Lithiummetalne anode poseduju izuzetno visok teoretski specifični kapacitet (3860 mA·bg) i najniži elektrohemijski potencijal (-3,040 V (vs. SHE)), zbog čega se smatraju elektrodom „svetog grala“ među mnogim materijalima elektroda. Litijum metalne baterije uključuju litijum-sumporne i litijum{7}}kiseoničke baterije. Litijum{9}}sumporne baterije imaju gustinu energije od približno 2600 W·h/kg, dok litijum{13}}kiseoničke baterije imaju gustinu energije od približno 3500 W·h/kg, što je otprilike 7 i 10 puta više od konvencionalnih litijum{15}jonskih baterija. Stoga se litijum-metalne baterije smatraju jednim od najperspektivnijih sistema za skladištenje energije i glavnim kandidatom za baterijske sisteme sledeće generacije, privlačeći značajnu pažnju. Međutim, zbog problema litijum dendrita, rane litijum metalne baterije mogle su se primeniti samo u određenim specijalizovanim oblastima, a njihova komercijalizacija je odložena.
Punjive litijum-metalne baterije izumljene su još 1970-ih i bile su naširoko korištene u satovima, kalkulatorima i drugim elektroničkim uređajima.
Litijum metalne baterije se široko koriste u električnim aparatima i prenosivim medicinskim uređajima. Međutim, njihova komercijalizacija je otežana određenim defektima metala litijuma. Kao član Grupe 1 periodnog sistema, atomi litija imaju samo jedan elektron u svojoj krajnjoj ljusci, što ih čini visoko hemijski reaktivnim jer lako gube ovaj elektron. Kada je u kontaktu s organskim elektrolitom, metalni litijum na svojoj površini formira film koji se naziva sučelje čvrstog elektrolita (SEI). Glavna funkcija ovog filma je da izoluje metalni litijum od elektrolita, sprečavajući dalju koroziju litijuma. Međutim, zbog značajne promjene zapremine metala litijuma tokom punjenja i pražnjenja, SEI film često puca. Izložena svježa površina metala litijuma ponovno reagira s elektrolitom i formira novi SEI film. Ovaj proces ne samo da potiče rast litijumskih dendrita duž pukotina, već može i prodrijeti u separator unutar baterije, uzrokujući kratki spoj. Kada dođe do kratkog spoja, unutar baterije se stvara velika količina topline, što u ekstremnim slučajevima može dovesti do izgaranja ili eksplozije, ozbiljno utječući na sigurnosne performanse i tržišnu sposobnost litijum metalnih baterija. Nadalje, kako se broj litijumskih dendrita povećava, oni pružaju više mogućnosti da negativna elektroda dođe u kontakt sa elektrolitom, čime se ubrzava stopa sporednih reakcija. Ovi nepovratni procesi troše elektrodne materijale i elektrolite, smanjujući gustinu energije baterije i kulombičku efikasnost. Nakon duže upotrebe, mnogi litijumski dendriti postaju omotani u novoformirani SEI film, nesposobni da učestvuju u normalnim elektrohemijskim reakcijama; Istovremeno, litijumski dendriti u blizini supstrata brzo se razgrađuju, uzrokujući "mrtav" litijum, što znači da ovaj deo litijuma postaje elektrohemijski neaktivan, značajno slabeći ukupne performanse baterije. U proteklih 40 godina napravljen je značajan napredak u istraživanju i simulaciji mehanizama formiranja litijum dendrita.
