Litanody metalowe posiadają wyjątkowo wysoką teoretyczną pojemność właściwą (3860 mA·bg) i najniższy potencjał elektrochemiczny (-3,040 V (w porównaniu z SHE)), co czyni je uważanymi za „świętego Graala” wśród wielu materiałów elektrodowych. Do baterii litowo-metalowych zalicza się baterie litowo-siarkowe i litowo-tlenowe. Baterie litowo-siarkowe mają gęstość energii około 2600 W·h/kg, podczas gdy baterie litowo-tlenowe mają gęstość energii około 3500 W·h/kg, czyli około 7 i 10 razy więcej niż konwencjonalne baterie litowo-jonowe. Dlatego akumulatory litowo-metalowe są uważane za jeden z najbardziej obiecujących systemów magazynowania energii i głównego kandydata na systemy akumulatorowe nowej generacji, co przyciąga znaczną uwagę. Jednak ze względu na problem dendrytu litowego wczesne akumulatory litowo-metalowe można było stosować tylko w niektórych wyspecjalizowanych dziedzinach, a ich komercjalizacja została opóźniona.
Akumulatory litowo-metalowe zostały wynalezione już w latach 70. XX wieku i były szeroko stosowane w zegarkach, kalkulatorach i innych urządzeniach elektronicznych.
Baterie litowo-metalowe są szeroko stosowane w urządzeniach elektrycznych i przenośnych urządzeniach medycznych. Jednakże ich komercjalizację utrudniają pewne wady litu metalicznego. Jako członek Grupy 1 układu okresowego, atomy litu mają tylko jeden elektron na swojej najbardziej zewnętrznej powłoce, co czyni je wysoce reaktywnymi chemicznie, ponieważ łatwo tracą ten elektron. W kontakcie z elektrolitem organicznym lit metaliczny tworzy na swojej powierzchni warstwę zwaną interfejsem stałego elektrolitu (SEI). Główną funkcją tej folii jest izolowanie metalicznego litu od elektrolitu, zapobiegając dalszej korozji litu. Jednak ze względu na znaczną zmianę objętości litu metalicznego podczas ładowania i rozładowywania, folia SEI często pęka. Odsłonięta, świeża powierzchnia litowo-metalowa reaguje ponownie z elektrolitem, tworząc nową warstwę SEI. Proces ten nie tylko sprzyja wzrostowi dendrytów litu wzdłuż pęknięć, ale może również przedostać się do separatora wewnątrz akumulatora, powodując zwarcie. W przypadku zwarcia wewnątrz akumulatora wytwarza się duża ilość ciepła, co w skrajnych przypadkach może prowadzić do spalenia lub eksplozji, poważnie wpływając na bezpieczeństwo i atrakcyjność handlową akumulatorów litowo-metalowych. Co więcej, wraz ze wzrostem liczby dendrytów litu stwarzają one większe możliwości kontaktu elektrody ujemnej z elektrolitem, przyspieszając w ten sposób szybkość reakcji ubocznych. Te nieodwracalne procesy zużywają materiały elektrod i elektrolity, zmniejszając gęstość energii akumulatora i wydajność kulombowską. Po długotrwałym użytkowaniu wiele dendrytów litu zostaje zamkniętych w nowo utworzonej warstwie SEI, nie mogąc brać udziału w normalnych reakcjach elektrochemicznych; jednocześnie dendryty litu w pobliżu podłoża szybko się rozkładają, powodując „martwy” lit, co oznacza, że ta część litu staje się elektrochemicznie nieaktywna, co znacznie osłabia ogólną wydajność akumulatora. W ciągu ostatnich 40 lat nastąpił znaczny postęp w badaniach i symulacjach mechanizmów powstawania dendrytów litu.
