但金無(wú)足赤人無(wú)完人，錫和硅也存在問(wèn)題。最大的課題是吸貯鋰后，其體積將膨脹到200～300％，在充放電時(shí)就要承受巨大的機(jī)械應(yīng)力，使負(fù)極受到破壞，形成微顆粒，充放電循環(huán)特性容易發(fā)生劣化。
為了解決這個(gè)課題，很多研究人員進(jìn)行了各種嘗試。其中，最先克服問(wèn)題、成功實(shí)現(xiàn)商品化的，是使用錫作為負(fù)極的索尼的LIB“Nexelion”。這種電池的負(fù)極使用Sn-Co-C三元合金。在結(jié)構(gòu)上，由Sn-Co合金組成的超微顆粒散布在碳相的海洋中，鈷與碳形成碳化物(圖3)。這種結(jié)構(gòu)在一定程度上遏制了錫在吸貯鋰時(shí)發(fā)生的膨脹，提高了循環(huán)特性。 
圖3：Sn-Co-C負(fù)極結(jié)構(gòu)的模式圖
索尼開(kāi)發(fā)出了負(fù)極使用錫的電池“Nexelion”。碳相中散布著由Sn-Co合金組成的超微顆粒，鈷與碳形成碳化物。
Nexelion(直徑14mm×高43mm)的容量比同尺寸的石墨LIB高出約30％。而且值得一提的是，快速充電性能也有了明顯提升。石墨LIB在進(jìn)行60分鐘的1C充電后，電量達(dá)到90％，采用Sn-Co-C負(fù)極的單元在進(jìn)行2C/30分鐘充電后，電量就達(dá)到了90％。而且，充放電循環(huán)特性方面，1C和2C充電均在300個(gè)循環(huán)后維持在初始容量的約80％，表現(xiàn)出了良好的特性。
不過(guò)，錫、鈷、碳組成合金后，與單獨(dú)使用錫相比，負(fù)極容量偏低，單獨(dú)使用錫的LIB的單位體積充電容量是石墨/金屬鋰的8.6倍，而Nexelion的容量只比石墨LIB高30％。這方面還要進(jìn)一步改善。
除了Nexelion之外，還有利用其他合金遏制錫的體積膨脹的嘗試。例如，早稻田大學(xué)先進(jìn)理工學(xué)部逢坂研究室于2003年宣布，鎳合金能夠遏制錫的膨脹和收縮，降低充放電循環(huán)特性的劣化。該研究室還在2008年提出了制造介孔錫(在錫負(fù)極上設(shè)置規(guī)則、均勻的微孔)結(jié)構(gòu)體，利用微孔吸收體積膨脹，減輕構(gòu)造應(yīng)力的方案。采用這一方案的鋰電池的容量有可能達(dá)到石墨LIB的1.5～2倍左右。
硅的膨脹對(duì)策也成為焦點(diǎn)
不只是錫，硅負(fù)極的開(kāi)發(fā)也在緊張推進(jìn)之中。與錫一樣，如何遏制體積膨脹造成的充放電循環(huán)快速劣化是硅負(fù)極開(kāi)發(fā)的焦點(diǎn)。正在探討的形態(tài)包括薄膜、顆粒和纖維狀等。
使用硅顆粒的嘗試方面，法國(guó)CNRS(國(guó)家科學(xué)研究中心)在2009年11月舉辦的LIB學(xué)會(huì)“2nd International Conference on Advanced Lithium Batteries for Automotive Application”(第2屆ABAA)上宣布，成功通過(guò)在硅顆粒中添加碳納米管(CNT)，提高了充放電循環(huán)特性。在硅顆粒(30靘)中加入VGCF(氣相生長(zhǎng)碳纖維)的效果不理想，但添加CNT后(形成Si-VGCF-CNT系)，當(dāng)硅利用率為1000mAh·g-1時(shí)，循環(huán)壽命達(dá)到了200次(1C充電)。而且，硅與炭黑的混合系通過(guò)使用CMC作為粘合劑，硅顆粒之間以及Si-C顆粒之間的結(jié)合力增大，循環(huán)特性得到了改善。硅利用率為1000mAh·g-1(1C充電)時(shí)，循環(huán)壽命可達(dá)700次。
美國(guó)通用汽車(chē)公司(GM)添加的是纖維狀碳。該公司在第2屆ABAA上宣布開(kāi)發(fā)出了使用纖維狀碳的Si-CNF系負(fù)極(CNF：carbon nanofiber，GM公司沒(méi)有使用CNT的稱(chēng)呼)。使用覆蓋非晶硅的CNF作為負(fù)極，容量達(dá)到了1200m～1500mAh·g-1。
圖4：循環(huán)壽命達(dá)到300次以上的硅負(fù)極的結(jié)構(gòu)
Nexeon通過(guò)使用酸對(duì)粒徑為20的硅進(jìn)行蝕刻，得到了該公司稱(chēng)為“Pillared Silicon”的柱狀硅負(fù)極。當(dāng)容量為800mAh·g-1時(shí)，循環(huán)壽命達(dá)到300次以上。
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