当前市场上都有哪些常见的正负极材料呢？正极材料的选择主要基于几个因素考虑？
来源：宝鄂实业
2019-04-15 09:50
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我们经常会看到磷酸铁锂，三元等专业的锂离子电池术语，这些都是根据锂离子电池正极材料来区分锂离子电池的类型。相对来讲，锂离子电池的正、负极材料对电池性能的影响比较大，是大家比较关心的方面。那么，当前市场上都有哪些常见的正负极材料呢？用他们做锂离子电池，又有哪些优缺点？
1.正极材料
首先，我们来看看正极材料，正极材料的选择，主要基于以下几个因素考虑：
1）具有较高的氧化还原反应电位，使锂离子电池达到较高的输出电压；
2）锂元素含量高，材料堆积密度高，使得锂离子电池具有较高的能量密度；
3）化学反应过程中的结构稳定性要好，使得锂离子电池具有长循环寿命；
4）电导率要高，使得锂离子电池具有良好的充放电倍率性能；
5）化学稳定性和热稳定性要好，不易分解和发热，使得锂离子电池具有良好的安全性；
6）价格便宜，使得锂离子电池的成本足够低；
7）制造工艺相对简单，便于大规模生产；
8）对环境的污染低，易于回收利用。
当前，锂离子电池的能量密度、充放电倍率、安全性等一些关键指标，主要受制于正极材料。
基于这些因素考虑，经过工程研究和市场化检验，目前市场常见的正极材料如下表所示：
钴酸锂的商业化应用走的最早，第一代商业化应用的锂离子电池就是SONY在1990年推向市场的钴酸锂离子电池，随后在消费类产品中得到大规模应用。随着手机、笔记本、平板电脑的大规模普及，钴酸锂一度是锂离子电池正极材料中销售量占比最大的材料。但其固有的缺点是质量比容量（不等同于能量密度）低，理论极限是274mAh/g，出于正极结构稳定性考虑，实际只能达到理论值的50%，即137mAh/g。同时，由于地球上钴元素的储量比较低，也导致钴酸锂的成本偏高，难以在动力电池领域大规模普及，所以钴酸锂正极材料将被其他材料逐步取代。
由于稳定性，安全性，材料合成困难等方面的缺点，镍酸锂的商业应用较少，市场上很少看到，这里不做论述。
锰酸锂的商业化应用，主要在动力电池领域，是锂离子电池一个比较重要的分支。如日产的leaf纯电动轿车采用了日本AESC公司的锰酸锂离子电池，早期的雪弗兰Volt也采用韩国LG化学的锰酸锂离子电池。锰酸锂的突出优点是成本低，低温性能好，缺点是比容量低，极限在148mAh/g，且高温性能差，循环寿命低。所以锰酸锂的发展有明显的瓶颈，近年来的研究方向主要是改性锰酸锂，通过掺杂其他元素，改变其缺点。
磷酸铁锂材料在中国热过一阵子，一方面受美国科研机构和企业在技术方面的带动，另一方面受比亚迪在国内的产业化推动，前几年国内的锂离子电池企业在动力电池领域基本都以磷酸铁锂材料为主。但是随着全球各国对锂离子电池能量密度的要求越来越高，而磷酸铁锂的比容量理论极限是170mAh/g，而实际上只能达到120mAh/g左右，已经无法满足当前和未来的市场需求。此外，磷酸铁锂的倍率性能一般，低温特性差等缺点，也限制了磷酸铁锂的应用。最近比亚迪搞出了一个改性磷酸铁锂材料，把能量密度提升了不少，还未透露具体的技术细节，不知道掺杂了什么材料在里面。就产品应用领域而言，电力储能市场应该是磷酸铁锂离子电池的一个重要市场，相对而言，这个市场对能量密度不是特别敏感，而对长寿命，低成本，高安全性电池的迫切需求，正是磷酸铁锂材料的优势所在。
日韩企业在近几年大力推动三元材料的应用，镍钴锰三元材料逐渐成为市场的主流，国内企业也采取跟随策略，逐步转向三元材料。三元材料的比容量较高，目前市场上的产品已经可以达到170~180mAh/g，从而可以将电池单体的能量密度提高到接近200Wh/kg，满足电动汽车的长续航里程要求。此外，通过改变三元材料的配比（x，y的值），还可以达到良好的倍率性能，从而满足PHEV和HEV车型对大倍率小容量锂离子电池的需求，这也正是三元材料大行其道的原因。从化学式可以看出，镍钴锰三元材料综合了钴酸锂（LiCoO2）和锰酸锂（LiMn2O4）的一些优点，同时因为掺杂了镍元素，可以提升能量密度和倍率性能。
