金属锂具有极高的理论比容量(3860 mA h g^-1)和最低的氧化还原电位（-3.04V vs.SHE）,是最有希望的新一代电池负极材料。然而金属锂极高的化学活性以及枝晶生长严重阻碍了它的实际应用。本文以枝晶生长的影响因素为研究基础,从控制电极表面有效电流密度、控制锂离子分布、提高锂离子迁移数、物理性阻挡枝晶生长等多方面综合考虑,将其结合起来,设计有效的电极结构以抑制枝晶生长,缓解锂界面副反应,主要研究分为以下五部分:（1）设计三维碳材料作为电极的基底,利用三维碳材料的高比表面积减小电极表面的有效电流密度,从而抑制枝晶的生长。同时碳材料在锂沉积的过程中首先转化为“亲锂”性的LiC₆,能有效地调节锂离子分布,进一步抑制枝晶生长。因此结合两方面因素,该三维碳材料能有效地提高锂负极的电化学性能。（2）通过熔融方法将金属锂灌入氧化铋@碳布复合物中,得到自支撑三维结构的锂/锂铋合金@碳布（Li/Li₃Bi@CC）电极。氧化铋的存在为基底提供“亲锂”性,促进金属锂在熔融状态下浸入基底空间,同时,氧化铋与金属锂接触反应形成Li₃Bi合金。而锂与Li₃Bi合金之间的吸附能高于金属锂的内聚能,因此锂原子在Li₃Bi表面单分散成核沉积。而锂在Li₃Bi合金表面较高的扩散能垒,能有效地阻止锂原子在Li₃Bi表面的迁移,防止锂的聚集。再结合三维基底较小的有效电流密度,Li/Li₃Bi@CC电极在锂金属电池中呈现均匀的锂沉积以及优异的电化学性能。（3）在三维集流体和“亲锂”性基底的基础上,将人工保护层引入基底材料中,设计了集保护层与三维集流体于一体的夹层金属锂的电极结构。将石墨化氮化碳（g-C₃N₄）均匀地包裹在碳布（CC）上,基于两者的导电性差异,金属锂直接沉积在g-C₃N₄和CC纤维中间。CC为金属锂沉积提供三维结构,降低电极表面有效电流密度;g-C₃N₄一方面“亲锂”调节锂离子分布,另一方面作为保护层,物理性地抑制枝晶生长。这种“整合设计”综合多重因素抑制枝晶生长,可有效提高锂金属电池的性能。（4）人工保护层不仅可以物理性的抑制枝晶生长,还可以调节负极附近空间电荷层的影响。将有机化合物框架-LZU1（COF-LZU1）作为负极保护层,利用其醛基官能团与电解液阴离子之间的相互作用,将阴离子锚定在负极附近,提高锂离子迁移率,抑制枝晶的生长。并且,亚胺键相连的COF-LZU1具有“亲锂”性,能调节锂离子分布同时增加电解液对电极材料的浸润性。因此,结合多方面因素,COF-LZU1包覆的金属锂有助于实现安全的高性能锂金属电池的应用。（5）金属锂电池的性质不仅与枝晶生长有关,还与金属锂的副反应相关。将中空泡沫碳（HCS）引入电池中作为电解液储存器,以同时缓解枝晶生长和副反应对电池性能的影响。HCS的“亲锂”性促使电解液顺利进入其中空结构的内部,减少电解液与电极界面之间的接触,从而减少副反应的发生。而HCS中的羧基官能团可与电解液溶剂1,2-二甲氧基乙烷（DME）形成氢键从而减轻锂离子与DME的溶剂化,促进锂离子的传递,抑制枝晶生长。再结合“亲锂”性材料对锂离子分布的控制,这种独特的电解液储存器结构可有效抑制枝晶生长和锂金属的副反应,从而提高锂金属电池的循环寿命和库伦效率。