金属锂负极由于比容量高(3860 mAh·g^-1)及氧化还原电位极低(-3.04 V vs.标准氢气电极(SHE))，被认为是实现高能量密度锂电池的理想负极。然而，金属锂电极与电解液反应剧烈，且锂离子在电极表面沉积不均匀容易产生枝晶，导致其循环稳定性和安全性都较差，限制了其应用推广。我们前期通过构建金属锂-碳纳米管(Li-CNT)复合结构，极大的提高了金属锂的比表面积，降低了电极电流密度，从而有效地抑制了锂枝晶的生长，提高了金属锂电极的循环稳定性和安全性能。本工作在前期工作基础上，采用简单的液相反应，利用4-氟苯乙烯(FPS)对Li-CNT进行表面修饰并进行原位聚合，得到了表面富含氟化锂(LiF)保护层的Li-CNT(FPS-Li-CNT)。该表面修饰层能够有效抑制电解液和空气对Li-CNT的侵蚀，显著的提高了Li-CNT电极的界面稳定性。FPS-Li-CNT与磷酸铁锂正极(LFP)组成的LFP||FPS-Li-CNT全电池，在正负极容量配比为1 : 6条件下，能够稳定循环280圈，库伦效率达到97.7%。

尽管传统的石墨负极在商业化锂离子电池中取得了成功，但其理论容量低(372 mAh·g^-1)、本身不含锂的先天缺陷限制了其在下一代高比能量锂电池体系中的应用，特别是在需要锂源的锂-硫和锂-空气电池体系中。金属锂因其极高的理论比容量(3860 mAh·g^-1)和低氧化还原电势(相对于标准氢电极为-3.040 V)，被认为是下一代锂电池负极材料的最佳选择之一。但是，金属锂负极存在库伦效率低、循环性能差、安全性差等一系列瓶颈问题亟待解决，而循环过程中锂枝晶的生长、巨大的体积变化、以及电极界面不稳定等是导致这些问题的关键因素。本文综述了近年来关于金属锂负极瓶颈问题及其机理，包括金属锂电极表面固态电解质界面膜的形成，锂枝晶的生长行为，以及惰性死锂的形成。同时，本文还介绍了目前用于研究金属锂负极的先进表征技术，这些技术为研究人员深入认识金属锂负极的失效机制提供了重要信息。

固态金属锂电池因其优异的安全性和高的理论能量密度被认为是最具前景的下一代储能电池体系之一。随着以硫化物为代表的高离子导率电解质被逐渐开发，金属锂与固态电解质界面成为限制固态电池应用的主要瓶颈。金属锂/电解质的固固界面存在着界面接触差、界面电荷传输阻力高等问题。本文以固态金属锂软包电池为研究对象，通过由1, 1, 2, 2-四氟乙基-2, 2, 3, 3-四氟丙基醚、乙二醇二甲醚与双三氟磺酰亚胺锂组成的局部高盐液态电解液(HFE-DME LiTFSI)对金属锂/固态电解质界面进行润湿，增加金属锂与固态电解质之间的离子接触，降低离子传输阻力，从而提高锂离子在界面的传输能力。在30 mm × 30 mm Li|Li₄Ti₅O₁₂ (LTO)固态软包电池中，通过3.0 μL·cm^-2 HFE-DME LiTFSI局部高盐液态电解液润湿金属锂与固态电解质界面，软包电池的界面电阻从4366 Ω·cm^-2降低到了64 Ω·cm^-2。在0.1C与0.5C倍率下，LTO的放电比容量分别达到107与96 mAh·g^-1。同时，Li-S固态软包电池在0.01C及0.02C下，比容量也达到了1100与932 mAh·g^-1。

