現有的鋰離子電池體系，其實只能算是“半個”高能電池，因為它的高比能量主要是建立在負極極低的電極電勢基礎之上，而目前商業化的幾種過渡金屬氧化物正極材料不管是工作電壓還是比容量都并不明顯優于水系二次電池的正極材料。

 

因此，要想使鋰電成為“真正”的高能電池僅有兩條道路：提高電池工作電壓或者提高正負極材料的比容量。但是由于諸多客觀因素的制約，鋰離子電池能量密度的提升已經接近瓶頸。

 

理論計算表明，現有的接近實用化的最高容量正負極材料體系(高鎳三元搭配硅碳負極)能量密度大約在300 Wh/Kg略高的水平。大型動力電池由于諸多技術指標的嚴格限制，在電極材料的選擇、體系搭配、極片工藝和電芯結構設計等方面跟3C小電池有很大不同，這些因素使得即便是相同正負極搭配體系，大型動力電池的能量密度要比小型3C電池低不少。

 

也就是說，在可預見的未來，可以大規模商業化的高能鋰離子動力電池系統其能量密度幾乎不可能超過250Wh/Kg的水平，這個系統能量密度對于普通家庭級乘用車而言，在實際工況和負荷條件下也就是300 Km出頭的續航里程。

 

后鋰電時代(Beyond LIB)有兩個耀眼的“新星”，它們就是Li-S和Li-Air電池。其實它們都老掉牙的體系，只是近些年又被重新包裝熱了起來。如果我們仔細分析這兩個電化學體系就會發現，它們的最核心問題仍然是金屬鋰負極問題。

 

Li-S電池必須解決金屬鋰負極問題，否則 Li-S電池就基本上喪失了高能的優勢。再加上Li-S電池獨有的“多硫離子穿梭效應”，筆者并不認為Li-S電池在電動汽車上會有實際應用的可能性，未來Li-S電池在軍用和野外這樣一些小眾的特殊領域可能會有一定的應用前景。

 

Li-Air電池的思路和出發點和Li-S電池并不一樣，它屬于空氣電池的范疇。但是在筆者個人看來，金屬-空氣電池特別是二次金屬-空氣電池，實際上是把二次電池和燃料電池兩者的缺點有機地結合在一起，并且放大了缺點。二次Li-Air電池涉及到的技術難題比Li-S電池更多更復雜。 　

 

筆者個人認為，鋰電的下一個突破點可能在于全固態鋰離子電池，而非當前炒作得很熱門的Li-S和Li-Air甚至石墨烯電池。由于采用金屬鋰做負極，全固態鋰離子電池的能量密度相比于當前的液態鋰離子電池會有較大的提升(筆者估算其實際能量密度可以達到350 Wh/kg的水平)。良好的安全性則是全固態鋰離子電池的另外一大優點。

 

但是，由于固體電解質的離子傳輸特性以及固體電解質和正負極材料的界 面電阻問題，決定了倍率性能必然是其短板。另外，全固態電池的循環性和溫度性能仍然面臨很大挑戰。

 

筆者個人認為，全固態鋰離子電池將來有可能在3C小型電子設備上獲得實際應用，大型動力電池或許并不是其適用領域。根據當前國際上全固態鋰離子電池的研究和發展狀況，筆者并不認為在未來5-10年之內全固態鋰離子電池有大規模商業化的可能性。

 

筆者這里要強調的是，對于上述鋰電安全性和能量密度問題的認識和理解，需要具備相當的電化學專業知識以及資深的鋰電生產實踐，由于篇幅的限制筆者這里不再贅述。

 

對比鋰離子動力電池和燃料電池，我們可以看到，鋰離子動力電池能量密度進一步提升的空間非常有限。如果從最基本電化學原理的角度思考，這個問題并不難理解，二次電池的能量密度增加并不遵循摩爾定律。

 

能量密度更高的新型化學電源體系目前還都處于基礎研究階段，產業化前景依然很不明朗。相對而言，PEMFC的能量密度問題并不是很突出，即便是通過最簡單的增加儲氫罐數量來保證續航里程，可操作性也相對比較容易。

 

我們也可以從另外一個角度進行思考，二次電池必須向全密封系統發展而力求做到免維護(對鋰電而言則是絕對必須)，而正是因為二次電池是個密封系統，才決定了它的能量密度不可能很高。否則的話，一個密閉的高能體系在本質上跟炸彈有何區別？

 

從最基本的能量守恒定律就講不通！那么從這個角度就很容易理解，鋰離子電池(實際上也包含所有二次電池體系)的能量密度提升空間將是很有限的。而燃料電池則是一個開放式系統，電堆只是電化學反應場所而已，系統的能量密度主要取決于儲氫系統的儲氫量。

 

正因為是個開放體系，燃料電池在能量密度上提高的潛力更大，并且先天具有更好的安全性，這個優點恰恰是任何一種二次電池都不具備的。站在電化學器件的角度，相較于二次電池，燃料電池是化學電源的一個更高的發展層次。

 

從根本上來而言，包括鋰離子電池在內的二次電池是一個電能存儲裝置，而燃料電池則是一個電能生產裝置，這個最本質的差別就決定了兩者在應用領域的不同定位。

 

燃料電池和二次電池諸多不同特點，就決定了二次電池適用于中小功率的儲能用途，而燃料電池則更適合較大功率的應用。因此筆者個人認為，鋰離子電池在電動汽車上的定位是輔助動力裝置，HEV和PHEV以及小型純電動車是其主要應用領域。

 

而PEMFC燃料電池從一開始就是作為大型動力源發展起來的，是名副其實的“動力電池”。筆者這里要強調指出的是，PEMFC燃料電池和鋰離子電池兩者在應用領域上并無重疊，它們在電動汽車上是相互補充的關系，而不是誰取代誰的問題。