由于具有较高的能量密度和较好的循环稳定性,锂离子电池的应用已经深入到了现代社会的方方面面,如交通运输网以及便携式移动电子设备等,使人们的生活变得更加便利。然而随着时代的进步和科技的快速发展,人们对储能器件的要求也越来越高,需要我们继续投入大量的时间去解决锂离子电池体系中所存在的问题,从而使电化学性能和安全性都得到进一步的提升。负极与电解液或固态电解质之间较差的界面稳定性和兼容性便是其中亟需解决的问题之一。由于负极材料具有高反应活性,当与电解液或固态电解质接触时,界面会发生持续的副反应,从而生成固态电解质界面（SEI）。SEI膜的生长对电池的电化学稳定性具有重要意义,然而该自发生长的SEI膜往往具有以下两个缺点:（1）稳定性较差,容易在循环过程中破裂并再生长;（2）动力学性能较差,阻碍离子在界面的输运。因此,为了有效解决负极与电解液或固态电解质之间的界面问题,我们需要寻找合适的方法去构建具有良好动力学性能且稳定的SEI膜。所以在本论文中我们也首先着重研究了负极与电解液或固态电解质之间SEI膜的调控方法,具体研究涉及LiNO3和LiI的应用。首先考虑到LiNO3在低压下能够分解为具有高离子电导率的Li3N和LiNxOy,我们将其应用到了石墨负极表面SEI膜的构建当中。直接借助浆料涂布过程中的溶解和析出原理将LiNO3均匀分散到石墨负极内,后续的电化学测试结果表明,硝酸锂的添加使石墨负极的倍率性能显著提升。当电流从68 m A g-1增加到680m A g-1时,添加有硝酸锂的石墨负极的充电比容量从340.0 m Ah g-1降到280.0m Ah g-1,保持率为82.4%;而未添加硝酸锂的石墨负极则从330.0 m Ah g-1直接降到了75.0 m Ah g-1,保持率仅为22.7%。后续我们接着通过X射线粉末衍射技术（XRD）验证了LiNO3的成功分解,并用X射线光电子能谱测试（XPS）在负极表面探测到了大量的Li3N和LiNxOy,表明了SEI中富含该具有高离子电导率的成分。通过循环伏安测试也表明添加硝酸锂后,负极的锂离子扩散系数显著提升,从8.55×10-9 cm2 s-1提高到了2.33×10-8 cm2 s-1,对应的界面阻抗也明显降低。因此,从这些结果我们可以发现,通过硝酸锂的原位分解的确可以在石墨负极表面构建出具有高离子电导率的SEI膜,从而有效提高倍率性能。紧接着,考虑到虽然一般的含F添加剂由于能够构建出富含Li F的SEI膜使硅基负极的界面稳定性得到改善,但是高含量的Li F同时也会降低SEI膜的动力学特性,由此我们继续用LiNO3改性了硅基负极的SEI膜。将LiNO3加入到SiOx/graphite负极中后,采用含氟化碳酸乙烯酯（FEC）添加剂的电解液进行充放电测试,我们发现倍率性能显著提升。在40 m A g-1电流进行循环时,经过改性的负极和原始负极都表现出接近450 m Ah g-1的比容量,当电流连续升到200、600和800 m A g-1后,经过硝酸锂改性的负极分别表现出92.8%、72.5%以及60.1%的容量保持率;而原始负极的容量保持率仅有76.1%、32.6%以及22.2%。后续的原位和非原位XRD测试结果以及XPS测试结果也表明,LiNO3的确也得到了成功分解;XPS测试结果还进一步指出,SEI膜中除了含有大量Li F外,还含有高离子电导率的Li3N和LiNxOy成分,进一步稳定了界面,同时提高了界面动力学,界面阻抗测试也验证了这一点。总之,通过该简单方法能够为负极表面构筑出稳定且具有高离子电导率的SEI膜,有效提高锂离子在界面的传输效率,有望为负极的界面设计提供一些新思路,包括传统液态电池体系以及固态电池体系。除了LiNO3,我们同时对LiI也投入了大量的研究工作。锂金属负极同PEO电解质之间存在界面反应,不仅会造成活性材料的损失,同时严重破坏界面的稳定性,导致锂沉积的不均匀。而考虑到LiI具有电子绝缘且可导锂离子的特性,我们将其应用到了PEO基固态锂金属电池中,为锂金属负极构建均匀且稳定的钝化膜。在具体实验过程里,我们借助浆料涂布过程将少量的LiI直接均匀添加到了磷酸铁锂（LFP）正极中,操作方法简单。而电化学测试表明,经过LiI改性后,锂金属电池的库伦效率和循环稳定性都有明显的提升。