镍钴铝三元材料，严格来说，其实算是一种改性的镍酸锂（LiNiO2）材料，在其中掺杂了一定比例的钴和铝元素（占比较少）。商业化应用方面主要是日本的松下公司在做，其他锂离子电池公司基本没有研究这个材料。之所以拿来对比，是因为鼎鼎大名的Tesla，就是使用松下公司的18650镍钴铝三元电芯做电动汽车的动力电池系统，并且做到了接近500公里的续航里程，说明了这种正极材料，还是有其独特的价值。
以上仅仅是比较常见的锂离子电池正极材料，并不代表所有的技术路线。实际上，不管是高校和科研院所，还是企业，都在努力研究新型的锂离子电池正极材料，希望把能量密度和寿命等关键指标提升到更高的量级。当然，如果要在2020年达到250Wh/kg，甚至300Wh/kg的能量密度指标，现在商业化应用的正极材料都无法实现，那么正极材料就需要比较大的技术变革，如改变层状结构为尖晶石结构的固溶体类材料，以及有机化合物正极材料等，都是目前比较热门的研究方向。
2.负极材料
相对而言，针对锂离子电池负极材料的研究，没有正极材料那么多，但是负极材料对锂离子电池性能的提高仍起着至关重要的作用，锂离子电池负极材料的选择应主要考虑以下几个条件：
1）应为层状或隧道结构，以利于锂离子的脱嵌；
2）在锂离子脱嵌时无结构上的变化，具有良好的充放电可逆性和循环寿命；
3）锂离子在其中应尽可能多的嵌入和脱出，以使电极具有较高的可逆容量；
4）氧化还原反应的电位要低，与正极材料配合，使电池具有较高的输出电压；
5）首次不可逆放电比容量较小；
6）与电解质溶剂相容性好；
7）资源丰富、价格低廉；
8）安全性好；
9）环境友好。
锂离子电池负极材料的种类繁多，根据化学组成可以分为金属类负极材料（包括合金）、无机非金属类负极材料及金属氧化物类负极材料。
（1）金属类负极材料：这类材料多具有超高的嵌锂容量。最早研究的负极材料是金属锂。由于电池的安全问题和循环性能不佳，金属锂作为负极材料并未得到广泛应用。近年来，合金类负极材料得到了比较广泛的研究，如锡基合金，铝基合金、镁基合金、锑基合等，是一个新的方向。
（2）无机非金属类负极材料：用作锂离子电池负极的无机非金属材料主要是碳材料、硅材料及其它非金属的复合材料。
（3）过渡金属氧化物材料：这类材料一般具有结构稳定，循环寿命长等优点，如锂过渡氧化物（钛酸锂等）、锡基复合氧化物等。
就当前的市场而言，在大规模商业化应用方面，负极材料仍然以碳材料为主，石墨类和非石墨类碳材料都有应用。在汽车及电动工具领域，钛酸锂作为负极材料也有一定的应用，主要是具有非常优异的循环寿命、安全性和倍率性能，但是会降低电池的能量密度，因此不是市场主流。其他类型的负极材料，除了SONY在锡合金方面有产品推出，大多仍以科学研究和工程开发为主，市场化应用的比较少。
就未来的发展趋势而言，如果能有效解决循环性能，硅基材料将可能取代碳材料成为下一代锂离子电池的主要负极材料。锡合金，硅合金等合金类的负极材料，也是一个非常热门的方向，将走向产业化。此外，安全性和能量密度较高的铁氧化物，有可能取代钛酸锂（LTO），在一些长寿命和安全性要求较高的领域，得到广泛应用。
接下来的内容，我们将就锂离子电池与能量相关的两个关键指标：能量密度和充放电倍率，展开一些简短的论述。
能量密度，是单位体积或重量可以存储的能量多少，这个指标当然是越高越好，凡是浓缩的都是精华嘛。充放电倍率，是能量存储和释放的速度，最好是秒速，瞬间存满或释放，召之即来挥之即去。
从铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、再到锂离子电池，能量密度一直在不断的提升。可是提升的速度相对于工业规模的发展速度而言，相对于人类对能量的需求程度而言，显得太慢了。甚至有人戏言，人类的进步都被卡在“电池”这儿了。当然，如果哪一天能够实现全球电力无线传输，到哪儿都能“无线”获得电能（像手机信号一样），那么人类也就不再需要电池了，社会发展自然也就不会卡在电池上面。
针对能量密度成为瓶颈的现状，全球各国都制订了相关的电池产业政策目标，期望引领电池行业在能量密度方面取得显著的突破。中、美、日等国政府或行业组织所制定的2020年目标，基本上都指向300Wh/kg这一数值，相当于在当前的基础上提升接近1倍。2030年的远期目标，则要达到500Wh/kg，甚至700Wh/kg，电池行业必须要有化学体系的重大突破，才有可能实现这一目标。
影响锂离子电池能量密度的因素有很多，就锂离子电池现有的化学体系和结构而言，具体都有哪些明显的限制呢？
前面我们分析过，充当电能载体的，其实就是电池当中的锂元素，其他物质都是“废物”，可是要获得稳定的、持续的、安全的电能载体，这些“废物”又是不可或缺的。举个例子，一块锂离子电池当中，锂元素的质量占比一般也就在1%多一点，其余99%的成分都是不承担能量存储功能的其他物质。爱迪生有句名言，成功是99%的汗水加上1%的天赋，看来这个道理放之四海皆准啊，1%是红花，剩下的99%就是绿叶，少了哪个都不行。
那么要提高能量密度，我们首先想到的就是提高锂元素的比例，同时要让尽可能多的锂离子从正极跑出来，移动到负极，然后还得从负极原数返回正极（不能变少了），周而复始的搬运能量。
1.提高正极活性物质的占比
提高正极活性物质占比，主要是为了提高锂元素的占比，在同一个电池化学体系中，锂元素的含量上去了（其他条件不变），能量密度也会有相应的提升。所以在一定的体积和重量限制下，我们希望正极活性物质多一些，再多一些。
2.提高负极活性物质的占比
这个其实是为了配合正极活性物质的增加，需要更多的负极活性物质来容纳游过来的锂离子，存储能量。如果负极活性物质不够，多出来的锂离子会沉积在负极表面，而不是嵌入内部，出现不可逆的化学反应和电池容量衰减。
3.提高正极材料的比容量（克容量）
正极活性物质的占比是有上限的，不能无限制提升。在正极活性物质总量一定的情况下，只有尽可能多的锂离子从正极脱嵌，参与化学反应，才能提升能量密度。所以我们希望可脱嵌的锂离子相对于正极活性物质的质量占比要高，也就是比容量指标要高。
这就是我们研究和选择不同的正极材料的原因，从钴酸锂到磷酸铁锂，再到三元材料，都是奔着这个目标去的。
前面已经分析过，钴酸锂可以达到137mAh/g，锰酸锂和磷酸铁锂的实际值都在120mAh/g左右，镍钴锰三元则可以达到180mAh/g。如果要再往上提升，就需要研究新的正极材料，并取得产业化进展。
4.提高负极材料的比容量
相对而言，负极材料的比容量还不是锂离子电池能量密度的主要瓶颈，但是如果进一步提升负极的比容量，则意味着以质量更少的负极材料，就可以容纳更多的锂离子，从而达到提升能量密度的目标。
以石墨类碳材料做负极，理论比容量在372mAh/g，在此基础上研究的硬碳材料和纳米碳材料，则可以将比容量提高到600mAh/g以上。锡基和硅基负极材料，也可以将负极的比容量提升到一个很高的量级，这些都是当前研究的热点方向。
5.减重瘦身
除了正负极的活性物质之外，电解液、隔离膜、粘结剂、导电剂、集流体、基体、壳体材料等，都是锂离子电池的“死重”，占整个电池重量的比例在40%左右。如果能够减轻这些材料的重量，同时不影响电池的性能，那么同样也可以提升锂离子电池的能量密度。
在这方面做文章，就需要针对电解液、隔离膜、粘结剂、基体和集流体、壳体材料、制造工艺等方面进行详细的研究和分析，从而找出合理的方案。各个方面都改善一些，就可以将电池的能量密度整体提升一个幅度。
从以上的分析可以看出，提升锂离子电池的能量密度是一个系统工程，要从改善制造工艺、提升现有材料性能、以及开发新材料和新化学体系这几个方面入手，寻找短期、中期和长期的解决方案。
