当今社会,锂离子电池已成功应用于便携式电子产品、电动汽车以及大规模储能等多个领域。伴随着各类器件功耗的增加,人们对于更高比能量储能体系的需求愈发迫切。然而,基于石墨负极(理论比容量为372 m Ah g-1)的锂离子电池比能量提升空间有限,已无法满足大功率电子产品以及长续航电动汽车的需要。金属锂负极拥有高达3860 m Ah g-1的理论比容量,可以使电池比能量获得较大的提升,因此引起了研究人员的广泛关注。然而,金属锂负极的引入也会带来一些新的挑战。首先,金属锂十分活泼,能与众多电解液发生反应,因此选取化学性能稳定的电解液尤为重要。其次,金属锂电池以大倍率循环时,电极表面的电荷分布不均,会导致锂枝晶不可控生长、副反应加剧等问题。此外,使用过量金属锂的负极会显著降低电池的体积能量密度,因此发展无锂负极金属锂电池是研究的最终目的。金属锂电池循环过程中,“死锂”产生无法避免。“死锂”指被厚的固态电解质中间层（SEI）包裹的,与集流体失去电接触的失活锂。寻找活化“死锂”的方法对于进一步提升金属锂电池循环性能具有重要意义。针对这些问题,本论文通过对电解液组分的优化以及金属锂/电解液界面电化学行为的研究,提出提升金属锂电池循环性能的新策略。主要的研究成果归纳如下:（1）开发设计了一种高浓度双盐电解液体系（4MLiFSI-LiNO3/DOL）,以改善SEI层的组分和性质,引导金属锂均匀沉积,进而提升金属锂负极的循环库伦效率。实验发现,Li FSI在电解液中易水解生成路易斯酸,相关产物会作为引发剂加速DOL的开环。而当体系中引入Li NO3时,路易斯酸的形成受到限制,DOL的持续聚合被成功抑制。原位拉曼测试及电化学阻抗测试结果表明,该电解液体系可在长时间的储存过程中保持稳定。该电解液中,充足的锂盐能够快速钝化新鲜的金属锂沉积物,并生成富含Li F的钝化层;DOL则可以在金属锂表面形成柔韧性良好的有机层,显著提升SEI层在金属锂脱嵌过程中的机械稳定性。在这层Li F-Li2O-低聚物的复合膜作用下,金属锂沉积物堆积紧密、大小均匀。在1.0 m A cm-2,1.0 m Ah cm-2的测试条件下,金属锂负极可以稳定循环450圈,且库伦效率达99.40%。（2）4MLiFSI-LiNO3/DOL中,新沉积金属锂表面可快速生成稳定致密的、有机-无机复合SEI层,有效提升SEI层在金属锂快速溶解、沉积过程中的机械稳定性,金属锂负极的倍率性能由此显著提高。电流密度从1.0 m A cm-2增加至8.0 m A cm-2时,金属锂沉积颗粒粒径略微减小,分布变得稍微松散,但整体密实、均匀的形貌并未改变。测试电流为2.0 m A cm-2,4.0 m A cm-2时,金属锂负极均可稳定循环300圈且平均库伦效率分别达99.35%,99.20%。即使在高达8.0m A cm-2的电流密度下,金属锂也能稳定循环240圈以上,且平均库伦效率达到99.14%。基于这样的电解液体系,设计组装仅有0.58倍过量锂的金属锂-磷酸铁锂全电池（Li-LFP）,发现电池可稳定循环120圈,容量保持率为78.7%,平均库伦效率达99.70%。（3）为了提高无锂负极金属锂电池中锂的利用率,我们将常用作氧化还原介质的Li I引入碳酸酯类电解液:1 M Li PF6/EC-DMC-DEC中,利用恒电压操作引发I-/I3-间的反应,借此活化“死锂”。将Li I引入电解液后,I3-可穿过厚的SEI层,将其中的“死锂”转化为Li+释放出来,磷酸铁锂-不锈钢电池（LFP-SS）电化学性能发生变化。X射线衍射（XRD）结果表明,通过这种方法,不锈钢负极上未反应金属锂的残留量显著减少,“死锂”被成功活化并嵌入Li Fe PO4正极结构中。此外,添加Li I后,扫描电子显微镜（SEM）图像展现出更为致密的金属锂沉积形貌,且SEI层中Li F组分增加,表明Li I的存在有利于金属锂的均匀沉积。测试LFP-SS电池的循环性能,发现添加Li I可以延长无锂负极金属锂电池的循环寿命。本论文提出提升金属锂负极循环库伦效率以及锂利用率,借此提高金属锂电池循环性能的新策略,为设计出性能更加优异的各类金属锂电池提供了新的方向。