近年来,储能引起了广泛的关注,并导致了一系列新兴技术的出现。自1991年商业化以来,锂离子电池在便携式电子设备中起着主要作用。然而为了满足了对高能量密度不断增长的需求,有必要开发具有高能量密度的下一代金属电池,例如Li-S和Li-O2电池体系。近年来被广泛研究的锂金属电池(LMB)被认为是最有吸引力的下一代高能锂电。锂金属负极具有3860 mAhg-1的高理论容量,0.59gcm-3的低密度以及最低的电化学电势。但是目前锂金属电池仍然存在沉积不均匀、库伦效率偏低、锂枝晶等问题阻碍了其商业化应用。因此进一步了解锂金属的沉积过程对解决这些问题十分重要。当前锂金属的沉积过程主要分为两个阶段即成核与生长阶段,但是目前相关机理仍然是有争议的。现有研究表明锂金属的沉积行为与集流体密切相关,为了进一步了解锂在不同基底上初始成核后的沉积倾向,本研究通过磁控溅射等方法制备出碳、铜、氧化锌的集流体表面进行实验。同时,利用了周期性密度泛函理论计算(Density Functional Theory)研究了锂原子与不同集流体表面原子的结合能、锂原子在集流体表面的扩散能垒与锂金属沉积形貌的关系。相关实验表征与电化学测试表明锂原子和集流体之间的高结合能低表面扩散能垒可以促进锂金属的均匀沉积。进一步地根据已得到的锂金属在集流体的沉积情况与结合能、表面能的之间的关系,本研究提出了用碱蚀集流体的方法,通过调节温度和反应时间得到了 3D绒毛状的铜集流体,再通过磁控溅射将镁金属溅射到3D铜集流体上。最后通过电沉积的方法将不超过30μm锂金属沉积到改性集流体表面,将其应用于Li/LiFePO4电池体系,循环寿命延长了一倍。同时,电化学测试表明该种集流体的库伦效率在200圈之后仍能保证到达95%以上,而普通商用化的集流体在60圈之后仅剩余不到40%。