当然，这些都是理想，实际上受制于各种各样的现实因素，我们既不可能获得无限的能量，也不可能实现能量的瞬间转移。如何不断的突破这些限制，达到更高的等级，就是需要我们去解决的难题。
1.正极材料
首先，我们来看看正极材料，正极材料的选择，主要基于以下几个因素考虑：
1）具有较高的氧化还原反应电位，使锂离子电池达到较高的输出电压；
2）锂元素含量高，材料堆积密度高，使得锂离子电池具有较高的能量密度；
3）化学反应过程中的结构稳定性要好，使得锂离子电池具有长循环寿命；
4）电导率要高，使得锂离子电池具有良好的充放电倍率性能；
5）化学稳定性和热稳定性要好，不易分解和发热，使得锂离子电池具有良好的安全性；
6）价格便宜，使得锂离子电池的成本足够低；
7）制造工艺相对简单，便于大规模生产；
8）对环境的污染低，易于回收利用。
当前，锂离子电池的能量密度、充放电倍率、安全性等一些关键指标，主要受制于正极材料。
基于这些因素考虑，经过工程研究和市场化检验，目前市场常见的正极材料如下表所示：
钴酸锂的商业化应用走的最早，第一代商业化应用的锂离子电池就是SONY在1990年推向市场的钴酸锂离子电池，随后在消费类产品中得到大规模应用。随着手机、笔记本、平板电脑的大规模普及，钴酸锂一度是锂离子电池正极材料中销售量占比最大的材料。但其固有的缺点是质量比容量（不等同于能量密度）低，理论极限是274mAh/g，出于正极结构稳定性考虑，实际只能达到理论值的50%，即137mAh/g。同时，由于地球上钴元素的储量比较低，也导致钴酸锂的成本偏高，难以在动力电池领域大规模普及，所以钴酸锂正极材料将被其他材料逐步取代。
由于稳定性，安全性，材料合成困难等方面的缺点，镍酸锂的商业应用较少，市场上很少看到，这里不做论述。
锰酸锂的商业化应用，主要在动力电池领域，是锂离子电池一个比较重要的分支。如日产的leaf纯电动轿车采用了日本AESC公司的锰酸锂离子电池，早期的雪弗兰Volt也采用韩国LG化学的锰酸锂离子电池。锰酸锂的突出优点是成本低，低温性能好，缺点是比容量低，极限在148mAh/g，且高温性能差，循环寿命低。所以锰酸锂的发展有明显的瓶颈，近年来的研究方向主要是改性锰酸锂，通过掺杂其他元素，改变其缺点。
磷酸铁锂材料在中国热过一阵子，一方面受美国科研机构和企业在技术方面的带动，另一方面受比亚迪在国内的产业化推动，前几年国内的锂离子电池企业在动力电池领域基本都以磷酸铁锂材料为主。但是随着全球各国对锂离子电池能量密度的要求越来越高，而磷酸铁锂的比容量理论极限是170mAh/g，而实际上只能达到120mAh/g左右，已经无法满足当前和未来的市场需求。此外，磷酸铁锂的倍率性能一般，低温特性差等缺点，也限制了磷酸铁锂的应用。最近比亚迪搞出了一个改性磷酸铁锂材料，把能量密度提升了不少，还未透露具体的技术细节，不知道掺杂了什么材料在里面。就产品应用领域而言，电力储能市场应该是磷酸铁锂离子电池的一个重要市场，相对而言，这个市场对能量密度不是特别敏感，而对长寿命，低成本，高安全性电池的迫切需求，正是磷酸铁锂材料的优势所在。
日韩企业在近几年大力推动三元材料的应用，镍钴锰三元材料逐渐成为市场的主流，国内企业也采取跟随策略，逐步转向三元材料。三元材料的比容量较高，目前市场上的产品已经可以达到170~180mAh/g，从而可以将电池单体的能量密度提高到接近200Wh/kg，满足电动汽车的长续航里程要求。此外，通过改变三元材料的配比（x，y的值），还可以达到良好的倍率性能，从而满足PHEV和HEV车型对大倍率小容量锂离子电池的需求，这也正是三元材料大行其道的原因。从化学式可以看出，镍钴锰三元材料综合了钴酸锂（LiCoO2）和锰酸锂（LiMn2O4）的一些优点，同时因为掺杂了镍元素，可以提升能量密度和倍率性能。