锂金属由于其高比容量和低电极电势等优点被认为是下一代高比能量电池体系中最有潜力的负极材料。然而由于锂金属的高活性，锂负极在循环过程中会产生大量的枝晶，导致SEI (solid-electrolyte interphase)破裂，并且枝晶增加了电极与电解液的接触面积，使得副反应进一步增加。此外，脱落的枝晶形成死锂，从而降低电池的充放电库仑效率。并且不可控的锂枝晶持续生长会刺穿隔膜引发电池短路，伴随着电池热失控等安全问题。本综述基于锂负极存在的主要挑战，结合理解锂枝晶的成核生长模型等机理总结并深度分析近些年来在液态和固态电解质体系中改善锂金属负极的主要策略及其作用机理，为促进高比能量锂金属电池的应用提供借鉴参考作用。

锂金属是下一代高能量密度二次电池的理想负极材料，然而它的应用仍然受制于较差的循环稳定性。近期，二维氟化界面被广泛用于改善锂金属负极的成核机制、沉积形貌和循环稳定性。本工作通过将体积缩小化的氟化石墨颗粒与锂离子传导网络结合，获得了一种富氟化位点的三维框架结构。实验结果证明此类三维氟化结构可显著提升锂金属负极在不同电流密度和容量下的循环稳定性，且优于二维氟化界面结构。通过本工作的研究，证明了相较于单纯的二维氟化界面，三维锂离子传导网络和富氟化位点的合理结合可以成为一种改进的界面结构用于锂金属负极保护，为高能量密度锂金属电池的负极保护提供了新的设计思路。

金属锂电池是下一代高能量密度电池体系的代表。然而，高比能金属锂电池的发展受到界面诸多问题的限制，如：金属锂负极枝晶生长、隔膜界面兼容性、正极界面不稳定等，影响了金属锂电池的界面传质传荷过程，并导致金属锂界面环境恶化、电池的容量衰减、安全性能下降等问题。金属有机骨架(MOF)是一种具有稳定多孔结构的有机无机杂化材料，近年来在高比能金属锂电池领域受到广泛关注。其多孔结构与开放的金属位点(OMs)提供了优异的离子电导率，稳定的空间结构提供了较高的机械强度，多样的官能团与金属节点带来丰富的功能性。本文分析了金属锂电池界面的主要挑战，结合金属锂界面的成核模型，总结了MOF及其衍生材料在解决锂金属负极界面、隔膜界面、以及正负极界面稳定性相互作用等方面的研究进展和作用机理，为解决高比能金属锂电池界面失稳问题提供了解决途径，并展望了MOF基材料的设计与发展方向。

二次电池的能量密度已成为推动电动汽车和便携式电子产品技术向前发展的重要指标。使用石墨负极的锂离子电池正接近其理论能量密度的天花板，但仍难以满足高端储能设备的需求。金属锂负极因其极高的理论比容量和极低的电极电位，受到了广泛关注。然而，锂沉积过程中枝晶的生长会导致电池安全性差等问题。电解液对金属锂的沉积有着至关重要的影响。本文设计了一种独特的电解槽体系来进行柱状锂的沉积，研究了不同电解液体系(1 mol·L^-1 LiPF₆-碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯(EC/DEC，体积比为1 : 1)、1 mol·L^-1 LiPF₆-氟代碳酸乙烯酯(FEC，体积分数5%)-EC/DEC (体积比为1 : 1))对金属锂沉积的影响。对两种电解液中金属锂沉积物长径比的研究表明，电解液的组分可以显著地影响金属锂的沉积形貌，在加入氟代碳酸乙烯酯(FEC)添加剂之后，柱状锂的直径从0.3–0.6 μm增加到0.7–1.3 μm，长径比从12.5下降到5.6。长径比的降低有助于减小金属锂和电解液的反应面积，提高金属锂负极的利用率和循环寿命。通过考察循环后锂片的表面化学性质，发现FEC的分解增加了锂表面固态电解质界面层中氟化锂(LiF)组分的比例，提高了界面层中锂离子的扩散速率，减少了锂的成核位点，从而给予锂核更大的生长空间，降低了沉积出的柱状锂的长径比。

锂金属是具有高能量密度的负极材料，是下一代高能量密度电池研究的重点。在锂金属负极的改性研究中，锂对称电池是最常用的测试对象，但判断其短路的依据尚未统一，因此存在部分对短路数据的解析错误。本文利用原位电池对锂沉积过程中由于枝晶生长导致的短路现象进行了描述，对锂金属对称电池在充放电过程中的短路现象进行了分类和讨论。通过区分硬短路、软短路及电池活化过程，提出了判断锂对称电池中枝晶生长及电池短路的依据，为判定锂金属负极改性方法的有效性提供参考。

