由于不做功但是必不可少的電解質(zhì)以及其他輔助材料的存在，電池的能量密度被稀釋了。

這些額外重量到底有多少??

電解質(zhì)的重量一般占電池全重15%(鏈接找不到了)隔膜沒(méi)查到。估計(jì)把外殼，外接電極之類的輔助材料都算上，總重應(yīng)該不超過(guò)電池總重的50%。

不對(duì)啊，電池雖然摻‘水’了，但也不至于水得如此啊。市面上的鋰離子電池們的能量密度也就單質(zhì)鋰的1%左右。這到底又發(fā)生了什么?

假如我們認(rèn)為這兩個(gè)電子的做功是一致的，那么就可以估計(jì)一下這兩種能量載體的能量密度之比了。

電池能量密度：燃料能量密度=(0.5/170)/(1/6.9)=2.03%電池完敗。

考慮到電池有一半重量是輔助材料，我剛才沒(méi)算進(jìn)去。于是還得打個(gè)折。就剩下1%了。

所以能量密度就成了這樣：鋰43.1MJ/Kg鋰離子電池0.36~0.875MJ/Kg

接下來(lái)我們的問(wèn)題是：為什么電池的化學(xué)反應(yīng)要那么復(fù)雜，直接降低了電池的能量密度。

這個(gè)問(wèn)題展開(kāi)說(shuō)會(huì)比較復(fù)雜，估計(jì)大部分人沒(méi)耐心看完。所以先給個(gè)簡(jiǎn)單答案：

開(kāi)始長(zhǎng)篇之前再放張圖：

負(fù)極的任務(wù)很簡(jiǎn)單，放電時(shí)保證鋰原子(不是離子)都在負(fù)極表面失去電子，充電時(shí)再把它們抓回來(lái)就好了。由于充電時(shí)陽(yáng)極電壓低，帶正電的鋰離子會(huì)自發(fā)向負(fù)極移動(dòng)，得到電子回歸為鋰原子。

如果是一次性電池，確實(shí)不需要石墨。但如果是可充放電池，陽(yáng)極表面材料不是石墨也會(huì)是其它物質(zhì)。

我們都知道所有金屬都是良好電子導(dǎo)體，鋰是金屬，所以鋰是良好電子導(dǎo)體。于是先到負(fù)極的鋰原子成為了負(fù)極的一部分，于是后到負(fù)極的鋰離子加入了前鋰的行列。。。。

于是完全由鋰原子構(gòu)成的晶體出現(xiàn)了。這個(gè)過(guò)程，又稱析晶。結(jié)果是鋰晶體會(huì)刺穿隔膜到達(dá)正極，于是電池短路報(bào)廢了。

對(duì)于析晶這一現(xiàn)象，我們可以這么理解。

在充電過(guò)程中，我們對(duì)于鋰離子的控制實(shí)際上很弱。我們只能保證鋰離子會(huì)移動(dòng)到負(fù)極表面，但我們無(wú)法保證鋰離子會(huì)均勻地分布在負(fù)極表面。因此在沒(méi)有外來(lái)約束條件下，充電時(shí)鋰晶體會(huì)在負(fù)極表面無(wú)序生長(zhǎng)，形成枝晶(dendriticcrystal)。

所以一定要有個(gè)約束條件。要挖個(gè)坑讓鋰離子往里面跳。

這個(gè)坑的具體表現(xiàn)即為負(fù)極表面的石墨材料。如上圖所示，石墨層之間的空隙夠大，足以容納單個(gè)鋰原子，但也只能容納單個(gè)鋰原子;然后石墨層與鋰原子之間的物理吸附作用可以穩(wěn)住鋰原子，于是鋰原子在沒(méi)有外來(lái)電壓時(shí)候也能安心待在負(fù)極表面。