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以金属锂为负极的锂金属电池,由于金属锂具有极高的理论比容量（3860mAh/g）和极低的电化学电位（-3.04 V）,尤其当锂负极与基于转化反应的正极材料匹配时,甚至可以达到900 Wh/kg的能量密度,被认为是极具前景的下一代电化学储能装置的候选。然而,在充放电过程中金属锂表面不均匀的沉积/剥离以及SEI（固体电解液界面层）不稳定的结构导致锂枝晶的产生,锂枝晶恶化了电池体系的电化学反应,甚至可以穿透隔膜,引起电池极大的安全隐患。近来,多种策略被尝试运用于抑制锂枝晶,改善锂负极的形貌,像改变电解液组成、使用固态电解质等。本论文围绕抑制锂枝晶这一主题,通过增强传统电解液以及开发几种新型电解质用于抑制锂枝晶并实现全固态锂金属电池,主要工作包括:（1）以三维介孔球状g-C3N4微球作为电解液填充剂,与LiTFSI/DGM电解液混合,获得了一种轻质碳氮聚合物增强的纳米结构泥状电解质（组分g-C3N4-LiTFSI-DGM）。该电解质具有良好的界面性能,与金属锂接触的界面阻抗极小（115Ω·cm2）,而且能够加快界面的稳定。得益于g-C3N4较高的机械强度,纳米片状分子组装而成分级介孔球形貌,表面极性,该泥状电解质有效的抑制了锂枝晶的生长。该电解质用于锂金属对称电池,极大的降低了锂金属沉积/剥离过程的电压极化差,增强了电池的续航能力,在6 mAh/cm2大电流密度下,100圈循环后,电压极化仍然在100 mV左右。该电解质用于Li-FeS2锂金属电池时,其改善了锂负极的形貌,弱化了多硫化物的穿梭效应,确保了大于400次循环的电池长寿命。在对照研究中,通过氧掺杂剥离而成的二维结构O-g-C3N4综合性能逊于三维结构的g-C3N4。（2）将三维介孔形貌的g-C3N4微球与聚氧化乙烯PEO复合,成功制备了综合性能优异的复合聚合物电解质（PEO-LiTFSI-C3N4）。借助于纳米片组装而成的分级多孔表面,g-C3N4与PEO产生强烈的交联作用。PEO紧密缠绕于微米尺度的g-C3N4,降低了聚合物的结晶倾向,提升了电导率,复合固态电解质PEO-LiTFSI-0.2C3N4在室温下导电率为3.06×10-5 S/cm,比纯PEO聚合物电解质（SPE）高一个数量级(2.32×10-6 S/cm),并且得到0.69的高锂离子迁移数。复合聚合物固态电解质展现出优异的界面性能,在60℃下,能够长时间保持着稳定的界面阻抗（约为480Ω·cm2）。借助g-C3N4填充剂抑制枝晶的特性以及优异的界面性能,复合聚合物电解质能使金属锂对称电池实现稳定的沉积/剥离过程达6600小时,而循环后的电解质膜形态保持良好,锂金属表面也致密光滑。基于复合固态电解质PEO-LiTFSI-0.2C3N4的Li/LiFePO4电池,在50μA和100μA电流,60℃条件下,实现200圈的循环后,容量依然保持在134 mAh/g以上。同时也展现出优异的倍率性能,在3 C和6 C大倍率下下依旧有着110 mAh/g以上的大容量。（3）在电解液中加入功能化的添加剂是抑制锂金属电池中枝晶的简便有效的方法,特别是当富含LiF的SEI层由添加剂分解或沉积形成。然而,LiF仍然受到较差的离子导电率和难以获得特定纳米结构的限制。在缺乏所需的结构原型或矿物相的情况下,探索作为SEI组分的高Li离子电导率新锂基氟化物仍然是一个很大的挑战。针对此,我们提出富锂相的冰晶石衍生物Li3AlF6为固体电解质添加剂。从离子液体中合成的Li3AlF6具有表面离子液体包覆的纳米多孔织构结构。其室温离子电导率高达2×10-5 S/cm,具有0.29 eV的低活化能,是氟基固态电解质中的最佳水平。这些特征是保证锂离子在Li3AlF6富集的SEI层体相和晶界处具有均匀的离子流,并强化对Li枝晶抑制效果。Li3AlF6添加剂可实现稳定的循环性即使在3 mAh/cm2的高面积容量下锂对称电池至少实现100个循环（持续时间为600小时）;基于LiFePO4,FeS2和S的各种锂金属电池的容量保持率显着提高,这些都归因于锂负极的稳定性。（4）从离子液体BmimBF4中合成氟基固态电解质Li3AlF6的基础上,使用具有更长侧链的离子液体(C10mimBF4)作为热氟化剂,以水合硝酸镓作为前驱体合成了类冰晶石结构的Li3GaF6。合成的Li3GaF6表面有更清洁的离子液体包覆,相比于Li3AlF6的织构形貌,Li3GaF6为离散分布的方型颗粒。Li3GaF6室温下获得更高的电导率8.8×10-5 S/cm,扩散活化能为0.41eV。纳米结构的Li3AlF6和Li3GaF6在压制成片后,从断面观察到由离子液体薄层在晶粒边界处进行原位粘合,极大的促进了固态电解质中的离子输运特性。借助新型界面润湿剂,成功实现了基于氟基固态电解质的Li/LiFePO4电池。对于Li3GaF6,在0.5 C时,能实现150圈以上的循环,而容量不低于90 mAh/g,在较大倍率1.5 C下也能循环150次,容量没有大幅衰减。对于Li3AlF6,在0.5 C时固态电池能实现200圈的循环,而容量不低于80 mAh/g。基于Li3GaF6的锂金属对称电池能实现稳定沉积/剥离过程达220小时。