從各種正極材料的特性來(lái)看，LiFePO4的單位質(zhì)量的實(shí)際放電容量與鈷相當(dāng)，但因?yàn)槠骄妷旱停颐芏刃。詫?shí)際的體積能量密度僅為鈷的60％多(表2)。這意味著采用這種正極的電池的尺寸往往偏大。無(wú)論是對(duì)于小型電子產(chǎn)品，還是對(duì)于純電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力車(chē)，這都不是一個(gè)理想的結(jié)果。LiMn2O4同樣如此，雖然平均電壓高，但實(shí)際的體積能量密度不到鈷的70％。 
表2：采用石墨負(fù)極時(shí)各種正極材料的特性
“完美正極”還未出現(xiàn)
提高安全性的一個(gè)嘗試是使用鈦酸鋰(Li4Ti5O12，簡(jiǎn)稱(chēng)LTO)作為負(fù)極。LTO完全放電后會(huì)成為絕緣體，享有安全性好的口碑。東芝的報(bào)告顯示，LTO在300℃的高溫下也沒(méi)有出現(xiàn)熱失控，而且循環(huán)特性、負(fù)載特性、充電接受性能均良好。
但LTO也有短板。采用LTO負(fù)極的LIB的平均電壓僅為2.4～2.5V，電池組的數(shù)量增加到1.5倍，電壓才能與通常的LIB齊平。而且這種LIB的能量密度較低。對(duì)于電壓偏低的LTO，如果載流量密度不增加，能量密度就不會(huì)增加。開(kāi)發(fā)LTO負(fù)極的東芝表示，LTO的有效放電容量約為160mAh·g-1左右(圖2)。而石墨(C)的理論值有效放電容量約為350mAh·g-1(理論值為372mAh·g-1)，與之相比，相比，LTO的放電容量明顯低了很多。 
圖2：LTO的充放電曲線(xiàn)
東芝的資料顯示，LTO的有效放電容量?jī)H為160mAh·g-1。(假設(shè)Li［LTO］中的鋰全部參與放電反應(yīng)，求出的LTO的放電容量為175mAh·g-1，圖中是鋰?yán)寐始s為91％時(shí)的情況。)
計(jì)算LTO的體積能量密度時(shí)要用到LTO的密度數(shù)據(jù)，但相關(guān)數(shù)據(jù)沒(méi)有公開(kāi)。使用Li2TiO3的密度(4.3g·cm-3)推算近似的單位體積放電容量，得到的結(jié)果是544mAh·cm-3。而對(duì)于石墨，根據(jù)前面提到的有效放電容量和密度(2.25g·cm-3)求出的數(shù)值約為790mAh·g-1。由此可見(jiàn)，LTO在單位體積放電容量上也遜于石墨。
注：Li2TiO3有3種晶型，分別是銳鈦礦型、板鈦礦型和金紅石型。密度分別為3.9、4.0、4.3g·cm-3。這里為簡(jiǎn)化計(jì)算，使用了熱狀態(tài)最穩(wěn)定的金紅石型的密度4.3g·cm-3。
這些數(shù)據(jù)表明，LTO在能量密度方面的劣勢(shì)非常明顯。但LTO也不是一無(wú)是處，其優(yōu)點(diǎn)包括放電曲線(xiàn)幾乎平直、控制性非常好。而且，LTO相對(duì)于鋰的電位更高，這意味著放電深度(SOC)即使達(dá)到100％，也不會(huì)析出金屬鋰。這意味著在過(guò)充電時(shí)也具備極高的安全性。
綜上所述，我們研究了很多安全性好的正極材料和負(fù)極材料，每種材料都存在各自的課題，都無(wú)法成為“埃及艷后”那樣完美無(wú)瑕的美女。
錫和硅成為負(fù)極開(kāi)發(fā)焦點(diǎn)
安全性先聊到這里，下面來(lái)介紹以高容量為目標(biāo)的新型正極和負(fù)極活性物質(zhì)的開(kāi)發(fā)進(jìn)展。
首先來(lái)看負(fù)極。現(xiàn)在備受關(guān)注的負(fù)極材料是錫(Sn)和硅(Si)。常見(jiàn)的負(fù)極材料石墨與大容量的希望之星——錫和硅的理論容量相比，錫和硅的單位體積容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了石墨/鋰(錫為8.6倍，硅為11.7倍)(表3)。 
表3：負(fù)極材料的理論放電容量
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