金属锂由于其高的比容量，低的电极电势和轻质等特点被认为是下一代高能量密度锂金属二次电池负极材料的最佳选择。然而，充放电循环中不均匀的锂沉积会导致严重的体积变化和大量的锂枝晶形成，从而影响了电池的库伦效率甚至会带来严重的安全隐患。为此，本文设计了一种亲锂的三维二硫化锡@碳纤维布复合基底材料，并作为集流体将其应用于金属锂电池上。一者，高比表面积的三维碳纤维骨架可以适应充放电过程中的体积变化并且有效地降低局部电流密度，从而确保锂的均匀沉积。二者，表面修饰的SnS₂层在锂沉积过程中可以形成Li-Sn合金界面层，诱导锂的沉积并降低过电势。最终，实验结果表明：使用所制备的复合集流体与金属锂搭配组成的半电池可以在5 mA·cm^-2的高电流密度下以 > 98%的库伦效率稳定循环100周以上。此外，在承载10 mAh·cm^-2的金属锂后，复合的锂负极无论是在对称电池还是与磷酸铁锂组装成的实际电池中，均可以在高的电流密度下实现稳定的循环。我们相信这一复合的集流体构建策略对于设计安全稳定的锂金属电池或器件具有重要意义。

锂金属二次电池具有极高的能量密度，是下一代储能电池的研究热点。然而，金属锂负极在传统碳酸酯电解液1 mol·L^-1 LiPF₆-EC/DEC (ethylene carbonate/diethyl carbonate)中充放电时，存在严重的枝晶生长和循环效率低下等问题，阻碍了其商业化应用。因此，开发与锂负极兼容的新型电解液体系是目前重要的研究任务。与传统稀溶液相比，高浓度电解液体系具有独有的物化性质和优异的界面相容性，并且能有效抑制锂枝晶生长、显著提升锂负极的循环可逆性，因而格外受到关注。本文综述了高浓度电解液及局部高浓电解液体系的最新研究进展，分析了其溶液化学结构和物化性质，对其与锂负极的界面相容性、枝晶抑制效果、效率提升能力及界面稳定性机制进行了探讨;文章着重介绍了高浓与局部高浓电解液体系在锂金属二次电池中的应用，同时从基础科学研究和应用研究两个层面对高浓电解液和局部高浓电解液存在的主要问题进行了简要分析，并对其未来发展方向进行了展望。

锂离子电池在便携式储能器件及电动汽车领域得到了广泛应用，然而频繁发生的电池起火爆炸事故，使热失控和热安全问题备受人们关注，目前已有多篇综述报道了缓解锂离子电池热失控的措施。相比于已经接近理论比能极限的锂离子电池，金属锂负极具有更高的比容量、更低的电势和高反应活性，但是不可控的锂枝晶生长，使得金属锂电池的热失控问题更为复杂和严重。针对金属锂电池的热失控问题，本文首先介绍了热失控的诱因及基本过程和阶段，其次从材料层面综述了提高电池热安全性的多种策略，包括使用阻燃性电解质、离子液体电解质、高浓电解质和局域高浓电解质等不易燃液态电解质体系，开发高热稳定性隔膜、热响应隔膜、阻燃性隔膜和具有枝晶检测预警与枝晶消除功能的新型智能隔膜，以及研究热响应聚合物电解质，最后对金属锂电池热失控在未来的进一步研究进行了展望。

锂金属具有理论比容量高、电位低等优点，被认为是电极中的“圣杯”。然而，锂金属负极在循环过程当中存在着不可控的枝晶生长、体积膨胀等问题，严重地阻碍了锂金属电池的商业化进程。本综述首先概述了锂枝晶的形成机理，然后对由小及大，自内而外，总结了近年来三种不同层次的锂金属电池复合负极：锂金属负极内部结构的复合、锂金属电池内部结构的复合以及锂金属电池内部环境与外界操作条件的复合。最后，本综述对未来多层次锂金属电池复合负极的前景做出了展望。

