拥有超高理论容量(3860 m Ah·g-1)的锂金属是最具应用前景的负极材料。然而,枝晶生长和无限的副反应等问题严重阻碍锂金属电池的实际应用,锂枝晶的无限生长甚至会刺破隔膜,造成电池短路,产生安全隐患。研究表明,通过电解液优化、界面层以及负极结构调控等方法能显著地改善锂金属电池的循环性能。近几年,研究人员将聚合物涂层引入到锂负极表面,作为人工SEI保护锂金属电极/电解质界面,实现了高容量的锂金属电池循环。具有高柔韧性、良好的可加工性以及官能团可设计性的聚合物成为了电极保护层材料的优良选择之一。然而,聚合物作为电极保护材料有两个主要的缺点需要改善:一方面聚合物的低离子电导率会使界面阻抗增大,严重阻碍在电极/电解质界面上的锂离子传输;另一方面聚合物在有机电解液中的溶解性使其无法持续发挥对电极的保护作用,导致锂金属电池的循环寿命骤降。理想的聚合物涂层应具有尽可能薄的厚度以及良好的界面稳定性,在锂的电镀/剥离过程中降低锂离子的传输阻碍,同时能够长效稳定电极/电解质表面。因此,针对因聚合物的离子电导率低以及聚合物在电解液中的易溶解性而导致电池循环性能差的问题,本论文以亲锂性聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）聚合物涂层为研究体系,探索了纳米级聚合物涂层的厚度变化、界面稳定性以及表面形貌变化对锂金属负极循环稳定性的影响,首先,研究发现纳米厚度的电化学活性聚合物涂层能够通过与锂离子的可逆反应显著地改善锂金属电池的循环性能,而仅通过极性诱导的纳米厚度聚合物涂层并未取得良好效果;其次,创新性地利用高温退火的方法使涂层在集流体表面形成高稳定性的界面吸附层,显著地提高了锂金属电池的循环稳定性;此外,构筑具有微纳米孔结构的纳米涂层,加快了锂离子在界面处的迁移,成功抑制了锂枝晶的生长。主要研究内容如下:第一部分工作针对因聚合物的离子电导率低而导致电池循环性能差的问题,在集流体表面引入纳米级厚度的PMMA涂层,研究了厚度变化对电池性能的影响。使用匀胶-旋涂仪在铜集流体上旋涂不同厚度的电化学活性PMMA涂层,进行膜厚的优选。在0.5 m A cm-2电流密度,1 m Ah cm-2的面积容量下,涂层厚度约93 nm的PMMA@Cu电极在稳定循环250圈后仍能保持97%以上的库伦效率,表现出最佳的循环稳定性。而仅通过极性诱导的纳米厚度聚合物（PVDF和PAN）涂层并未取得良好效果。一方面,这是因为亲锂性PMMA中的大量-C=O基团能够与锂离子发生可逆反应来阻止锂离子向“热点”移动,均匀化锂离子束。另一方面,最佳厚度下的涂层能够明显加快界面处锂离子的传输,降低固体电解质界面（SEI）阻抗,从而显著改善电池的循环寿命;而太厚的涂层界面电阻较大,降低了锂离子的迁移速度,导致电池循环稳定性变差。第二部分工作针对因聚合物在电解液中的溶解而导致涂层无法在集流体表面继续发挥保护作用的问题。通过物理退火,使聚合物在电极表面形成不可逆的界面吸附层,提高了纳米厚度PMMA涂层的界面稳定性,实现了锂离子在电极界面的长期稳定传输。测试表明,退火24 h的PMMA在铜集流体表面已经达到平衡态,此时的涂层具有较强的界面稳定性,能够在电极表面长期发挥作用。PMMA-24 h涂层电极可在1 m A cm-2的电流密度,1 m Ah cm-2的面积容量下,循环200圈,并保持96.5%的稳定库伦效率。第三部分工作通过设计具有多孔形貌的涂层促进锂离子的高效传输。在最优膜厚基础上,构筑具有微纳米孔的纳米PMMA涂层,协同PMMA的化学诱导作用,来改善锂金属电池的循环性能。在1m A cm-2的电流密度,1 m Ah cm-2的面积容量下,平滑的PMMA涂层仅能稳定循环120圈,而微纳米孔结构PMMA涂层的库伦效率在170圈循环后仍稳定在96%以上。