镍钴铝三元材料，严格来说，其实算是一种改性的镍酸锂（LiNiO2）材料，在其中掺杂了一定比例的钴和铝元素（占比较少）。商业化应用方面主要是日本的松下公司在做，其他锂离子电池公司基本没有研究这个材料。之所以拿来对比，是因为鼎鼎大名的Tesla，就是使用松下公司的18650镍钴铝三元电芯做电动汽车的动力电池系统，并且做到了接近500公里的续航里程，说明了这种正极材料，还是有其独特的价值。
以上仅仅是比较常见的锂离子电池正极材料，并不代表所有的技术路线。实际上，不管是高校和科研院所，还是企业，都在努力研究新型的锂离子电池正极材料，希望把能量密度和寿命等关键指标提升到更高的量级。当然，如果要在2020年达到250Wh/kg，甚至300Wh/kg的能量密度指标，现在商业化应用的正极材料都无法实现，那么正极材料就需要比较大的技术变革，如改变层状结构为尖晶石结构的固溶体类材料，以及有机化合物正极材料等，都是目前比较热门的研究方向。
2.负极材料
相对而言，针对锂离子电池负极材料的研究，没有正极材料那么多，但是负极材料对锂离子电池性能的提高仍起着至关重要的作用，锂离子电池负极材料的选择应主要考虑以下几个条件：
1）应为层状或隧道结构，以利于锂离子的脱嵌；
2）在锂离子脱嵌时无结构上的变化，具有良好的充放电可逆性和循环寿命；
3）锂离子在其中应尽可能多的嵌入和脱出，以使电极具有较高的可逆容量；
4）氧化还原反应的电位要低，与正极材料配合，使电池具有较高的输出电压；
5）首次不可逆放电比容量较小；
6）与电解质溶剂相容性好；
7）资源丰富、价格低廉；
8）安全性好；
9）环境友好。
锂离子电池负极材料的种类繁多，根据化学组成可以分为金属类负极材料（包括合金）、无机非金属类负极材料及金属氧化物类负极材料。
（1）金属类负极材料：这类材料多具有超高的嵌锂容量。最早研究的负极材料是金属锂。由于电池的安全问题和循环性能不佳，金属锂作为负极材料并未得到广泛应用。近年来，合金类负极材料得到了比较广泛的研究，如锡基合金，铝基合金、镁基合金、锑基合等，是一个新的方向。
（2）无机非金属类负极材料：用作锂离子电池负极的无机非金属材料主要是碳材料、硅材料及其它非金属的复合材料。
（3）过渡金属氧化物材料：这类材料一般具有结构稳定，循环寿命长等优点，如锂过渡氧化物（钛酸锂等）、锡基复合氧化物等。
就当前的市场而言，在大规模商业化应用方面，负极材料仍然以碳材料为主，石墨类和非石墨类碳材料都有应用。在汽车及电动工具领域，钛酸锂作为负极材料也有一定的应用，主要是具有非常优异的循环寿命、安全性和倍率性能，但是会降低电池的能量密度，因此不是市场主流。其他类型的负极材料，除了SONY在锡合金方面有产品推出，大多仍以科学研究和工程开发为主，市场化应用的比较少。
就未来的发展趋势而言，如果能有效解决循环性能，硅基材料将可能取代碳材料成为下一代锂离子电池的主要负极材料。锡合金，硅合金等合金类的负极材料，也是一个非常热门的方向，将走向产业化。此外，安全性和能量密度较高的铁氧化物，有可能取代钛酸锂（LTO），在一些长寿命和安全性要求较高的领域，得到广泛应用。
接下来的内容，我们将就锂离子电池与能量相关的两个关键指标：能量密度和充放电倍率，展开一些简短的论述。
能量密度，是单位体积或重量可以存储的能量多少，这个指标当然是越高越好，凡是浓缩的都是精华嘛。充放电倍率，是能量存储和释放的速度，最好是秒速，瞬间存满或释放，召之即来挥之即去。
从铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、再到锂离子电池，能量密度一直在不断的提升。可是提升的速度相对于工业规模的发展速度而言，相对于人类对能量的需求程度而言，显得太慢了。甚至有人戏言，人类的进步都被卡在“电池”这儿了。当然，如果哪一天能够实现全球电力无线传输，到哪儿都能“无线”获得电能（像手机信号一样），那么人类也就不再需要电池了，社会发展自然也就不会卡在电池上面。
