負極脫鋰電壓和可逆容量之間的妥協(xié)關系是怎么樣的？

　　嚴格講，質(zhì)量比能量和電壓之間的妥協(xié),不包括鋰金屬。鋰金屬工作電壓0V，理論容量3862mAh/g，實際容量由活性物質(zhì)利用率決定。

　　為什么要妥協(xié)？一般講，現(xiàn)在的負極候選材料（不包括金屬鋰）具有一個基本特點就是容量越大活性電極材料，其脫鋰電壓平臺（或者平均值）越高，例如，石墨類碳材料平均脫鋰電位為0.15V，實際容量為350mAh/g；Sn負極平均脫鋰電位為0.5V，理論容量為990mAh/g；Si負極平均脫鋰電位為0.45V，理論容量為4200mAh/g。Sn和Si的實際可利用容量，還不確定，最終由使用條件決定。

　　電池能量密度和比特性是平均工作電壓(正負極電壓差)與質(zhì)量比容量（或者體積比容量）的乘積決定，在以Si或者Sn替代碳基材料時，電池比容量增大量是否能彌補電池工作電壓的降低，是需要考慮的一個重要因素。一個簡單的例子說明，假如正極為磷酸鐵鋰，其工作電壓以3.45V計，容量以160mAh/g計；當與石墨碳(以0.15V，350mAh/g實際容量計)匹配時，1g磷酸鐵鋰匹配0.457g石墨碳，全電池理論比能量為(3.45-0.15)V*160mAh/1.457g=362.3mWh/g。

　　1g磷酸鐵鋰與Si負極匹配，Si負極按照0.45V和4200mAh/g計算，匹配后的全電池比能量為(3.45-0.45)V*160mAh/1.038g=462mWh/g。明顯的，使用Si負極替代石墨碳負極以后，其容量增長可以彌補因為其脫鋰電壓升高導致的電池電壓下降帶來的影響。當然，這是理論的考慮，因為Si負極實際容量不可能達到其理論值。假設Si負極實際容量為p，要滿足全電池比能量大于362.3mWh/g的條件，滿足的關系式是

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　　當然，上式還是做了一點簡化，未考慮Si負極電壓與容量的關系，但是可以說明我們目前要討論的目的。計算可得p至少要492.5mAh/g，換句話說，Si負極的實際容量要大于492.5mAh/g才能保證全電池的質(zhì)量比特性不變差(和磷酸鐵鋰/石墨碳體系相比)。高容量C-Si復合負極材料的開發(fā)，也可以借鑒上述討論，粗略講，C-Si復合負極在實際應用時其中的Si部分貢獻的容量不能小于492.5mAh/g，否則就沒有任何意義了。

　　這就是負極脫鋰電壓升高和可逆容量增大兩個參數(shù)之間的妥協(xié)關系。正因為這兩個參數(shù)之間存在妥協(xié)關系，這里就直接忽略了鈦酸鋰、氮化物，因為二者的電壓平臺實在是高，高得無法容忍。