便携式电子设备、电动汽车及智能电网的飞速进步推动了锂离子电池等储能设备的蓬勃发展。然而,基于插层化学性质的锂离子电池的能量密度已经接近于极限,这难以满足尖端电子器件对高能量密度储能设备的需求。因此,迫切需要开发新型储能设备来解决这一难题。锂硫（Li–S）电池由于极高的理论比容量(1675 m Ah g-1)和能量密度(2600 Wh kg-1)、成本低和环境友好等特点被认为是锂离子电池最有前途的替代者。然而,锂负极上锂枝晶的生长和严重的副反应导致电池出现循环性能差、库伦效率低以及安全问题,这限制了其商业化进程。近年来,包括三维集流体、电解液改性、隔膜修饰以及人工保护层等策略为解决上述问题提供了一种新思路。然而,高重量的三维集流体限制了电池的能量密度,电解液改性及隔膜修饰涉及高成本和复杂工艺,不宜实用化。相比之下,人工保护层具有低成本、制造工艺简单以及高效抑制锂枝晶和副反应的特点,是一种更有前途的方法。因此,针对上述问题和需求,本论文开发了一系列负极人工保护层,以消除锂枝晶的生长,降低副反应的发生,从而极大地提高了锂负极的循环稳定性。具体的研究内容如下:1.针对锂枝晶生长的现象,首先通过固-液反应的方法开发了一种富含Li F的人工保护层来均化界面处的锂离子（Li+）通量。该保护层有效地促进了Li+在负极界面处的均匀分布,加速Li+的迁移,引导锂进行均匀沉积,进而避免了锂枝晶的生成。因此,采用该保护层的对称电池可以稳定循环800小时以上。应用该保护层修饰的锂负极的Li–S电池在0.1 C的电流密度下循环100次后仍保持760m Ah g-1的高比容量。即使在0.5 C下也表现出优异的循环稳定性。此外,与使用裸锂负极的Li–S电池相比,倍率性能也有所提升。2.为了进一步长效避免锂枝晶的生长,提出了均化Li+通量与引入亲锂位点的“双管齐下”策略。采用离子交换反应的方法构建了一种坚固且均匀的Sb基混合亲锂人工保护层。理论和实验证明,所制备的保护层具有优异的电解液润湿性和快速的电荷转移动力学,能够促进Li+在界面处的均匀分布。此外,嵌入在保护层中的亲锂Sb为锂成核提供了丰富的位点,有效降低了过电位,诱导了锂的均匀沉积。因此,带有亲锂保护层的对称电池在1 m A cm-2和1 m Ah cm-2下表现出超过1600小时的长循环寿命。此外,应用锂负极的保护层技术,Li–S电池在1 C下循环800次后获得了60%的容量保持率,远高于没有保护层的Li–S电池（1 C下800次循环容量保持率仅为24%）。即使在高负载正极、超薄锂负极以及低电解液/硫的条件下,带有保护层的Li–S电池依然能够稳定循环60次。3.为了能够避免锂枝晶生长,同时进一步抑制副反应,通过滴注法在锂负极上构建了MOF/PDMS复合仿生人工保护层。该保护层不仅能够均化Li+的通量,促进锂的均匀沉积,而且还能依靠其柔韧性适应体积变化。此外,保护层中的MOF具有高电负性,能够与多硫化物之间形成静电屏蔽效应,有效的阻止了锂负极与多硫化物/电解液接触,避免锂金属负极被腐蚀。因此,具有保护层的对称电池展示出高达1400小时的循环稳定性。将其应用在Li–S电池中时,使用保护层修饰的Li–S电池表现出优异的倍率性能和循环稳定性（在0.1 C下循环100次后容量保持率为69%,0.5 C下循环200次后容量保持率为77%）。