לִיתִיוּםאנודות מתכת בעלות קיבולת ספציפית תיאורטית גבוהה במיוחד (3860 mA·bg) והפוטנציאל האלקטרוכימי הנמוך ביותר (-3.040 V (לעומת SHE)), מה שהופך אותן לאלקטרודת "הגביע הקדוש" מבין חומרי אלקטרודה רבים. סוללות מתכת ליתיום כוללות סוללות ליתיום-גופרית וליתיום-חמצן. לסוללות ליתיום-גפרית יש צפיפות אנרגיה של כ-2600 W·h/kg, בעוד שסוללות ליתיום-חמצן הן בעלות צפיפות אנרגיה של כ-3500 W·h/kg, בערך פי 7 ו-10 מזו של סוללות ליתיום-יון רגילות, בהתאמה. לכן, סוללות מתכת ליתיום נחשבות לאחת ממערכות אחסון האנרגיה המבטיחות ביותר ומועמדת ראשונה למערכות סוללות מהדור הבא, ומושכות תשומת לב רבה. עם זאת, בשל בעיית הליתיום הדנדריט, ניתן היה ליישם סוללות מתכת ליתיום מוקדמות רק בתחומים מיוחדים מסוימים, ומסחורן נדחה.
סוללות מתכת ליתיום נטענות הומצאו כבר בשנות ה-70 והיו בשימוש נרחב בשעונים, מחשבונים ומכשירים אלקטרוניים אחרים.
סוללות מתכת ליתיום נמצאות בשימוש נרחב במכשירי חשמל ובמכשירים רפואיים ניידים. עם זאת, המסחור שלהם נפגע על ידי פגמים מסוימים במתכת ליתיום. כחבר בקבוצה 1 של הטבלה המחזורית, לאטומי ליתיום יש רק אלקטרון אחד בקליפה החיצונית ביותר שלהם, מה שהופך אותם לתגובתי כימית מאוד מכיוון שהם מאבדים בקלות את האלקטרון הזה. כאשר במגע עם אלקטרוליט אורגני, מתכת ליתיום יוצרת סרט הנקרא ממשק אלקטרוליט מוצק (SEI) על פני השטח שלה. תפקידו העיקרי של סרט זה הוא לבודד את מתכת הליתיום מהאלקטרוליט, מניעת קורוזיה נוספת של הליתיום. עם זאת, בשל השינוי המשמעותי בנפח של מתכת ליתיום במהלך טעינה ופריקה, סרט ה-SEI נקרע לעתים קרובות. משטח מתכת הליתיום הטרי החשוף מגיב שוב עם האלקטרוליט ליצירת סרט SEI חדש. תהליך זה לא רק מקדם את הצמיחה של דנדריטים ליתיום לאורך הסדקים אלא עלול גם לחדור למפריד בתוך הסוללה ולגרום לקצר חשמלי. כאשר מתרחש קצר חשמלי, נוצרת כמות גדולה של חום בתוך הסוללה, שבמקרים קיצוניים עלול להוביל לבעירה או פיצוץ, מה שמשפיע באופן חמור על ביצועי הבטיחות והסחירות של סוללות מתכת ליתיום. יתר על כן, ככל שמספר הדנדריטים הליתיום גדל, הם מספקים הזדמנויות רבות יותר לאלקטרודה השלילית לבוא במגע עם האלקטרוליט, ובכך להאיץ את קצב תגובות הלוואי. תהליכים בלתי הפיכים אלה צורכים חומרי אלקטרודה ואלקטרוליטים, ומפחיתים את צפיפות האנרגיה והיעילות הקולומבית של הסוללה. לאחר שימוש ממושך, דנדריטים ליתיום רבים הופכים עטופים בסרט ה-SEI החדש שנוצר, ואינם מסוגלים להשתתף בתגובות אלקטרוכימיות רגילות; בו זמנית, דנדריטים של ליתיום ליד המצע מתפרקים במהירות, מה שגורם לליתיום "מת", כלומר חלק זה של הליתיום הופך לבלתי פעיל מבחינה אלקטרוכימית, מה שמחליש באופן משמעותי את ביצועי הסוללה הכוללים. במהלך 40 השנים האחרונות, חלה התקדמות משמעותית במחקר ובסימולציה של מנגנוני יצירת דנדריט ליתיום.
