锂金属具有3860 m Ah/g的理论比容量和最低的电极电势,被称为能量之“圣杯”,它是下一代锂电池的理想负极材料。使用锂金属作为负极的锂金属电池在能量密度方面具有巨大的优势。然而,锂金属较高的活性会造成枝晶生长以及电解液消耗等问题,不仅会导致容量下降,还存在安全隐患。因此,探究锂金属负极的保护措施成为近年来该方向研究的重点。目前常使用界面调控或三维支撑骨架来改善锂金属负极的电化学性能,这些方法都能达到抑制锂枝晶和提升电池循环寿命的目的。研究结果显示,仅通过单一策略很难实现高效的锂金属保护,需考虑多种方法联用以期得到更好的保护效果。基于此,本论文旨在通过引入非原位保护膜、原位保护膜以及三维骨架原位膜等多种界面调控策略,达到有效抑制锂枝晶和显著提升电池循环寿命的目的,为推进锂金属负极的实用化提供理论支持和技术参考。首先制备有机/无机复合双层非原位保护膜。通过低温固相法制备Zn O纳米棒,并将其均匀刮涂于锂金属表面形成缓冲层,再覆盖利用旋涂法得到的Zn O/PVDF-HFP复合膜,从而构成双层非原位保护膜。缓冲层用于缓解固-固界面接触,将界面阻抗由数百欧姆降低至26.2Ω,从而减弱非原位保护膜不紧密接触造成的电压骤变。这种双层Zn O/PVDF-HFP@Zn O保护膜可使锂铜电池在酯类电解液中的库伦效率达到94%,且稳定维持100圈不衰减。此外,将该保护膜用于锂-锂对称电池时,电池稳定运行500 h,且200圈循环后对称电池中受保护锂表面光滑无枝晶生长,Zn O粉末依然保持较好的棒状结构。其次探究保护膜内存在的介电效应及其对锂沉积的影响。利用计算机模拟软件建立理论模型,分别模拟恒流和恒压时,不同相对介电常数的保护膜下锂金属表面锂离子流分布情况。当锂金属发生沉积时,保护膜内同时存在浓差极化电场、介电极化电场以及外电场。浓差极化电场和外电场引起的保护膜介电效应可以引发反向电场,抑制膜内电流骤变,进而起到均匀化锂离子流的作用。恒流情况下模拟离子流均匀的最优相对介电常数范围为5～13。通过制备一系列具有不同相对介电常数的保护膜,并通过锂-锂对称电池的稳定性测试进一步验证了模拟结果。再次,针对非原位保护膜引起界面接触不紧密的问题,本论文利用固态阳极氧化法,在锂金属表面制备得到原位保护膜。使用无定形氧化铝薄膜作为过渡固态电解质,在10 V电压下锂金属表面可形成富含碳和锂化合物的原位保护膜。使用这种原位保护膜,锂-锂对称电池可稳定运行1500 h,钴酸锂全电池可运行300圈。这种方法不仅可以提升锂金属负极和全电池的循环寿命,还可实现锂负极界面枝晶层的修复。此外,氢氟醚参与的固态阳极氧化过程可以得到氟化原位保护膜,这种保护膜可使钴酸锂全电池在200次循环后的容量保持率达到83.18%。最后,分别研究非牺牲型高氯酸锂添加剂的作用机制以及三维锂金属碳骨架的制备方法。探究高氯酸锂添加剂对三维锂金属碳骨架的界面调控作用,和对锂金属负极循环稳定性的提升效果。考察利用碳扩散效应制备的中空结构碳纤维三维骨架对锂金属循环性能的增强效果,当其与高氯酸锂添加剂联用时,骨架表面会发生锂嵌入从而形成含碳的三维锂金属表面层。这一协同效应可使锂-碳电池的库伦效率提升至99.6%,并稳定循环800圈。通过高氯酸锂添加剂与骨架的联用策略,容量型三元镍钴锰全电池可稳定循环250圈,这突破了传统牺牲型添加剂在大比表面积骨架上快速消耗造成全电池容量快速衰减的弊端。