在全球“碳中和”推进和能源结构转型的背景下，绿色、低碳和可持续金属提取技术[[1], [2], [3]]以及高效安全的储能装置[4,5]的发展已成为一个关键的跨领域需求。无论是通过电解冶金实现金属的绿色回收和高纯度制备[[6], [7], [8]]，还是基于金属阳极（如锂[[9], [10], [11]]、钠[12,13]和锌[14,15]]构建新一代高能量密度储能电池，其核心物理和化学过程都涉及金属离子在电极界的还原与沉积——即金属电沉积技术。因此，金属电结晶理论成为连接这些重要领域的共同科学基础，对其系统梳理对于相关技术的协同发展具有重要意义。
金属电沉积是指在电场驱动下的成核和晶体生长过程[11,16,17]。这一过程不仅遵循传统晶体学的基本规律，还受到电场[18,19]、界面化学[14,20,21]和离子传输[22, [23], [24]]等多种因素的复杂耦合影响。这一过程决定了金属沉积层的形态[25], [26], [27]、纯度[28,29]、效率[30,31]和稳定性[32], [33], [34]，从根本上影响着相关技术的经济性和可行性。过去十年中，与金属电沉积技术相关的研究论文发表量逐年增加（图1）。因此，深入理解并精确调控这一复杂耦合过程不仅是提高金属提取效率和储能装置性能的关键，也是冶金工程和储能材料领域的前沿研究焦点。
随着先进的原位/操作表征技术与理论模拟[4,35,36]的深入整合，在理解电结晶机制方面取得了重大突破。这些进展促进了从电解质设计、界面工程到外部场调控等一系列创新策略的发展。在金属提取领域，电结晶技术可以提高金属利用率，减少传统冶炼技术对高温和化学反应的依赖，降低水耗，并推动绿色冶金工艺的升级[37]。电化学储能技术在减少对化石能源的依赖、调节风能和太阳能、大规模储能以及未来稳定电力传输方面具有重要意义。随着未来对大规模储能系统的需求增加，开发高能量密度、高安全性和环境友好的电化学储能技术已成为当前能源领域的关键研究目标[19]。电结晶技术是储能领域的核心反应之一，通过影响沉积形态[5,38,39]、晶体取向[27]和沉积均匀性[40]，这一过程从根本上决定了储能电池的循环寿命、安全性和能量密度等关键指标。为了充分发挥电结晶技术的潜力，研究人员通常通过电解质调控[29,41,42]、电极界面工程[43,44]和外部场控制[19,45,46]等方面来优化电结晶过程，旨在实现电结晶过程的精确调控，推进从绿色冶金到高效储能的一系列技术的实际应用。
本综述涵盖了经典的和非经典的晶体生长理论，以及利用基于成核-生长理论模型的新技术改善材料结构性能的策略和案例研究。旨在为该领域理论的深入发展和创新技术研究提供参考。第一部分（标题为“电结晶理论及其模型的发展，包括经典成核理论、非经典成核理论、晶体生长理论及多物理场耦合模型和数据驱动方法”）简要讨论了经典晶体成核和生长理论及其扩展内容，总结了这些理论的关键概念、特点和局限性。在此基础上，我们讨论了电结晶技术在金属提取（第3节）和储能电池（第4节）领域的最新进展，以促进工业发展和行业进步。最后，在综述的第三部分（第5节）中，我们对金属电结晶的未来研究方向进行了展望。
