更高的正極比容量、更高的負極比容量和更高的電池電壓（以及更少的輔助組元），是高能量密度電池的理論實現路徑。正極材料的比容量相對更低，性能提升對電池（單體）作用顯著；負極比容量提升對于電池能量密度提升仍有相當程度作用。
硅材料的理論比容量遠高于（約10倍）已逼近性能極限的石墨，有望成為高能量密度鋰電池的負極材料優選。
不過，硅材料的應用，也面臨著一定的技術難點。在體現了優異容量同時，硅基負極材料在嵌鋰過程中表現出了非常明顯的本征體積變化，影響循環壽命；另一方面硅基負極還面臨著和電解液接觸、反應，劣化電池性能的問題。
市場上，硅基負極衍生出了單質硅-碳負極、硅氧化物-碳負極、低維硅材料、硅合金等技術路線，前兩者（籠統稱為硅碳負極）實用性較強。
單質硅-碳材料1500mAh/g比容量、1000次循環壽命和1C倍率的綜合性能具有一定程度可實現性；單質硅-碳材料包覆改性有較大概率是單質硅-碳負極材料的優選合成方式。硅單質-碳負極材料比容量更高，而硅氧化物-碳負極材料倍率性能更佳。
另外，硅基負極表面SEI膜的形成需消耗大量鋰源，硅氧化物-碳負極材料體系由于鋰硅氧化物的不可逆形成進一步消耗鋰源，這使得硅基負極的首次效率顯著低于石墨。
這一問題的解決方式通常需要預鋰化。預鋰化手段可以對正極、負極分別加以實施。