אחת האסטרטגיות הנפוצות ביותר לדיכוי צמיחת דנדריטים היא לשפר את היציבות והעקביות של שכבת ממשק האלקטרוליט המוצק (SEI) על משטח מתכת הליתיום על ידי התאמת הרכב האלקטרוליטים והוספת חומרים ספציפיים. עם זאת, מכיוון שמתכת ליתיום אינה יציבה מבחינה תרמודינמית בתוספים אורגניים, יצירת שכבת פסיבציה יעילה על פני השטח שלה בסביבת אלקטרוליט נוזלי היא די מאתגרת. מלבד ייעול שכבת SEI, החדרת פולימרים או שכבות מחסום מוצקות בעלות חוזק מכני גבוה יכולה להיות גם אמצעי יעיל למניעת חדירת דנדריטים למפריד. שיטות אלו שואפות למנוע נזק ליתיום דנדריט למפריד על ידי שיפור התכונות המכניות של שכבת SEI או המפריד עצמו, אך הן אינן מונעות מהיסוד את בעיית היווצרות הדנדריטים. בעוד שהתגברות מוחלטת על האתגר הזה עוד זמן מה, ומוצרי סוללות המבוססים על -מתכת ליתיום עדיין אינם זמינים באופן נרחב בשוק, חוקרים הציעו באופן תיאורטי מספר עיצובים קונספטואליים של סוללות מתכת ליתיום, המדגימים את הפוטנציאל ליישומים מעשיים. בין אלה, סוללות ליתיום-גופרית המשתמשות בגופרית כחומר הקתודה וסוללות ליתיום-חמצן המשתמשות בחמצן כחומר הפעיל הקתודה משכו תשומת לב רבה בשל היתרונות הייחודיים שלהן ונחשבות לשתי מערכות תאים מבטיחות מאוד מבחינה מסחרית. סוללות ליתיום-גופרית בעלות צפיפות אנרגיה גבוהה במיוחד (כ-2600 W·kg) והן מוכרות באופן נרחב כמועמדות מבטיחות למערכות אחסון אנרגיה מהדור הבא של-סוללות. חשוב מכך, גופרית אלמנטרית מצויה בשפע בטבע וידידותית לסביבה, מה שמדגיש עוד יותר את היתרונות של סוללות ליתיום-גופרית. לכן, סוללות ליתיום-גופרית זכו לתשומת לב עולמית בשנים האחרונות.
חומרי ביניים פוליסולפידים הנוצרים במהלך הטעינה והפריקה של סוללות ליתיום-גופרית מתמוססים באלקטרוליט ומעבירים אל האלקטרודה השלילית. לכן, הדיכוי של דנדריטים ליתיום הופך מורכב יותר בנוכחות חומרי ביניים פוליסולפידים, במיוחד כאשר עומס קתודי הגופרית גבוה. פוליסולפידים יכולים לחדור לסרט ה-SEI ולהרוס את מתכת הליתיום הטרייה מתחת לשכבת פני השטח, מה שמוביל לאובדן קיבולת. לכן, מניעת מעבורת פוליסולפיד נחוצה לא רק לשיפור קיבולת הקתודה במהלך פעולת סוללת הליתיום-, אלא גם ליציבות הסרט SEI והשגת אלקטרודה שלילית נטולת דנדריט-. באמצעות מאמצים מתמשכים, פותחו שיטות רבות, כולל תחום מגביל חיובי וספיחה, שינוי אלקטרוליטים ועיצוב מפריד. עם זאת, נראה ששיטות אלו מתמקדות יותר בדיכוי מעבורת פוליסולפיד ושיפור קצב הניצול של קתודה הגופרית, מבלי לדכא ישירות את צמיחת הדנדריטים באנודת מתכת הליתיום. הביצועים של סוללות ליתיום-גופרית תלויים בהגנה של אנודת מתכת הליתיום. ההשפעה הסינרגטית של שיטות שונות של דיכוי צמיחת דנדריטים יכולה להאיץ את היישום המעשי של סוללות ליתיום-גופרית.
סוללות ליתיום-חמצן הן סוג של סוללה המשתמשת בחמצן מהאוויר בתור האלקטרודה החיובית; הם נקראים לפעמים סוללות אוויר-ליתיום. צפיפות האנרגיה התיאורטית של סוללות ליתיום-חמצן גבוהה עד 3500 וואט/ק"ג, הרבה מעבר לזו של סוללות ליתיום- מסחריות. לכן, סוללות ליתיום-חמצן הפכו להתקדמות מהפכנית בתחום אחסון האנרגיה, מושכות תשומת לב עולמית ונחשבות למתחרה חזקה במערכות אחסון האנרגיה של הדור הבא.-
בדומה לחומרי ביניים פוליסולפידים, הצלבות-חמצן מהאלקטרודה החיובית אל האלקטרודה השלילית של מתכת ליתיום בסוללות ליתיום-יכולה להוביל לפירוק הדרגתי של משטח מתכת הליתיום, וכתוצאה מכך לפירוק אלקטרוליטים ולהיווצרות LiOH ו-LiCO3 במהלך הטעינה. לפיכך, פותחו מספר אסטרטגיות לדיכוי-הצלבה בין חמצן. מלבד בעיית האלקטרודות החיוביות, דלדול הליתיום הנגרם על ידי צמיחת דנדריטים ונזק לסרט הפסיבציה מעכבים קשות את השימוש במתכת ליתיום בסוללות ליתיום- נטענות. האסטרטגיות שהוזכרו לעיל לדיכוי צמיחת דנדריט ליתיום חלות גם על סוללות ליתיום-חמצן. באמצעות תוספי אלקטרוליטים, שינוי מפריד ועיצוב אלקטרודות שליליות, ניתן לשפר משמעותית את הביצועים של סוללות ליתיום.