不可再生能源资源的加速消耗加剧了全球能源危机，也加剧了环境问题，从而迫切需要高效且低碳排放的可持续储能技术[1]。在现有的选项中，锂离子电池（LIBs）因具有竞争力的能量密度、长期循环稳定性以及完善的生产基础设施而成为最主要的解决方案[2]、[3]、[4]。自20世纪90年代初问世以来，LIBs彻底改变了现代社会，推动了便携式电子产品的快速发展、电动汽车（EVs）的广泛应用以及电网规模储能系统的扩展[5]、[6]。商用LIBs通常使用锂过渡金属氧化物作为正极，石墨作为负极。电极化学和电池设计的持续进步使LIBs的能量密度超过了300 W h kg?1，同时成本降低到了每千瓦时150美元以下[2]、[3]。然而，LIBs的能量密度已接近基于插层原理的正极系统的固有极限，这使得满足下一代应用（需要超过500 W h kg?1的能量密度）的需求变得越来越困难[7]、[8]、[9]、[10]。
为克服LIBs的能量密度限制，人们提出了采用金属锂作为负极的锂金属电池（LMBs）[11]、[12]。金属锂长期以来被视为理想的负极材料，因为它具有极低的密度（0.534 g cm?3）、极高的理论比容量（3860 mA h g?1）以及最低的电化学势（?3.04 V vs. SHE）。当与高容量正极结合时，LMBs可以达到500 W h kg?1或更高的电池级能量密度，远超传统LIBs[10]、[13]、[14]。然而，尽管有这些理论优势，LMBs在实际应用中仍存在严重限制。金属锂与有机电解质的反应性会导致持续的副反应，引发不稳定的界面形成、不可逆的锂消耗以及电解质的持续降解，最终导致电隔离的死锂积累[15]、[16]、[17]、[18]、[19]。由于金属锂负极的工作原理是基于锂的沉积/剥离过程，因此界面不稳定性导致的锂持续损失不可避免[20]、[21]。因此，在使用金属锂负极时通常会采用相对较厚的锂箔以确保锂的持续供应，但这会在电池层面造成额外的能量密度损失。因此，找到有效抑制锂持续损失的方法对于金属锂负极的实际应用至关重要。这一观点自然促进了无阳极锂金属电池（AFLMBs）的发展，其中活性锂完全由正极提供，从而为最大化能量密度提供了直接途径[22]、[23]。
在AFLMB系统中，整体电池结构与LIBs和LMBs类似，包括锂过渡金属氧化物正极、隔膜和液态电解质。然而，与传统系统不同，AFLMB的负极侧仅包含裸露的集流体，没有预先加载的金属锂（图1a）[24]、[25]。在初始充电过程中，从正极和电解质中提取的锂离子沉积在集流体上，放电时沉积的锂则重新剥离回正极[24]、[26]。通过消除多余的金属锂这一非活性质量，这种无阳极配置为最大化电池的重量能量密度提供了直接途径。理论上，AFLMBs可以实现接近650 W h kg?1的能量密度，超过传统LMBs[10]、[25]、[27]、[28]。如此高的能量密度对于延长电动汽车的行驶里程、减轻重量和体积以及提高大规模储能系统的整体效率至关重要。
在这方面，AFLMBs代表了理想的电池架构，其容量完全由正极中的锂储量决定。虽然这种设计需要大量的工程努力才能实现实际操作，但AFLMBs的极高能量密度仍然是推动广泛研究活动的主要动力。除了高能量密度外，AFLMBs还提供了其他几项优势（图1b）。无需预先加载锂负极简化了整体电池结构，也避免了在电池制造过程中直接处理高反应性金属锂的需要。因此，AFLMBs在组装过程中表现出更好的空气稳定性、更低的制造复杂性和生产成本，以及相对于传统LMBs更高的安全性[22]。最值得注意的是，AFLMBs在三种代表性电池配置中实现了最高的能量密度，突显了其作为下一代高能量存储平台的强大潜力（图1c）[10]、[22]、[29]。正如Louli等人的实验所证明的，AFLMBs在包括体积能量密度在内的各方面都表现出优异的性能[30]。
尽管有这些优点，AFLMBs也存在明显的缺点，尤其是在循环稳定性方面。不稳定的固液界面（SEI）层的形成和死锂的加速积累会导致比LMBs更差的循环寿命。造成这一限制的两个主要因素是：（i）锂来源仅限于正极和电解质，导致不可逆的锂损失；（ii）锂直接沉积在铜集流体上，而铜与锂不发生合金化，从而导致较高的成核过电位（约40 mV）、沉积不均匀以及枝晶生长（图2a）[31]、[32]、[33]、[34]、[35]、[36]。
大量研究致力于改进AFLMBs的性能以克服这些关键限制（图2b）。在各种策略中，电解质工程受到了特别关注。通过形成坚固的SEI和正极-电解质界面（CEI）层，这种方法可以抑制锂与电解质之间的直接接触，减轻副反应并减少不可逆的锂损失[37]、[38]。特别是构建具有高机械强度的无机富集SEI层可以有效抑制枝晶生长。调节Li+的溶剂化结构是关键策略，因为富含阴离子的溶剂化环境有助于形成无机富集的SEI，从而提高界面稳定性并延长循环寿命[39]、[40]、[41]。
除了电解质工程外，集流体的改性也成为另一种重要策略。在AFLMBs中，锂直接沉积在Cu集流体上，但由于Cu和Li之间缺乏互溶性，导致较高的成核过电位和不均匀的锂生长[42]。表面粗糙度、缺陷和导电性不均匀会进一步加剧局部电流密度波动，从而导致不稳定的沉积和死锂的形成[43]。已经开发了多种改性策略来解决这些问题。引入亲锂种子层或使用Au、Ag、Mg和Zn等金属构建异质界面，这些金属能与锂形成固溶体并几乎消除成核过电位，从而促进均匀的锂沉积[42]。此外，经过特殊处理的Cu表面能够为锂提供有利的沉积条件，有效抑制局部电流浓度和枝晶形成[44]。
另一种有前景的方法是使用过量锂源。由于AFLMBs中的锂供应仅限于正极和电解质，因此在初始循环期间库仑效率通常会下降，锂的持续消耗仍然是一个重大挑战。为了弥补这一不足，人们采用了含有锂的牺牲性添加剂和富锂正极。牺牲性添加剂在初始循环期间释放锂，随后变得不活跃，而富锂正极则作为额外的锂储备[45]、[46]。这两种方法都有助于补偿锂损失，从而提高循环稳定性。
最后，优化循环协议是不可或缺的。即使使用先进材料，如果没有良好的循环条件，也无法充分发挥AFLMBs的固有性能。充电/放电速率、内部压力形成程序和工作温度等参数会显著影响锂的沉积/剥离行为和可逆性[47]、[48]。适当的优化可以最大化电池性能，并为下一代AFLMBs的合理设计提供机制上的启示。