固态电池以其高安全性和高能量密度而备受关注。石榴石型固体电解质(LLZO)由于具有较高的离子导电性和对锂金属的稳定性，在固态电池中具有应用前景，但陶瓷与锂金属较差的界面接触会导致高的界面阻抗和可能形成的枝晶穿透。我们利用LLZO表层独特的H⁺/Li⁺交换反应，提出了一种简便有效的金属盐类水溶液诱发策略，在电解质表面原位构建ZnO亲锂层，界面处LiZn合金化实现紧密连续的接触。引入改性层后，界面阻抗可显著降低至约10 Ω·cm²，对称电池能够在0.1 mA·cm^-2的电流密度下实现长达1000 h的长循环稳定性。匹配正极LiFePO₄(LFP)或LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂ (NCM523)的准固态电池在室温下能够稳定循环100次以上。

金属锂具有电位低、比容量高等突出优点，是极具吸引力的下一代高能量密度电池的负极材料，然而存在枝晶、死锂、副反应严重、库伦效率低、循环稳定性差等问题，限制了其实际应用。金属锂负极的成核是电化学沉积过程中的重要步骤，锂在集流体或导电载体上的均匀成核和稳定生长对于抑制枝晶死锂、提高充放电效率和循环性能具有关键作用。本文从成核机制与载体效应的角度概述了锂金属负极的研究进展，介绍了锂成核驱动力、异相成核模型、空间电荷模型等内容，分析了锂核尺寸及分布与过电位和电流密度的关系，并通过三维载体分散电流密度、异相晶核/电场诱导成核、晶格匹配等方面的研究实例讨论了载体修饰对锂负极的性能提升。

金属锂因其具有极高的理论容量(3860 mAh·g^-1)、最低的电极电位(-3.04 V vs.标准氢电极)和低的密度(0.534 g·cm^-3)，被认为是最具潜力的负极材料。但循环过程中不可控的枝晶生长及不稳定的固体电解质相界面膜所引起的安全隐患和电池库伦效率低等问题严重阻碍了锂金属负极的发展。通过在电极表面构建人造保护膜可以有效调控锂离子沉积行为，因此人造保护膜的构建是一种简单高效抑制锂枝晶生长的策略。本综述将从聚合物保护膜、无机保护膜、有机-无机复合保护膜和合金保护膜总结了人造保护膜的构建方法、抑制锂枝晶生长机理，为促进高比能锂金属电池的商业化应用提供借鉴参考作用。

金属锂因为其优秀的特性被认为是未来锂电池负极的最终之选。然而目前金属锂负极在旧有液态体系中的研究陷入瓶颈，在新兴固态体系中的挑战层出不穷。想要实现金属锂负极的实用化，必须加深对金属锂负极基础科学问题的认识。本文系统论述了多空间尺度下金属锂的电极行为与对应的表征技术。首先综述了多空间尺度下金属锂负极的基础科学和应用技术问题，结合近年来的工作，对全空间尺度下的先进表征手段做了梳理，分析了从原子级到宏观尺度各种表征手段的技术特点，并重点讨论了各类表征技术在研究固态体系中金属锂负极时的特点与可能的发展方向。

高能量密度二次电池的商业化将会推动便携式电子设备和电动车的飞速发展。锂金属电池因具有较高的理论能量密度而受到研究者的广泛关注。然而，锂金属负极较低的库仑效率(CE)和枝晶生长等问题，严重制约了锂金属电池的发展。库仑效率是衡量电池体系可逆性的关键参数之一，锂金属负极的库仑效率在不同电解液中存在较大的差异，本文以四种常见的电解液为例，包括1 mol·L^-1六氟磷酸锂-碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯电解液，1 mol·L^-1六氟磷酸锂-碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯+ 5% (w)氟代碳酸乙烯酯电解液，1 mol·L^-1双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂-乙二醇二甲醚/1, 3二氧戊环+ 2% (w)硝酸锂电解液，以及4 mol·L^-1双氟磺酰亚胺锂-乙二醇二甲醚电解液，利用原子力显微镜研究了不同电解液体系中锂金属的生长行为，探讨了锂金属沉积形貌与其库仑效率之间的联系，为发展高效的锂金属负极提供了参考依据。

