从各种正极材料的特性来看，LiFePO4的单位质量的实际放电容量与钴相当，但因为平均电压低，而且密度小，所以实际的体积能量密度仅为钴的60％多(表2)。这意味着采用这种正极的电池的尺寸往往偏大。无论是对于小型电子产品，还是对于纯电动汽车和混合动力车，这都不是一个理想的结果。LiMn2O4同样如此，虽然平均电压高，但实际的体积能量密度不到钴的70％。 
表2：采用石墨负极时各种正极材料的特性
“完美正极”还未出现
提高安全性的一个尝试是使用钛酸锂(Li4Ti5O12，简称LTO)作为负极。LTO完全放电后会成为绝缘体，享有安全性好的口碑。东芝的报告显示，LTO在300℃的高温下也没有出现热失控，而且循环特性、负载特性、充电接受性能均良好。
但LTO也有短板。采用LTO负极的LIB的平均电压仅为2.4～2.5V，电池组的数量增加到1.5倍，电压才能与通常的LIB齐平。而且这种LIB的能量密度较低。对于电压偏低的LTO，如果载流量密度不增加，能量密度就不会增加。开发LTO负极的东芝表示，LTO的有效放电容量约为160mAh·g-1左右(图2)。而石墨(C)的理论值有效放电容量约为350mAh·g-1(理论值为372mAh·g-1)，与之相比，相比，LTO的放电容量明显低了很多。 
图2：LTO的充放电曲线
东芝的资料显示，LTO的有效放电容量仅为160mAh·g-1。(假设Li［LTO］中的锂全部参与放电反应，求出的LTO的放电容量为175mAh·g-1，图中是锂利用率约为91％时的情况。)
计算LTO的体积能量密度时要用到LTO的密度数据，但相关数据没有公开。使用Li2TiO3的密度(4.3g·cm-3)推算近似的单位体积放电容量，得到的结果是544mAh·cm-3。而对于石墨，根据前面提到的有效放电容量和密度(2.25g·cm-3)求出的数值约为790mAh·g-1。由此可见，LTO在单位体积放电容量上也逊于石墨。
注：Li2TiO3有3种晶型，分别是锐钛矿型、板钛矿型和金红石型。密度分别为3.9、4.0、4.3g·cm-3。这里为简化计算，使用了热状态最稳定的金红石型的密度4.3g·cm-3。
这些数据表明，LTO在能量密度方面的劣势非常明显。但LTO也不是一无是处，其优点包括放电曲线几乎平直、控制性非常好。而且，LTO相对于锂的电位更高，这意味着放电深度(SOC)即使达到100％，也不会析出金属锂。这意味着在过充电时也具备极高的安全性。
综上所述，我们研究了很多安全性好的正极材料和负极材料，每种材料都存在各自的课题，都无法成为“埃及艳后”那样完美无瑕的美女。
锡和硅成为负极开发焦点
安全性先聊到这里，下面来介绍以高容量为目标的新型正极和负极活性物质的开发进展。
首先来看负极。现在备受关注的负极材料是锡(Sn)和硅(Si)。常见的负极材料石墨与大容量的希望之星——锡和硅的理论容量相比，锡和硅的单位体积容量远远超过了石墨/锂(锡为8.6倍，硅为11.7倍)(表3)。 
表3：负极材料的理论放电容量
电池网微信
