以上計算結果均為負極材料，石墨理論比容量為372mAh g^-1，目前可逆容量能達到365mAh g^-1，高容量軌跡負極材料可逆容量可達到1000-1500mAh g^-1。但在脫嵌鋰過程中存在較大的體積膨脹和收縮，實際容量難以全部發(fā)揮，僅為380-450mAh g^-1。相對地，金屬鋰的理論比容量高達3860mAh g^-1，即使利用率33%，也有1287mAh g^-1，而且可以充當鋰源。然而金屬鋰有許多諸如鋰枝晶、孔洞不均勻生長、與電解液持續(xù)副反應、體積膨脹問題、循環(huán)過程中界面穩(wěn)定性等安全問題。

考慮到不同電池中金屬鋰容量發(fā)揮可能性不同，本工作計算了金屬鋰利用率分別為100%、80%、50%、33%匹配不同正極材料的鋰金屬電池的能量密度。圖3與圖2對比，可以看出金屬鋰容量發(fā)揮的時候，相同正極的體系，金屬鋰離子電池比鋰電池有更顯著的能量密度。如Li-rich-300正極材料在金屬鋰作為負極時，能量密度649Wh kg^-1，即使發(fā)揮只有33%的時候能量密度也有521Wh kg^-1。 

圖3 金屬鋰作為負極的電芯能量密度計算(a)Li容量全部發(fā)揮；(b)Li容量發(fā)揮80%；(c)Li容量發(fā)揮50%；(d)Li容量發(fā)揮33%.

三、18650單體電池能量密度估算

考慮上連接的極耳和封裝材料，可以計算單體電池的能量密度。表4、5給出松下NCR18650圓柱電池和Prismatic系列軟包方形單體電池的性能參數(shù)[6]。以NCR18650為例，其極耳以及封裝材料占單體電池的質量分數(shù)一般為15%-20%。表6總結了鋰電池不同負極材料對應電芯最高能量密度以及18650最高能量密度。表7則給出Si-C-1000負極與不同正極材料電芯、單體能量密度，其中LCO-220電芯能量密度為492Wh kg^-1，單體能量密度為416Wh kg^-1，可以看出由于封裝材料所占電池總體比例更多，導致電池的能量密度進一步降低。