1、引言

锂离子电池充放电中的电极体积形变必然引发膨胀，它既是性能衰减的直接表征，更是鼓包、内短路乃至热失控的前兆。国家对此已形成刚性管控链条，叠加市场监管总局对鼓包膨胀充电宝等的常态化召回监管，进一步明确电池膨胀测试从“可观测”上升为安全评估的刚性依据。

行业研发端，元能科技原位膨胀系列分析系统，通过恒力/恒间隙多模式，同步采集电池膨胀力、厚度形变与电化学数据，可模拟模组真实约束工况，实现多类别电池的原位膨胀表征，为电池机理研究、模组预紧力设计、安全风险识别提供硬件测试支撑。本文结合多篇行业研究文献，系统化拆解电池膨胀测试与安全强关联的四大落地应用场景。

2、电池膨胀测试与安全关联的应用场景

综合2026新发表的8篇文献，归纳为四大场景：

1. 方法学与平台基础：

电极层数等结构参数决定膨胀响应的可重复性与可迁移性，Wu Di等《The effect of electrode layer quantity on the electrochemical performance and swelling behavior of pouch cells》研究不同电极层数软包电池的电化学-力学演化，揭示最外层石墨涂层（阳极悬空延伸）对初始库仑效率与循环容量损失的负面影响，层数越少越明显（XRD/XPS证实）；最大膨胀力与阴极层数呈线性关系，层归一化后可逆膨胀力随容量损失线性下降且斜率一致，可作为老化评估指标，并为膨胀测试的层数选取提供依据。

2. 机械约束与结构设计：

以原位膨胀力&厚度变化标定机械预紧力。杨思远等《基于电池膨胀力与厚度变化的机械预紧力影响研究》针对预紧力设定缺乏实验依据，以三元811软包电池原位膨胀力测试得峰值36.8kPa，结合EOL厚度修正（5.52→6.05mm）标定目标预紧力33.6kPa。390次循环对比显示容量衰减率由9.6%降至4.2%，抑制阻抗增长与极化，EIS/ICA/TEM/XRD/XPS证实延缓副产物沉积、过渡金属溶解及SEI/CEI增厚。

3. 状态估计：

将膨胀力作为与电压互补的观测，突破LFP平台区SOC/SOH可观测性瓶颈。黄叶颖等《融合膨胀力信息的电池SOC/SOH联合估计》针对LFP电压平台区SOC可观测性不足，建立电压-膨胀力耦合模型，用双扩展卡尔曼滤波实现SOC/SOH联合估计。SOH相对误差RMSE为0.64%；300次、800次老化循环下SOC估计RMSE分别1.92%、2.58%，较单电压特征降低44.5%/39.15%，铝壳与软包电池均验证有效。以原位膨胀力&厚度变化标定机械预紧力。

4. 安全预警：

王铁栋等《磷酸铁锂电池微过充循环的膨胀力分布及分级预警方法》以32Ah方形LFP电池为对象，用30测点薄膜分布压力传感器监测3.65~4.60V五档截止电压下的膨胀力分布。最大总膨胀力变化值正常循环保持稳定，微过充下持续上升（4.60V第9圈增134.04%），其增长速率可判断电压等级；分布标准差比值可表征不可逆损伤的空间不均匀累积。相较微分容量对早期局部损伤更灵敏，据此构建并验证四级分级预警方法。

方乐文等《磷酸铁锂电池的快充耦合过热热失控行为试验研究》以50Ah方形电池3C充至50%~100%SOC后800W加热触发，同步采温度、电压、内阻、膨胀力、气压。SOC升高使热失控显著提前（至最高温时间缩短244s），气压增4.1kPa、膨胀力增1100N；划分"快充—加热—热失控—冷却"四阶段，提出基于温升、膨胀力变化率的三级预警策略。

肖云海等《外部热滥用下高镍三元锂离子电池不同荷电状态时的热失控分析》针对军用软包NCM811电池在30%~100%SOC下实验。SOC升高使热失控由冒烟演变为明火爆炸：开阀温度递减（98.7→87.7℃）、峰值温度递增（457.8→701.4℃）、质量损失率递增（21.33%→44.72%）；膨胀力呈两段"急升-回落"，泄压阶段峰值随SOC增大，热失控阶段冒烟工况峰值高于爆炸工况。

蒋皓静等《软包锂电池膨胀特性与安全预警技术研究进展》基于召回数据证实膨胀是热失控前的重要物理征兆；从可逆/不可逆维度阐明产气、SEI增厚、颗粒破碎、析锂等机理；分析铝塑膜结构、外部压力与负极材料的影响；梳理厚度/位移、膨胀力及CT/SEM/XPS/XRD等表征技术，指出膨胀信号在热失控预警、SOH预测与内短路检测中的潜力，展望"热-电-力"多场耦合表征与风险评估标准。

从长杰等《基于膨胀力特征的锂离子电池状态监测和安全预警》系统梳理薄膜/光纤FBG两类传感器；综述膨胀力在SOC/SOH估计（力-电融合、力基增量容量ICF）中的应用，以及在热失控预警（较温度提前2.5~30min）、析锂原位无损检测（dP/dQ、dP/dV特征峰）、机械撞击快速响应中的优势；剖析多物理场解耦、传感器可靠性、阈值自适应标定等工程化挑战，展望物理-数据双驱动与多信号融合。

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