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锂金属是最有前景的下一代锂离子电池的负极材料,但是在其被正式应用之前,必须克服其关键的性能缺陷。其主要问题分别为:（1）不均匀的锂沉积/剥离引起的枝晶生长和“死锂”的生成;（2）锂金属电极充放电过程中的体积变化;（3）电极表面SEI的结构稳定性差;（4）锂金属电极活性锂占比低等。针对这些突出的问题,本文从电极结构构筑与界面调控两个方面开展研究工作。通过构建三维协同的复合锂金属电极,调控空间电荷分布、优化界面电场、降低电极表面锂的迁移势垒,实现电极表面均匀稳定的锂沉积/剥离;通过降低熔融态锂与集流体的表面张力,实现可自发生成的均匀且超薄的锂金属电极;通过制备高机械强度高离子电导率的人工SEI,实现电极表面快速稳定的锂离子转化与迁移。本文研究工作开展如下。1.研究了具有超高电化学稳定性的NiLi双金属电极（NiLibimetallic composite,简写为:NiLi-BC）。针对锂金属电极在进行锂沉积/剥离过程中的锂枝晶生长问题,本研究采用简单机械辊压的方法,构筑内部为三维泡沫镍且外层为锂金属的双金属复合电极结构。研究发现电极内部的Ni骨架结构可以优化电极/电解质界面的电场和Li+分布,诱导锂均匀沉积。该锂金属电极表现出极为优异的无枝晶生长和稳定的锂沉积/剥离特性。在1 m A cm-2电流密度和1 m Ah cm-2固定面积比容量的测试条件下可稳定循环2160 h,全程极化过电位低于15 m V。此外,组装的Li||LiFe PO4扣式全电池和软包电池也表现出稳定的电化学性能,在500次循环后仍能保持超过100 m Ah g-1的比容量。最后,利用原位光学显微镜和原位拉曼光谱对充放电过程中的界面结构和化学成分进行了研究。2.研究了超薄的且电化学稳定的铜锂合金电极（Cu@LiCu简写为:Cu@LC）。针对锂金属电极表面不稳定的电化学过程和传统锂金属电极表面活性锂负载量占比过低的问题,本研究采用Cu Li合金化的方法,增大锂金属的机械特性（更高的杨氏模量）,利于电极表面金属锂的沉积与剥离。降低熔融态锂与铜箔集流体的表面张力,实现超薄的复合锂金属电极的制备。该电极表面均匀的锂金属层的厚度～30μm,在1 m A cm-2电流密度和1 m Ah cm-2固定面积比容量的测试条件下稳定循环～600 h。当电极中最大锂金属利用率大于50%时,依然具有大于100 h的循环寿命。采用商业化的NCM811正极组装的锂金属全电池表现出更为稳定的循环性能和更高的库伦效率。经过100次循环后,Cu@LC21||NCM811电池的放电比容量维持在140 m Ah g-1,容量保持率为78%。3.研究了具有稳定电化学过程且可抑制电极体积变化的多维度协同的复合柔性膜电极（Multi-dimensional hydrid flexible film简写为:MD-HFF）。针对锂金属电极表面锂金属含量严重溢出且电极充放电时的体积变化问题,设计了一种由碘离子（0维）、碳纳米管（1维）和石墨烯（2维）组成的有效多维复合柔性膜,用于调节稳定的界面电化学过程和减缓体积变化。研究发现,多维组份扮演不同的角色:（1）碘离子增强了电极的导电性并提供了亲锂位点;（2）CNTs增强了层间电导率和机械强度,在层状结构中增强材料的机械韧性,缓解了锂沉积/剥离过程中的体积变化;（3）石墨烯提高了机械韧性和导电性。制备的MD-HFF电极在1 m A cm-2电流密度和1 m Ah cm-2固定面积比容量的条件下保持＞99%的库伦效率超过230个循环。理论计算表明,LiI促进了Li在MD-HFF表面的横向迁移扩散,达到抑制Li枝晶的效果。组装的MD-HFF||NCM811锂金属电池表现出更好的循环稳定性,在100次循环后仍保持90%的比容量。4.研究了表面富LiF+硫化物人工SEI层的锂金属电极（富LiF/硫化物Li）。针对传统锂金属电极表面SEI稳定性差的关键性问题,设计了一种简易策略制备富LiF/硫化物复合SEI层的锂金属电极。实验和理论模拟结果表明,所制备的人工SEI能够诱导界面上Li+的均匀分布,并有效抑制枝晶生长。电化学性能测试结果表明,富LiF/硫化物Li对称电池表现出良好的循环稳定性和较低的沉积过电位。在1 m A cm-2和1 m Ah cm-2的测试条件下,采用醚类电解液可稳定循环1000 h,过电位稳定～10 m V,碳酸酯类电解液体系稳定循环＞350 h。用NCM811和硫正极组装的锂金属全电池具有优异的循环稳定性,富LiF/硫化物Li||NCM811全电池在0.2C条件下稳定循环200次,富LiF/硫化物Li||S全电池在0.5 C条件下循环300次容量稳定在～550 m Ah g-1。