虽然锂金属负极在≈3.040 V（与标准氢电极相比）的低氧化还原电位下具有高达3860 mAh g^-1的理论容量，但由于锂枝晶生长带来的库仑效率低和安全性问题，阻碍了其在二次电池中的应用。为此，人们通过精准的电极设计、电解质工程、固体电解质界面控制、引入保护层等策略以解决上述问题。值得注意的是，三维结构电极材料具有巨大的潜力，其具有高活性比表面积和具有大量亲锂位点的立体结构，因此即使在高局部电流密度下，也可以通过动力学控制金属沉积来促进快速锂离子熔剂和金属形核，并减缓锂枝晶的生长。

有鉴于此，韩国高丽大学Young Soo Yun综述了用于LMA的3D结构电极材料的设计，包括：金属基材料，碳基材料和金属-碳杂化材料。并概述了从商用集电器的使用到最先进的纳米结构的方法的多样化。

文章要点

1）金属基电极材料（包括导电或非导电金属化合物及其合金）可以通过多种方式引导均匀的Li金属沉积，例如，通过高度Li离子导电层的形成，亲硫化合物的形成，活性成核位点的诱导和纳米孔的形成结构和有效表面积扩展。作者总结了块状3D集电器和纳米结构材料等金属基电极材料的研究进展。

2）碳基材料具有低密度，高表面积，高电导率，可调节的特性，廉价且普遍存在的前体以及众所周知简单的化学方法等优点，可用于生产具有可调物理化学性能的适用于LMA的最新结构。作者总结了各种碳基电极材料的最新设计策略，并重点总结了这些材料的三维结构和表面化学性质对其可逆锂金属储存的电化学性能的关键作用。

3）作者总结了含亲锂金属基纳米颗粒的三维碳骨架，金属衬底上的三维碳骨架以及金属-碳杂化电极材料的发展前景三个方面总结了金属-碳杂化电极材料的研究进展。

4）作者最后指出了用于LMA的3D结构电极材料的未来研究方向，包括：1）综合实验条件下的系统性研究；2）对于同一实验体系，需要比较不同结构、不同表面性质、不同活性表面积的三维电极材料的电化学性能；3）不同电极体系中金属形核和生长机理的研究；4）3D电极材料表面保护层的开发，以降低锂和电解质的消耗；5）基于3D电极的LMA的无负极或负极最小化的全电池测试；6）双杂原子(O/S、O/B或N/S)掺杂等参数对三维碳基电极性能的影响。

Sunwoo Park, et al, Advances in the Design of 3D-Structured Electrode Materials for Lithium–Metal Anodes, Adv. Mater. 2020

DOI: 10.1002/adma.202002193

https://doi.org/10.1002/adma.202002193