电池鼓包的“软膨胀”和“硬膨胀”

对任何一个锂电池从业者和兴趣爱好者来说，电池发生鼓包现象都是一个令人头疼的大麻烦事。鼓包不仅是直观上的电池失效的表现，也是起火爆炸的前兆。

在实际应用中，鼓包常表现为电池厚度增加、外壳变形。软包电池因铝塑膜延展性较好，鼓包现象尤为明显；而圆柱和方形硬壳电池则可能表现为泄压阀激活或壳体焊缝开裂。

一.电池鼓包的本质

首先必须明确，我们观察到的电池鼓包是多种物理化学过程共同作用的宏观表现。根据成因，可将其本质区分为两大类：“软膨胀”和“硬膨胀”。从材料科学角度看，鼓包可分为“气体诱导型”和“结构变化型”。前者源于电化学反应产生的气体；后者则与电极材料相变、锂枝晶生长等物理过程相关。

软膨胀：这是我们通常所指的、能肉眼明显看到的“鼓包”现象。其根本原因是电池内部发生了复杂的副反应，产生了气体。

硬膨胀：其根本原因是锂离子在正负极活性材料晶格中的嵌入与脱出，会导致材料晶格参数周期性变化，从而引发电极片微观结构的膨胀与收缩。

二.产气引起的电芯鼓包

电芯内部的产气机制复杂多样，但主要可归纳为三类。

电解液分解是常见气源。随着温度升高，电解液分解呈指数增长。

SEI膜的动态平衡被打破是另一关键因素。SEI膜是保护负极的关键界面层，其形成与修复过程会消耗电解液并产生气体。

水分与杂质引发的副反应同样不可忽视。微量水分就能与电解液中LiPF₆反应生成HF，进而腐蚀电极材料，产生大量氢气。

三.不同使用工况下的产气

电池软膨胀的胀气大部分都与电池极端的使用工况有关：

过充/过放：会产生H₂, C₂H₄, CH₄, CO, CO₂等主要气体。过充会导致正极过度脱锂，结构崩塌并可能释氧；高压下电解液被剧烈氧化；负极析锂。过放会导致负极电位过低，铜集流体可能溶解；SEI膜严重破坏。另外就是电解液溶剂（如EC、DEC）发生分解。

高温存储：会产生CO, CO₂, 烷烃类气体（如C₂H₄, C₂H₆）。主要来源于电解液分解和正极释氧带来的一系列副反应。

热滥用：会产生H₂, CO, CO₂, CH₄, C₂H₄, C₂H₆等主要气体。热滥用因为温度高的原因，产气情况复杂且多样化。其中SEI膜分解不断消耗电解液的副反应，粘结剂分解，电解液全面的热分解为主要原因。

四.不同场景差异

不同应用场景下，电池鼓包的主导因素各异。

消费电子产品中，电池鼓包多源于长时间满电存放和高温环境。满电状态下，正极处于高电位，加剧电解液氧化。

电动汽车电池系统的鼓包问题更为复杂。除了电芯本身问题外，电池包内温度不均会导致电芯间一致性变差。

特别提醒：一定要重视电池鼓包现象，这是很严重的安全问题。且电池的SOC越高，带来的安全风险及释放的能量更大。其中鼓包中的气体成分H₂和C₂H4对燃烧和爆炸有着极大的助推作用。