Jedna od najčešćih strategija za suzbijanje rasta dendrita je poboljšanje stabilnosti i konzistencije sloja sučelja čvrstog elektrolita (SEI) na površini litij metala podešavanjem sastava elektrolita i dodavanjem specifičnih supstanci. Međutim, budući da je metalni litijum termodinamički nestabilan u organskim aditivima, formiranje efektivnog sloja pasivacije na njegovoj površini u okruženju tečnog elektrolita je prilično izazovno. Pored optimizacije SEI sloja, uvođenje polimera ili čvrstih slojeva barijere sa visokom mehaničkom čvrstoćom takođe može biti efikasno sredstvo za sprečavanje prodiranja dendrita u separator. Ove metode imaju za cilj spriječiti oštećenje separatora litijum dendritom poboljšanjem mehaničkih svojstava SEI sloja ili samog separatora, ali ne eliminišu suštinski problem formiranja dendrita. Dok je potpuno prevazilaženje ovog izazova još uvijek daleko, a proizvodi bazirani na litijum metalnim anodama-baterije još uvijek nisu široko dostupni na tržištu, istraživači su teoretski predložili nekoliko konceptualnih dizajna litijum metalnih baterija, demonstrirajući potencijal za praktičnu primjenu. Među njima, litijum-sumporne baterije koje koriste sumpor kao katodni materijal i litijum-kiseoničke baterije koje koriste kiseonik kao katodni aktivni materijal privukle su značajnu pažnju zbog svojih jedinstvenih prednosti i smatraju se za dva veoma komercijalno obećavajuća sve-ćelijska sistema. Litijum{10}}sumporne baterije imaju izuzetno visoku gustinu energije (otprilike 2600 W·kg) i široko su prepoznate kao obećavajući kandidati za sisteme za pohranu energije baterija sljedeće{12}}generacije. Što je još važnije, elementarnog sumpora ima u izobilju u prirodi i ekološki je prihvatljiv, dodatno naglašavajući prednosti litijum{14}}sumpornih baterija. Stoga su litijum{16}}sumporne baterije posljednjih godina privukle pažnju širom svijeta.
Polisulfidni međuprodukti koji nastaju tokom punjenja i pražnjenja litijum{0}}sumpornih baterija otapaju se u elektrolitu i prenose se do negativne elektrode. Stoga, supresija litijum dendrita postaje složenija u prisustvu polisulfidnih međuproizvoda, posebno kada je opterećenje sumporne katode veliko. Polisulfidi mogu prodrijeti u SEI film i korodirati svježi metal litijuma ispod površinskog sloja, što dovodi do gubitka kapaciteta. Stoga je sprečavanje polisulfidnog šatla neophodno ne samo za poboljšanje kapaciteta katode tokom rada litijum-sumporne baterije, već i za stabilnost SEI filma i dobijanje negativne elektrode bez dendrita{5}}. Kroz kontinuirane napore, razvijene su mnoge metode, uključujući pozitivnu ograničavajuću domenu i adsorpciju, modifikaciju elektrolita i dizajn separatora. Međutim, čini se da se ove metode više fokusiraju na suzbijanje polisulfidnog šatla i poboljšanje stope iskorištenja sumporne katode, bez direktnog suzbijanja rasta dendrita u litij metalnoj anodi. Performanse litijum{9}}sumpornih baterija zavise od zaštite metalne litijumske anode. Sinergistički učinak različitih metoda suzbijanja rasta dendrita može ubrzati praktičnu primjenu litijum{11}}sumpornih baterija.
Litijum-kiseoničke baterije su tip baterija koji koristi kiseonik iz vazduha kao pozitivnu elektrodu; ponekad se nazivaju litijum{1}}vazdušnim baterijama. Teoretska gustina energije litijum-kiseonika baterija je čak 3500 Wh/kg, što je daleko više nego kod komercijalnih litijum{5}}jonskih baterija. Stoga su litijum{7}}kiseoničke baterije postale revolucionarni napredak u oblasti skladištenja energije, privlačeći pažnju širom svijeta i smatraju se jakim konkurentom u sistemima za pohranu energije sljedeće{8}}generacije.
Slično polisulfidnim intermedijerima, unakrsna veza kisika-od pozitivne elektrode do litijum metalne negativne elektrode u litijum-kiseoničkim baterijama može dovesti do postepene degradacije površine litijum metala, što rezultira razgradnjom elektrolita i stvaranjem LiOH i LiCO3 tokom punjenja. Stoga je razvijeno nekoliko strategija za suzbijanje unakrsnog-povezivanja kiseonika. Osim problema s pozitivnim elektrodama, iscrpljivanje litijuma uzrokovano rastom dendrita i oštećenjem pasivirajućeg filma ozbiljno ometaju upotrebu metalnog litijuma u punjivim litijum-kiseoničkim baterijama. Gore navedene strategije za suzbijanje rasta litijum dendrita su također primjenjive na litijum-kiseoničke baterije. Aditivima za elektrolite, modifikacijom separatora i dizajnom negativne elektrode, performanse litijumskih baterija mogu se značajno poboljšati.