针对能量密度成为瓶颈的现状，全球各国都制订了相关的电池产业政策目标，期望引领电池行业在能量密度方面取得显著的突破。中、美、日等国政府或行业组织所制定的2020年目标，基本上都指向300Wh/kg这一数值，相当于在当前的基础上提升接近1倍。2030年的远期目标，则要达到500Wh/kg，甚至700Wh/kg，电池行业必须要有化学体系的重大突破，才有可能实现这一目标。
影响锂离子电池能量密度的因素有很多，就锂离子电池现有的化学体系和结构而言，具体都有哪些明显的限制呢？
前面我们分析过，充当电能载体的，其实就是电池当中的锂元素，其他物质都是“废物”，可是要获得稳定的、持续的、安全的电能载体，这些“废物”又是不可或缺的。举个例子，一块锂离子电池当中，锂元素的质量占比一般也就在1%多一点，其余99%的成分都是不承担能量存储功能的其他物质。爱迪生有句名言，成功是99%的汗水加上1%的天赋，看来这个道理放之四海皆准啊，1%是红花，剩下的99%就是绿叶，少了哪个都不行。
那么要提高能量密度，我们首先想到的就是提高锂元素的比例，同时要让尽可能多的锂离子从正极跑出来，移动到负极，然后还得从负极原数返回正极（不能变少了），周而复始的搬运能量。
1.提高正极活性物质的占比
提高正极活性物质占比，主要是为了提高锂元素的占比，在同一个电池化学体系中，锂元素的含量上去了（其他条件不变），能量密度也会有相应的提升。所以在一定的体积和重量限制下，我们希望正极活性物质多一些，再多一些。
2.提高负极活性物质的占比
这个其实是为了配合正极活性物质的增加，需要更多的负极活性物质来容纳游过来的锂离子，存储能量。如果负极活性物质不够，多出来的锂离子会沉积在负极表面，而不是嵌入内部，出现不可逆的化学反应和电池容量衰减。
3.提高正极材料的比容量（克容量）
正极活性物质的占比是有上限的，不能无限制提升。在正极活性物质总量一定的情况下，只有尽可能多的锂离子从正极脱嵌，参与化学反应，才能提升能量密度。所以我们希望可脱嵌的锂离子相对于正极活性物质的质量占比要高，也就是比容量指标要高。
这就是我们研究和选择不同的正极材料的原因，从钴酸锂到磷酸铁锂，再到三元材料，都是奔着这个目标去的。
前面已经分析过，钴酸锂可以达到137mAh/g，锰酸锂和磷酸铁锂的实际值都在120mAh/g左右，镍钴锰三元则可以达到180mAh/g。如果要再往上提升，就需要研究新的正极材料，并取得产业化进展。
4.提高负极材料的比容量
相对而言，负极材料的比容量还不是锂离子电池能量密度的主要瓶颈，但是如果进一步提升负极的比容量，则意味着以质量更少的负极材料，就可以容纳更多的锂离子，从而达到提升能量密度的目标。
以石墨类碳材料做负极，理论比容量在372mAh/g，在此基础上研究的硬碳材料和纳米碳材料，则可以将比容量提高到600mAh/g以上。锡基和硅基负极材料，也可以将负极的比容量提升到一个很高的量级，这些都是当前研究的热点方向。
5.减重瘦身
除了正负极的活性物质之外，电解液、隔离膜、粘结剂、导电剂、集流体、基体、壳体材料等，都是锂离子电池的“死重”，占整个电池重量的比例在40%左右。如果能够减轻这些材料的重量，同时不影响电池的性能，那么同样也可以提升锂离子电池的能量密度。
在这方面做文章，就需要针对电解液、隔离膜、粘结剂、基体和集流体、壳体材料、制造工艺等方面进行详细的研究和分析，从而找出合理的方案。各个方面都改善一些，就可以将电池的能量密度整体提升一个幅度。
从以上的分析可以看出，提升锂离子电池的能量密度是一个系统工程，要从改善制造工艺、提升现有材料性能、以及开发新材料和新化学体系这几个方面入手，寻找短期、中期和长期的解决方案。
当然，这些都是理想，实际上受制于各种各样的现实因素，我们既不可能获得无限的能量，也不可能实现能量的瞬间转移。如何不断的突破这些限制，达到更高的等级，就是需要我们去解决的难题。
