另一方面，电池的膨胀也限制了电池组设计的自由度。在电池模块或电池包的设计过程中，需要考虑到每个电池单元的尺寸和形状，以确保它们能有效地结合在一起。如果电池发生膨胀，它可能会干扰电池组合的结构完整性，使得电池组难以安装或运行。
导致锂电池膨胀的原因可以归结为两大类。首先，电池极片厚度的变动可能引起电池膨胀。其次，电解液发生氧化分解并产生气体，这也会引发膨胀。
电解液分解主要有两种情形：一是电解液中存在杂质，例如水分和金属杂质，这些不纯物可以触发电解液的分解并产生气体；二是电解液的电化学稳定性不足，即其电化学窗口过窄，导致在充电过程中电解液发生分解。在电解液中，EC（碳酸乙烯酯）、DEC（二乙基碳酸酯）等溶剂分子在获取电子后，会生成活性极高的自由基。自由基之间的化学反应会产生一系列低沸点的有机化合物，包括烃类、酯类、醚类以及二氧化碳等气体。
在锂离子电池的生产和应用过程中，极片的厚度变化是一个关键因素。这种厚度变化主要涉及以下几个情况：
当极片经过辊压处理后，如果放置一段时间，会出现厚度的恢复现象，即所谓的反弹。这种现象与极片的压实密度有关，压实程度越高，反弹的程度也就越明显。此外，极片中粘接剂的弹性模量也会影响反弹程度，弹性模量越大，极片的反弹越小。干燥过程也可能引起极片的反弹。
极片中的粘结剂在吸收电解液后会发生溶胀，导致极片厚度增加。
在电池充放电循环中，锂离子嵌入电极材料中，会导致晶格参数的变化，进而引起电极的膨胀。例如石墨锂化过程体积膨胀约10%。
本文将重点讨论锂离子电池中石墨负极的锂化过程以及极片膨胀的相关机制，这些过程对电池的性能和寿命有着直接的影响。通过对这些现象的深入理解，可以优化电池设计，提高电池的稳定性和可靠性。
表1详细列出了这些相态的特点，其中x代表的是LixC6化合物中锂的摩尔分数，而d则表示石墨层间的晶格参数。随着锂离子的不断嵌入，石墨结构经历了从2H相开始的转变。当电量达到50%的SOC时，石墨转变为LiC12相，而在完全锂化之后，最终形成LiC6相，其理论比容量高达372mAh/g。在这个相变过程中，由于锂离子的嵌入，石墨层间距d逐渐扩大，导致极片的整体厚度增加。
图1所示中，各个阶段锂化和膨胀过程如下：
（1）f+e区间：石墨首次锂化时，在800mV-200mV电压区间，主要是SEI膜形成过程、极片中的颗粒重排过程，以及2H => 1L的过程，总体极片膨胀率大概1.5%。
（2）d+c区间：在200mV-100mV 电压区间，主要发生1L=>4L=> 3L 转变过程，极片膨胀率大概也是1.5%。
（3）b区间：在100mV电压平台，主要发生 3L => 2过程，在这个过程中，极片几乎不发生膨胀。
（4）a区间：在70mV电压平台，主要发生 2 => 1过程，在这个过程中，极片膨胀率大概为1.2%。
在随后的脱锂过程中，除了SEI膜的形成之外，其他各个阶段几乎都是可逆的。脱锂电压的变化过程依次经历了a、b、c、d、e五个阶段，而对应的极片膨胀过程则依次为A、B、C、D、E。从图中可以观察到，在B区间内，极片的膨胀程度几乎为零，膨胀曲线的斜率接近于0。在这个特定的阶段，主要发生的是3L到2的转变。
为了解释这一现象，我们可以从转变过程中的层间距变化来进行分析。通过计算各个阶段的层间距变化和锂含量变化，我们可以得到膨胀曲线的斜率D。根据计算结果，可以看出3L到2转变的斜率明显小于其他过程，因此，在这个阶段，极片的膨胀几乎可以忽略不计。
图1 石墨电极充放电极电化学膨胀过程
图2是石墨脱嵌锂过程中，在线测的的XRD图谱演变过程，可以直观看到石墨脱锂嵌锂过程中各物相演变。
图2 石墨充放电过程在线XRD图谱
图3 NMC-石墨全电池的膨胀曲线
参考文献：
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