传统的锂离子电池在二次电池领域中一直占据着首要的位置,但随着技术的不断革新,人们对于锂离子电池的开发早已接近其理论值,因此需要寻找合适的电极材料来进一步提高电池的能量密度。碱金属由于极高的理论比容量、极低的氧化还原电位和较低的质量密度而被称作是下一代高能量密度可充电电池的最终负极材料。然而由于负极的枝晶生长和严重的安全隐患限制了碱金属电池(AMBs)的商业化。本论文主要是从保护碱金属负极的角度展开研究:在第一个工作中,我们利用了锂金属与氮气反应生成氮化锂的原理,设计出一套简单易操作并充满氮气的密闭实验装置,使得置于其中的锂金属表面原位生成氮化锂保护层。该保护层的存在避免了锂金属与电解质的直接接触,促进形成稳定的SEI膜,有效抑制枝晶生长。对称电池测试结果显示,表面覆盖氮化锂的电极可以在电流密度为1mA cm-2的测试条件下稳定循环至少900圈,在5mA cm-2的较高电流密度下循环了至少2500 圈以上。此外,该负极与钛酸锂正极材料进行了全电池的配对,展现出良好的循环稳定性以及倍率性能。在第二个工作中,我们利用了表面合金化这一理念设计出了表面具有硅锂合金层的锂金属负极。该负极可以在超高电流密度和超大面积容量测试条件下实现稳定的可逆循环。只需在锂金属表面添加经过化学刻蚀处理得到的厚度为20-30μm的硅片,然后利用简单的电化学活化即可在其表面获得具有一定机械强度和高锂离子电导率的LixSi合金层。对称电池测试结果表明,该合金层的存在可以有效降低电极的过电势并且提高其循环稳定性。尤其在电流大小提高到25 mA cm-2和截止面积容量增加至100 mAh cm-2的极限测试条件下,表面合金化的锂金属负极仍然可以稳定循环。该锂负极还与MoS3正极材料进行了电池配对,并实现出色的全电池性能。在第三个工作中,我们采用了两种均以钠金属为反应物并在其表面形成铋钠合金层的方法来稳定钠负极。该合金层可有效抑制钠枝晶生长,延长电池工作寿命。方法一是基于钠会与铋发生合金化反应这一原理,利用磁控溅射技术在电池隔膜单侧表面镀上铋、层。当铋层厚度为2 μm时,钠负极电化学性能最佳,能够在5 mA cm-2的电流密度下可逆循环200圈。方法二是利用钠会与BiF3之间产生自发的置换反应及合金化反应这一特点,在钠表面滴加0.01 M BiF3-DME溶液,即可获得表面铋钠合金化的钠负极。当滴加的体积为100μL时,该负极在电流大小为1 mA cm-2的条件下至少循环了 600圈。根据对称电池测试数据,我们初步证明上述两种方法可起到稳定钠负极的作用。总而言之,我们分别在锂金属表面构建氮化锂和硅锂合金保护层,不仅实现了锂金属负极的稳定可逆循环,还显著提高了全电池的性能;在金属钠表面构建的铋钠合金层可以延长其循环寿命。为锂或钠金属负极保护提供了具有应用价值的思路。