最早鋰電池的研究主要以金屬鋰或合金為負極。然而，由于金屬鋰表面凹凸不平，電沉積速率差異造成沉積不均勻，導致負極會生成樹枝狀鋰晶體，鋰枝晶不僅會降低電池的容量，還可能刺穿隔膜，造成電池短路。隨后的幾十年，石墨化碳、硅基材料、錫基材料等成為了時下最常見的鋰離子電池負極材料。
金屬鋰負極發(fā)展史要追溯到上個世紀，1912年Gilbert N.Lewis首次提出了金屬鋰負極的概念，Harris在1958年首先發(fā)現(xiàn)金屬鋰在非水溶劑中可穩(wěn)定存在。20世紀六七十年代，以金屬鋰作負極應用非水溶劑電解液的一次電池得到大量研究。20世紀80年代末期，Moli公司開發(fā)了商業(yè)化的MoS2/Li電池，能夠循環(huán)數(shù)百周，能量密度得到了極大的提升，一經(jīng)開發(fā)，就迅速占據(jù)了大量的市場份額。但之后由于多起鋰電池的起火爆炸事件被迫大規(guī)模產(chǎn)品召回，從此金屬鋰負極的研究告一段落。隨后大量的研究成果表明，鋰電池之所以發(fā)生起火爆炸，是因為在充放電的過程中鋰枝晶生長刺穿隔膜，導致內(nèi)短路，進而引發(fā)熱失控。20世紀90年代由于金屬鋰負極致命的安全隱患問題一直無法得到徹底的解決，科學家們漸漸放棄了金屬鋰負極體系，轉(zhuǎn)而研究其他負極材料，其中以索尼公司在1991年商業(yè)化的鈷酸鋰對石墨的電池體系最為著名。到21世紀，由于鋰離子電池常見負極的比容量已經(jīng)接近其理論值，使得研究者們不得不又回到了對金屬鋰負極的研究上來。加之鋰硫和鋰空氣電池等新型電池體系的提出為金屬鋰負極的研究注入了新的活力。2010年后由于聚合物、氧化物和硫化物等固態(tài)電解質(zhì)的發(fā)展，其優(yōu)良的安全性使得金屬鋰負極的研究走向固態(tài)化。
目前提高鋰金屬負極循環(huán)穩(wěn)定性和安全性的有效策略是使用固態(tài)電解質(zhì)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)液體電解質(zhì)，固態(tài)電解質(zhì)具有較高的機械強度和化學惰性，能有效抑制鋰枝晶的生長，減少界面副反應，同時提高鋰金屬電池的能量密度。目前對于固態(tài)電解質(zhì)離子電導率的提升已經(jīng)取得了一定的進展，而改善鋰金屬負極和固態(tài)電解質(zhì)的界面性能仍然需要繼續(xù)深入研究和探索。復合固態(tài)電解質(zhì)因為兼顧無機固態(tài)電解質(zhì)和有機固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)點而備受關(guān)注，同時復合固態(tài)電解質(zhì)與鋰金屬負極的界面問題也在探索和優(yōu)化中，并向?qū)嵱没七M。通過調(diào)整復合電解質(zhì)組分、設計多層結(jié)構(gòu)復合電解質(zhì)，可以調(diào)節(jié)復合固態(tài)電解質(zhì)的力學性能以提高界面相容性、抑制鋰枝晶；而利用共混聚合物、添加聚合物層可以提高對鋰金屬的浸潤性，此外還可以在鋰金屬負極上直接原位聚合增加“軟接觸”，減少固態(tài)電解質(zhì)與負極之間的縫隙、克服界面阻抗。設計合理的界面層、提升復合固態(tài)電解質(zhì)離子電導率、利用聚合物電解質(zhì)本身的自愈性，可以顯著改善鋰離子不均勻的沉積。
金屬鋰的克容量高達3860mA·h/g，是現(xiàn)階段石墨類負極材料的（372mA·h/g）十倍，能量密度更高，另外，金屬鋰有著最低的電化學勢，其對應的正極材料選擇面更廣泛，可以是常規(guī)的磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰，也可以采用不含鋰材料作為正極，可以說金屬鋰是理想的負極材料。雖然金屬鋰現(xiàn)階段只占據(jù)很小一部分市場，“相對小眾”，但是受益于固態(tài)電池技術(shù)不斷成熟，金屬鋰需求也將顯著增加，在技術(shù)迅速發(fā)展的條件下，鋰金屬枝晶的生長原理、保護措施一定會早日解決，實現(xiàn)高能量密度鋰金屬電池的商業(yè)化指日可待。
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