Jedną z najczęstszych strategii tłumienia wzrostu dendrytów jest zwiększenie stabilności i konsystencji warstwy styku stałego elektrolitu (SEI) na powierzchni metalicznego litu poprzez dostosowanie składu elektrolitu i dodanie określonych substancji. Ponieważ jednak lit metaliczny jest termodynamicznie niestabilny w dodatkach organicznych, utworzenie skutecznej warstwy pasywacyjnej na jego powierzchni w środowisku ciekłego elektrolitu jest dość trudne. Oprócz optymalizacji warstwy SEI, wprowadzenie polimerów lub stałych warstw barierowych o dużej wytrzymałości mechanicznej może być również skutecznym sposobem zapobiegania przenikaniu dendrytów do separatora. Metody te mają na celu zapobieganie uszkodzeniom separatora przez dendryt litu poprzez poprawę właściwości mechanicznych warstwy SEI lub samego separatora, ale nie eliminują zasadniczo problemu tworzenia się dendrytów. Chociaż całkowite przezwyciężenie tego wyzwania wymaga jeszcze czasu, a produkty oparte na bateriach-litowo-metalowych z anodą nie są jeszcze powszechnie dostępne na rynku, badacze teoretycznie zaproponowali kilka koncepcyjnych projektów baterii litowo-metalowych, demonstrując potencjał ich praktycznych zastosowań. Wśród nich akumulatory litowo-siarkowe wykorzystujące siarkę jako materiał katody i akumulatory litowo-tlenowe wykorzystujące tlen jako materiał aktywny katody cieszą się dużym zainteresowaniem ze względu na swoje wyjątkowe zalety i są uważane za dwa wysoce obiecujące komercyjnie systemy składające się z-ogniw. Baterie litowe-siarkowe charakteryzują się niezwykle wysoką gęstością energii (około 2600 W·kg) i są powszechnie uznawane za obiecujących kandydatów na akumulatorowe systemy magazynowania energii-nowej generacji. Co ważniejsze, siarka elementarna występuje powszechnie w przyrodzie i jest przyjazna dla środowiska, co jeszcze bardziej podkreśla zalety akumulatorów litowo--siarkowych. Dlatego w ostatnich latach na całym świecie uwagę zwracają akumulatory litowo-siarkowe.
Półprodukty polisiarczkowe powstające podczas ładowania i rozładowywania akumulatorów litowo-siarkowych rozpuszczają się w elektrolicie i przemieszczają się do elektrody ujemnej. Dlatego też tłumienie dendrytów litu staje się bardziej złożone w obecności półsiarczków, zwłaszcza gdy obciążenie katody siarkowej jest duże. Polisiarczki mogą przenikać przez warstwę SEI i powodować korozję świeżego litu metalicznego pod warstwą powierzchniową, co prowadzi do utraty wydajności. Dlatego zapobieganie przemieszczaniu się polisiarczków jest konieczne nie tylko w celu poprawy pojemności katody podczas pracy na baterii litowo-siarkowej, ale także dla stabilności filmu SEI i uzyskania elektrody ujemnej-wolnej od dendrytów. Dzięki ciągłym wysiłkom opracowano wiele metod, w tym dodatnią domenę ograniczającą i adsorpcję, modyfikację elektrolitu i projektowanie separatorów. Jednakże metody te wydają się skupiać bardziej na tłumieniu przenoszenia polisiarczków i poprawie stopnia wykorzystania katody siarkowej, bez bezpośredniego tłumienia wzrostu dendrytów w anodzie litowo-metalowej. Wydajność akumulatorów litowo-siarkowych zależy od ochrony anody litowo-metalowej. Synergiczny efekt różnych metod tłumienia wzrostu dendrytów może przyspieszyć praktyczne zastosowanie baterii litowo-siarkowych.
Baterie litowe-tlenowe to rodzaj baterii, w których jako elektrodę dodatnią wykorzystuje się tlen z powietrza; czasami nazywa się je bateriami litowo--powietrznymi. Teoretyczna gęstość energii akumulatorów litowo-{{3}tlenowych wynosi aż 3500 Wh/kg, czyli znacznie przekracza gęstość energii dostępnych na rynku akumulatorów litowo--jonowych. Dlatego akumulatory litowo-tlenowe stały się rewolucyjnym postępem w dziedzinie magazynowania energii, przyciągając uwagę całego świata i uważane za silnego konkurenta w systemach magazynowania energii nowej-generacji.
Podobnie jak w przypadku półproduktów polisiarczkowych, wiązania krzyżowe-tlenu z elektrody dodatniej do elektrody ujemnej z litowo-metalowym metalem w akumulatorach litowo-tlenowych{{1} mogą prowadzić do stopniowej degradacji powierzchni litowo-metalicznej, powodując rozkład elektrolitu i tworzenie się LiOH i LiCO3 podczas ładowania. Dlatego opracowano kilka strategii tłumienia wiązań krzyżowych-tlenu. Oprócz problemu z elektrodą dodatnią, wyczerpywanie się litu spowodowane wzrostem dendrytów i uszkodzeniem warstwy pasywacyjnej poważnie utrudnia stosowanie litu metalicznego w akumulatorach litowo-{{6}tlenowych. Wyżej wymienione strategie tłumienia wzrostu dendrytów litu mają również zastosowanie do akumulatorów litowo-tlenowych. Poprzez dodatki do elektrolitów, modyfikację separatora i konstrukcję elektrody ujemnej można znacznie poprawić wydajność akumulatorów litowych.