微短路的電池進行絕緣電阻測量時，外施高電壓⁷會在微短路區域產生集中電場，並將微短路部分燒斷。這種情況下，因為測量使得微短路狀態發生了“改善”，結果會判斷為良品 (圖 15)。然而，這種微短路電池在重複充放電後會有發生大規模短路的風險，必須判定為不良品。
為了避免這種情況，絕緣電阻測量前需要施加一個不會改善微短路狀態的低電壓(幾V左右)，檢出微短路狀態。推薦選擇搭載了這種功能的絕緣電阻計。
圖 15由於施加高電壓導致暫時的微短路改善
⁶ 鋰離子電池業界，微短路大多情況下是指“隨著樹狀結晶的成長正極與負極導通的現象”。而在絕緣性能試驗的語境中一般把“本應絕緣的部分導通了，且導通區域比較微小，在絕緣性能試驗中施加大電壓會使這個導通區域燒斷，從而檢測不出絕緣不良”的這種狀態稱作微短路。這裡使用是後者的含義。
⁷注液前的絕緣電阻測量，一般施加 100V到 200V 左右的電壓。
參考文獻
1) E.Ligneel,B.Lestriez,O.Richard,D.Guyomard,J.Phys.Chem.Solids,67,1275 (2006)
2) T.J.Patey,A.Hintennach,F.LaMantia,P.Novák,J.PowerSources,189,590 (2009)
3)C.-C.Li,Y.-S.Lin,J.PowerSources,220,413 (2012)
4) 日置電機株式会社、絶縁抵抗測定の手引き (2018)
5)JISC8711:2013ポータブル機器用リチウム二次電池
IEC 61960-3:2017Secondary cells and batteries containing alkaline or other non-acidelectrolytes-Secondarylithiumcellsandbatteriesforportableapplications-Part3:Prismatic and cylindrical lithium secondary cells and batteries made from them
6) 小山 昇(監修)、リチウムイオン二次電池の性能評価、日刊工業新聞社 (2019)
7)ECE/TRANS/WP.29/GRPE/2016/3,ProposalforamendmentstoglobaltechnicalregulationNo.15 on Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure (WLTP)
8) 日置電機株式会社、抵抗測定の手引き Vol.1 (2017)
HIOKI的簡介
關於HIOKI
日置電機株式會社(HIOKI)是創立於1935年的電氣測量儀器廠商，位於日本長野縣上田市，集研究開發•生產•維護服務功能於一身，可提供高品質的測量儀器及各種具體服務。以記錄儀•電子測量儀•現場測量儀•自動測量設備這4個領域為主，將搭載了獨自研發的技術產品送往全球各地。
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所購產品若發生異常或故障，請聯繫代理商進行修理委託。停產產品自停產日起，會保留至少 5年的維修對應服務。在HIOKI產品的質保期間，對於產品本身的故障提供無償修理或換新服務。
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