锂离子电池工业是消耗锂原料最多的行业,每年对锂的需求量超过23000t。随着社会经济的持续发展,电动汽车、便携电子设备和大规模储能电站对锂电池的依赖会进一步增强,而锂资源短缺问题也日益凸显。虽然锂元素的自然丰度较高,但只有少数矿石（如锂辉石、锂云母等）和卤水中的锂浓度达到工业开采标准,并且大多数锂矿床都分布在玻利维亚、智利等少数几个国家,这给全球的锂供应带来了巨大的挑战。针对陆地锂资源不足的问题,有人提出从废弃锂电池中回收锂。不过从长远来看,陆地上已探明的锂资源满足不了未来开发和利用可再生能源的需求。海洋中锂的总量是陆地上锂储量的近3000倍,如果能高效地从海洋中提锂,那么锂资源短缺问题将能得到彻底解决。借鉴从卤水中提锂的技术,研究人员开发出了溶剂萃取、离子交换吸附、电化学嵌脱和各种膜分离技术从海水中富集锂。然而,海水中Li+的浓度极低(约为0.17 mg L-1),加上高浓度的钠、镁等离子的干扰,使得这些方法提锂的产率和纯度都不理想。最近,一种基于固态陶瓷电解质的电解还原法成功地从海水中直接提取出了高纯度金属锂,不过厚重易碎的陶瓷隔膜和高成本的贵金属阳极催化剂限制了该技术的实际应用。为了解决电解还原法从海水中提锂所存在的问题,本文开展了以下工作:（1）设计了一种柔性的具有Li+选择性的单层无机颗粒-聚合物复合结构,并成功制备出厚度为55μm左右的Li1.5Al0.5Ge1.5（PO4）3-聚乙烯（LAGP-PE）复合Li+选择膜。LAGP具有较高的Li+电导率和选择性,因此LAGP-PE复合膜中贯穿的LAGP陶瓷颗粒可以为Li+提供特异性的传输通道;PE化学稳定好,常温下不溶于一般溶剂,在LAGP-PE复合膜中充当柔性基底。得益于PE的热缩效应,LAGP颗粒和PE膜的界面会残留收缩应力,保证了复合膜的密封性。最终,LAGP-PE复合膜在室温下实现了5.5×10-5 S cm-1的离子电导率和98.67%的Li+选择性,并且可以防止水渗透超过120 h。（2）基于LAGP-PE膜搭建了适用于电解还原法从海水中提取锂的装置,成功地从模拟海水中提取出了金属锂。X射线衍射和X射线光电子能谱表征确定了阴极沉积物只有锂而没有钠,进一步证明了LAGP-PE膜对Li+的选择性。该提锂装置在100μA cm-2到300μA cm-2的恒电流电解下均表现出较高的库伦效率,其中电化学溶解-沉积法测得100μA cm-2电流密度下的提锂库伦效率高达98.91%。基于LAGP-PE膜的组合电解液体系同样也表现出超低的提锂能耗,在100μA cm-2电流密度下装置提锂的单位能耗仅为16.7 Wh g Li-1,即使提锂电流增加到300μA cm-2,该装置也能依靠相同面积的光伏太阳能电池为其提供能量。本文还制备了一个基于LAGP-PE膜的柔性提锂装置原型并成功在模拟海水中运行。（3）用热分解法在氮掺杂碳上原位负载了铁掺杂镍（Ni Fe/NC）和铁掺杂钴（Co Fe/NC）的合金催化剂,以替代在电解海水的阳极侧使用的贵金属催化剂。线性扫描伏安（LSV）测试表明将Fe掺入Ni和Co可以降低电解模拟海水的过电位。双电层电容测试表明Fe掺杂能将催化剂的电化学活性面积增大1倍左右,电化学阻抗测试则显示Fe掺杂能明显提升催化剂电荷传输的动力学。海水中存在析氯反应和析氧反应的竞争,较低的过电位能提高析氧反应的选择性,减少氯气对催化剂的腐蚀。Ni Fe/NC和Co Fe/NC可以在2 m A cm-2的电流密度下稳定工作60 h和32 h,相比于未掺杂时寿命提升了161%和113%。本文的研究结果证明了基于无机-聚合物复合离子选择性膜的电解还原法从海水中快速、高效地提取金属锂的可行性,并对柔性海水提锂器件的实际应用有一定的启发意义。