锂金属是下一代高能量密度电池的关键负极，然而其实用化面临着一系列问题，主要包括循环过程中体积变化大、枝晶生长等。使用三维集流体是解决这些问题的有效方法，然而现有大多数三维集流体存在重量大、体积大、表面亲锂性差、成本高等问题。针对上述问题，本文以低成本的细菌纤维素为前驱体，通过直接碳化制备出具有连通网络的轻质三维碳集流体，其表面均匀分布的含氧官能团可以促进锂离子的均匀成核和沉积，有效抑制了枝晶生长。值得注意的是，该集流体的面密度仅为0.32 mg·cm^-2，在3 mAh·cm^-2比容量的锂金属负极中质量占比仅为28.8%。电化学测试结果表明，该集流体在3 mA·cm^-2的高电流密度或4 mAh·cm^-2的高循环容量的工作条件下，稳定循环超过150次，并且在对称电池或与LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05匹配的全电池中也表现出良好的电化学性能。

可充锂金属负极严重的界面不稳定性和安全问题极大限制了其商业化应用，对于锂的沉积/溶出行为以及锂枝晶的成核生长机理的清楚认识将有利于更高效的可充锂金属负极改性研究。然而，由于锂金属的高反应活性所带来的产物复杂性及其形貌多样性给原位谱学表征带来了诸多的困难。中子深度剖析(Neutron Depth Profiling，NDP)技术由于其高穿透特性、定量非破坏性、且对锂的高灵敏性，在实时研究锂金属电池中锂的电化学行为上显示出广阔的应用前景。本文首先简要介绍了NDP技术的测试原理及提高其空间/时间分辨率的方法，同时总结分析了近年来NDP技术在液态/固态电池体系中锂金属负极研究的应用，并展望了NDP技术今后的发展前景。

金属锂具有极高的比容量(3860 mAh·g^-1)和最低的电化学反应电位(相对标准氢电位为-3.040 V)，被认为是高能量密度二次电池最具潜力的负极材料。然而金属锂负极界面稳定性差、不可控的枝晶生长、沉积/剥离过程中巨大的体积变化等严重阻碍了金属锂负极的商业化应用。在金属锂表面构建一层物理化学性质稳定的人工界面保护层被认为是解决金属锂负极界面不稳定和枝晶生长，缓解体积膨胀带来的界面波动等一系列问题的有效手段。本综述依据界面传导性质，从离子导通而电子绝缘的人工固态电解质界面(SEI)层、离子/电子混合传导界面、纳米界面钝化层三个部分对人工界面保护层进行了归纳总结。分析了人工界面保护层的物质结构与性能之间的构效关系，探讨了如何提高人工界面保护层的物理化学稳定性、界面离子输运、界面强度与柔韧性、界面兼容性等。最后，指出用于金属锂负极的人工界面保护层目前面临的主要挑战，并对其未来的发展进行了展望。

对高比能量锂离子电池需求的不断增加激发了锂金属负极的应用研究。锂金属具有高放电比容量(3860 mAh·g^-1)，低电极电位(-3.04 V)，是锂离子电池的理想负极材料。然而，锂金属在循环过程中会形成不稳定的固态电解质(SEI)膜，而且会生成枝晶，枝晶的生长会引发电池短路等安全问题，极大地阻碍了其应用。理想的SEI膜应具有良好的锂离子传导性、表面电子绝缘性和机械强度，可调控锂离子在表面均匀沉积，促进离子传输，抑制枝晶生长，因此构筑功能化SEI膜是解决锂金属负极所面临挑战的一项有效策略。本综述以锂金属枝晶形成和生长的机理为出发点，分析总结SEI膜的构建策略、不同组成SEI膜的结构和功能特性及其对锂金属负极性能的影响，并对锂金属实用化面临的挑战及未来发展方向进行了展望。

