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金属锂因其超高的理论比容量(3860 mAh/g)和最低的氧化还原电位(-3.045 V,相对于标准氢电极电势),被认为是下一代高能量密度电池的首选负极材料。但是,在循环过程中,锂枝晶生长带来的安全问题严重影响了金属锂二次电池商业化的进程。同时由于金属锂的活性较高与电解液不断发生反应,也会影响电池的循环效率。为了解决以上问题,本文通过采用溅射技术在金属锂表面制备不同材料的包覆层,研究包覆处理后锂电极的性能和改性机理,主要研究内容如下:(1)通过Li-Cu电池的组装测试,研究了金属锂二次电池的失效机制、锂电极的电化学过程、枝晶生长方式以及循环效率的状况。然后,采用离子束溅射技术在金属锂电极表面生长了具有超高离子电导率的Li3N薄膜,研究了氮化处理后锂电极的界面稳定性和循环性能。测试结果证明Li3N包覆层可以抑制电极表面副反应,提升电极的界面稳定性和循环寿命。(2)采用化学性质更加稳定的Al2O3作为溅射靶材,首次通过磁控溅射技术在金属锂表面沉积纳米厚度的Al2O3包覆层,研究了 A1203对锂电极表面形貌和电化学性能的影响。研究结果表明Al2O3包覆层均匀分布于电极表面,在96 h的电解液浸泡测试中,表现出较高的稳定性。在0.5 mA/cm2电流密度下,包覆20 nm Al2O3的锂电极循环寿命提升一倍以上(达到600周);在全固态的电池测试中,包覆后的锂电极也展现了非常稳定的极化电位;在Li-S电池的循环测试中,包覆20 nm A1203的电池在0.2 C倍率下循环100周后放电容量达697.9 mAh/g,容量保持率65.8%,远高于未包覆锂电极的38%。在不同循环周期的交流阻抗测试中发现,包覆20 nm Al2O3的电极在200周内界面阻抗并没有增大;同时循环200周后包覆20nm A1203的锂电极表面无明显枝晶。(3)采用化学性质稳定且具有较高离子电导率的Li3PO4作为包覆材料,通过磁控溅射技术将其沉积在锂电极表面,研究了Li3PO4包覆层对锂电极性能提升的作用机理。在室温条件下,通过溅射技术在金属锂表面制备了不同厚度的非晶态Li3PO4薄膜,离子电导率可达到2.8×10-8S/cm,电子电导率为1.4×10-10S/cm。经过30 nm Li3PO4包覆后的锂电极具有最好的界面稳定性。在0.5 mA/cm2和1 mA/cm2的电流密度下,包覆30 nm Li3PO4的锂电极都展现出了更优异的循环寿命;循环100周后的电极表面/截面显微结构表征表明,未包覆的锂电极带有74μm的“死锂”和SEI层,而包覆后的电极表面则平整无枝晶;在Li-S电池的测试中也表现出了更高的容量保持率和库伦效率。最终我们认为纳米厚度无定形态的Li3PO4包覆层均匀致密地分布在锂电极表面,具有各向同性的特点,能够提供均匀的电流分布,形成均匀的金属锂沉积,减少锂枝晶的生长。