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随着可移动电子设备及电动汽车的快速发展,对电化学储能装置的能量密度需求越来越高。金属锂（Li）因其具有超高的比容量和极低的氧化还原电位被誉为二次锂电池负极材料的“圣杯”。金属锂负极能极大地提升锂电池的能量密度。因此,金属锂作为非常具有应用前景的负极材料成为了当前的研究热点。然而金属锂负极在实际应用时具有以下亟待解决的问题:金属锂与电解液之间的副反应;金属锂不均匀溶解和沉积容易形成锂枝晶;金属锂在电化学反应过程中较大的体积变化。因此,对金属锂负极进行改性提升安全性能和电化学性能具有重大意义。本文以金属锂负极的改性为研究课题,重点研究了对金属锂的表面改性及体相改性,主要研究内容分为如下六部分:（1）采用碘酸溶液浸泡法对金属锂进行非原位包覆,在表面形成人工固态电解质界面（SEI）,其主要成分为LiIO3和LiI。金属锂表面的人工SEI包覆层能够缓解电解液与金属锂之间的副反应从而稳定界面,同时抑制锂枝晶的生长使金属锂沉积更加均匀。改性后的锂片与未改性的锂片相比,其组装的对称电池具有更长的循环寿命,通过对锂片的表面改性提升了锂硫电池的放电比容量和库伦效率。（2）采用不同碱金属硝酸盐作为电解液添加剂,并系统地研究了其在金属锂二次电池中不同的电化学性能。其中KNO3表现出优异的电化学性能,其阳离子K+能够起到电荷屏蔽的作用,其阴离子NO3-能够原位与金属锂发生反应从而改善金属锂表面SEI的质量,共同抑制锂枝晶生长。KNO3作为电解液添加剂提升了Li|Cu电池的库伦效率和锂硫电池的电化学循环性能。（3）利用静电纺丝和高温碳化的方法合成碳纳米纤维,将导电的碳纳米纤维作为金属锂负极的三维（3D）集流体,其较大的比表面积可以减小集流体表面的实际电流密度,作为多孔等势体能够起到电场屏蔽的作用,有效抑制锂枝晶生长。其内部的孔隙可以为金属锂的沉积提供空间,缓解电极在充放电过程中的体积变化。进一步在碳纳米纤维中引入均匀分布的铜纳米颗粒作为异质形核点诱导金属锂在三维集流体内更加均匀地沉积。将含铜纳米颗粒修饰的碳纳米纤维作为三维集流体能够有效提升Li|Cu电池的库伦效率和循环寿命。将含铜纳米颗粒修饰的碳纳米纤维膜贴在金属锂表面作为复合金属锂电极能够提高LiCoO2（LCO）电池的放电比容量和循环性能。（4）将金属锂的表面改性与体相改性结合起来,在泡沫金属骨架结构中注入熔融金属锂形成复合金属锂电极,并在复合金属锂表面通过磁控溅射技术包覆一层氟化锌薄膜。三维骨架结构能够抑制锂枝晶生长并缓解电极在充放电过程中的体积变化,表面改性能够减少金属锂与电解液之间的副反应。通过测试对称电池及LCO电池的循环性能对比了泡沫铜和泡沫镍作为三维骨架结构的不同,泡沫铜表面在高温下与金属锂形成合金,冷却后在复合金属锂电极中出现了大量纳米线结构,增加三维骨架的比表面积和亲锂性,从而使泡沫铜制备的复合金属锂电极具有更好的电化学性能。（5）通过高温冶金法一步合成富锂双相Li-Cu合金作为复合金属锂电极,富锂双相Li-Cu合金中包含金属锂单质和CuxLi固溶体骨架结构。高温下Li原子作为置换原子与Cu晶体形成固溶体,CuxLi固溶体骨架呈现电化学惰性,不能可逆地进行电化学脱嵌锂,但具有一定的亲锂性,能够诱导金属锂均匀沉积在三维骨架内。当Li-Cu合金中Cu比例较大时Cux Li固溶体为微米球颗粒;当Cu含量降低时CuxLi固溶体形成较粗的骨架;当Cu含量较少时Cux Li固溶体主要为纳米线结构。通过化学刻蚀法除去Li-Cu合金中的金属锂单质,得到Li-Cu合金内部的CuxLi固溶体三维骨架,以Cux Li固溶体纳米线作为三维集流体能够有效抑制锂枝晶生长并提高Li|Cu电池的库伦效率和循环寿命。以富锂双相合金CuLi60作为复合金属锂电极能够提高对称电池及Li4Ti5O12（LTO）电池的电化学循环性能。（6）通过高温冶金法一步合成富锂双相非惰性合金作为复合金属锂电极,富锂双相非惰性合金包含金属锂单质和金属间化合物。金属间化合物具有电化学活性,能够可逆地进行电化学合金化/去合金化反应,具有亲锂性,能够诱导金属锂均匀沉积在三维骨架内,并且金属间化合物呈现混合离子-电子导电特性,能够使复合金属锂电极的骨架结构具有传输锂离子的能力。因此,在电极内部,除了液态电解质提供的锂离子输运通道之外,还一直存在混合导体骨架提供的固态离子导电通道。以Li-Ca合金与Li-Ba合金为例,富锂双相CaLi10合金内的骨架结构是多孔的CaLi2金属间化合物,富锂双相BaLi24合金内的骨架结构是较为有序的BaLi4金属间化合物微孔阵列。当富锂双相非惰性合金脱锂时,合金中的金属锂单质优先发生电化学反应,然后金属间化合物再进行脱锂,最后形成泡沫金属单质,当泡沫金属嵌锂时,优先形成金属间化合物,然后金属锂在金属间化合物上进行沉积,形成复合金属锂电极。富锂双相非惰性合金中的骨架结构能够有效抑制锂枝晶生长并缓解电极在充放电过程中的体积变化,富锂双相非惰性合金作为复合金属锂电极能够提升电池的电化学循环性能。