经过改性后,160周循环（0.2 C）的平均库伦效率达到99.92%,而未改性电池仅为99.26%。此外,经过改性的电池在0.2 C倍率循环500周后的容量保持在150.7 m Ah g-1,保持率为93.1%;在1 C倍率循环1000周后容量保持在135.5 m Ah g-1,保持率为87.8%。而未改性电池在0.2 C倍率循环500周后容量只保持在103.3 m Ah g-1,保持率仅为64.5%;在1 C倍率循环1000周后容量只保持100.8 m Ah g-1,保持率仅为65.5%。与此同时,未改性的固态电池中观察到了明显的库伦效率和循环容量波动的现象;而经过碘化锂修饰后的电池没有观察到明显的性能波动。紧接着,我们对锂金属表面的形貌进行了表征,未作改性的电池中,锂金属表面观察到了大量的白色还原产物,并且没有平整的界面;而经过改性后,锂金属表面观察到了如叶脉般纵横交错的均匀形貌,说明锂金属实现了较均匀的沉积。通过XPS测试,我们发现锂金属表面含有大量的LiI,说明正极中加入的LiI成功转移到了负极表面并参与了SEI膜的构建。此外,经过改性的锂金属负极表面探测到了更多比例的Li F,所以LiI的存在可能促进了界面处Li F的产生,富含LiI和Li F的SEI膜促进了锂的均匀沉积,提高了固态电池的电化学性能。考虑到LiI在PEO基电池中的成功运用,我们继续将其应用到了硫化物电解质基全固态电池中。锂金属负极的高反应活性注定了其与硫化物固态电解质之间也将发生剧烈的界面反应,不仅损失活性材料,同时产生大量低离子电导率的副产物。我们研究发现,当把Li7P3S11与锂金属紧密接触后,界面生成大量的Li2S和P-S-Lix,其中低离子电导率的Li2S含量非常高,在S 2p谱图中的峰面积占比达到了81.9%,说明界面的固态电解质几乎被还原。而掺杂了LiI后,电解质Li7P3S11-LiI与锂金属的界面变得更稳定,生成的Li2S明显减少,同时未观测到明显的P-S-Lix成分。此外,LiI相对于Li2S具有更高的离子电导率,所以相比于未改性电解质,经过改性后界面处的大量LiI也会促进锂离子在界面的有效输运。总之,通过研究表明,不管在PEO基固态电池体系还是无机硫化物电解质基固态电池体系,LiI应该都能够对锂金属界面起到很好的保护效果,抑制界面的恶化,同时促进锂离子在界面的均匀沉积和输运。紧接着,考虑到LiI作为催化剂在锂空电池中有过报道,而Li2S正极由于活性较低,往往充放电极化非常大,尤其是在固态电池体系中,很难将容量释放出来。而在全固态电池体系,锂硫电池由于具有高能量密度受到了广泛关注,被一致认为是未来非常具有发展潜力的储能器件。我们于是将LiI用作Li2S正极的催化剂,并以Li10GeP2S12（LGPS）和经过LiI修饰的Li7P3S11-LiI为电解质研究了全固态电池的电化学性能。通过研究表明,LiI对Li2S的电化学分解起到了良好的催化效果,经过碳纳米管（CNT）和Super-P构建良好的电子传输网络,LGPS构建锂离子传输通道后,全固态电池在20 m A g-1（60℃）电流下的放电容量达到1070.2 m Ah g-1,同时高于2.2 V的比容量占总容量的78.8%。而在相同的制备条件及测试条件下,不含LiI的Li2S正极只展现出低于200 m Ah g-1的比容量,并且放电电压平台远低于2.2 V。此外,通过调节合适的导电添加剂和电解质添加剂含量后,我们实现了40和100 m A g-1电流下771.0和522.7 m Ah g-1的比容量,同时在20 m A g-1电流下实现了20周的稳定循环,循环容量超过900 m Ah g-1。因此,经过LiI催化剂的使用后,全固态锂硫电池的容量得到充分的释放,能量密度得到提升。总之,在本文的研究工作中我们开展了对LiNO3和LiI的探索。这两种添加剂都有望对负极界面实现良好的改性,LiNO3有助于构建富含Li3N和LiNxOy的SEI膜,提高界面的动力学性能以及稳定性;LiI能够有效钝化锂金属界面,抑制锂金属同固态电解质之间的界面反应,实现锂的均匀沉积,同时LiI具有输运锂离子的能力,不会恶化界面的动力学性能。此外,LiI在全固态锂硫电池中对Li2S和S之间的电化学转化能够起到良好的催化效果,有望成为未来全固态锂硫电池中重要的成分之一。