随着社会的进步与环保意识的提高,至2030年,众多老牌汽车厂商都会停止生产内燃机汽车。目前国内外的汽车市场无不对电动汽车或混合动力汽车加大研究投入,高比能量锂离子电池作为新时代汽车储能装置的关键组成部分,一直广受关注。目前锂离子电池负极材料如石墨、硅碳等已经广泛应用于锂离子电池中,但石墨负极低的储锂质量比容量（372mAh/g）和硅碳负极巨大的体积膨胀效应一直限制了它们的进一步的发展。而正极材料如LiFePO4、LiMO2（M=Ni、Co、Mn）等虽然也已经投入商用,但低储锂质量比容量（＜300mAh/g）、安全性、倍率性能等问题也限制它们的发展。被誉为下一代储能系统最有力候选者的锂硫电池是由有着质量比容量分别为3860 mA h/g和1675 mA h/g的锂金属负极和的硫正极组成的。然而由于锂金属负极存在着枝晶生长的问题,并且硫正极产生的多硫化物会在电解液中溶解引起穿梭效应,这些都严重影响着锂金属电池锂的利用率及锂硫电池的硫利用率。本论文中,针对锂金属负极锂沉积不均匀导致的枝晶生长及锂利用率低、硫正极穿梭效应导致的容量衰减等问题,我们利用硝酸银界面层修饰诱导锂均匀沉积,实现了高锂利用率金属负极的构筑,并将其应用到锂硫电池中,同时利用氟化锂-石墨烯复合结构抑制锂硫电池中多硫化锂的穿梭效应。具体研究内容如下:1、硝酸银界面修饰层诱导锂均匀沉积:我们巧妙地设计了硝酸银界面修饰层,构建了亲锂银位点和硝酸盐层来引导和限制锂的沉积。银位点可以充当有效的锂沉积位点,吸引锂离子,引导锂的初始成核。生成的硝酸盐层提供了有利于均匀锂沉积的界面环境,这些在理论上都已通过分子动力学（MD）模拟得到了验证。这两种优点相结合,实现了无枝晶的锂沉积。并且该电池在碳酸酯电解液中表现出优异的循环效率（300次以上的循环中库伦效率约99%）,还可以在10 mA h/cm2高容量下进行深度循环。本文中的锂金属高利用率为未来高效锂金属全电池的发展开辟了一条新的道路。2、氟化锂-石墨烯复合结构（LiF-GN）抑制多硫化锂的穿梭效应:在上一章对锂负极的研究基础上,将其应用于锂硫电池,并结合氟化锂-石墨烯复合结构（LiF-GN）,有效抑制多硫化锂的穿梭效应。我们将氟化石墨烯抽滤在隔膜上,与锂金属组装成锂硫电池,在充放电过程中,原位生成的LiF嵌入石墨烯层间,由于其致密且结实的特点,可以在电池循环中抑制溶解在电解液中的多硫化物穿过隔膜与锂金属之间的LiF-GN层,从而避免多硫化物与锂负极的接触。多硫化物的渗透实验及原位紫外标定多硫化物浓度实验都证明了该结构可以有效抑制多硫化锂的“穿梭效应”,制备出的含有LiF-GN的锂硫电池展现出了出色的循环稳定性。在应用于锂硫电池时,可以在0.2 C的情况下实现1074.8 mA h/g的出色容量。从电化学性能可以看出,经过300次循环后,我们的电池可提供93.3%的可持续容量保持率,库仑效率超过99.4%。