锂金属作为下一代高能量密度电池的理想负极材料受到研究人员广泛关注。然而，锂枝晶生长引起的安全隐患和循环寿命短等问题严重影响了锂金属电池的实用化进程。本文以电化学现象和理论为依据，从浓差极化角度详细分析锂金属电沉积过程中枝晶生长、死锂形成和全电池失效机制，并对目前研究较多的多孔宿主电极中的浓差极化及枝晶抑制进行分析，提出锂金属界面浓差电池现象。本文得到的结论为研究人员更深入地探究锂金属保护策略提供了理论依据。

锂金属作为下一代储能电池的理想负极材料一直受到极大的关注，然而锂枝晶的不可控生长和负极副反应带来的低库伦效率问题严重限制了锂金属电池的发展。这里, 我们提出了一种多孔泡沫铜和硫脲协同作用的策略，利用硫脲分子的超填充作用实现锂金属在多孔泡沫铜表面的均匀沉积。在电解液中添加0.02 mol·L^-1硫脲作为电解质添加剂，采用多孔泡沫铜的Li||Cu半电池在循环300圈以后，库伦效率仍保持在98%以上。此外，在5C的高倍率条件下，Li||LiFePO₄全电池循环300圈以后仍有94%的容量保持率。本工作为锂金属负极保护提供了一种新的策略并且该策略也可以扩展到其他金属负极保护中，非常有利于下一代高能量密度储能电池的开发。

本文采用机械辊压方法在金属锂表面通过原位固相反应生成LiC₆异质微结构界面层，并研究了在碳酸酯有机电解液体系下该异质层对锂电化学沉积和溶解行为的影响。通过形貌表征与电化学测试发现，LiC₆异质层能够有效提升锂电化学沉积的可逆性与均匀性，从而抑制枝晶生长及维持沉积/溶解界面的稳定。使用异质层改性金属锂负极的扣式全电池也较纯金属锂负极体系表现出更为优异的循环稳定性。

金属锂具有最高的理论比容量(3860 mAh·g^-1)和最低的还原电势(-3.04 V)，是新型高能量密度电池负极材料的最佳选择之一。然而由于金属锂负极表面自发生成的固态电解质界面(SEI)十分不稳定，导致锂枝晶的产生和电池容量快速衰减，严重限制了锂金属电池的商业化应用。因此，本工作利用碳酸双(2, 2, 2-三氟乙基)酯(DTFEC)添加剂在三维锡锂合金/碳纸负极(SnLi/Cp)表面原位构筑了高机械强度和离子穿透性的含氟化物(LiF和SnF₂)保护层，有效地改善了锂负极的倍率性能和循环稳定性。结果显示，SnLi/Cp对称电池在8 mA·cm^-2的电流密度下经过100次循环后过电位仅为90 mV。当将电解液降低到12 μL (1.5 μL·(mAh)^-1)时，在5 mA·cm^-2的电流密度下对称电池仍具有优异的稳定性；SnLi/Cp‖NMC811电池在1C (1.5 mA·cm^-2)条件下能稳定循环300圈以上，库伦效率高达98.1%。这种方法能够显著改善锂金属负极的循环稳定性，有助于实现高能量密度锂金属电池的实际应用。

锂金属以其高比容量和低电极电势，在高能量密度电池领域具有极大潜力，然而界面反应复杂、枝晶生长难以抑制等问题，导致电池易燃易爆、容易击穿短路，极大地限制了锂电池的应用。计算模拟有助于科研工作者认识反应机理、预测筛选电极材料以及优化电池设计，与实验相辅相成。本文对近年计算模拟在锂金属电极中的应用进行综述，重点在于利用分子动力学、第一性原理计算等计算方法，研究界面反应、固体电解质膜以及锂形核。此外，新开发的固态电解质很好地解决了传统锂电池易燃易爆等问题，提高了能量密度，但也存在界面阻力大、传导性能差以及枝晶生长等问题，对此，我们就计算模拟在固态电解质锂电池中锂负极的应用进行综述。最后，我们论述了该领域潜在研究方向。