DOI:10.1016/j.jechem.2020.05.059

锂硫电池（LSBs）由于其出色的理论比能量成为电动汽车和便携式电子产品的下一代储能技术。然而，硫物种的低电导率、臭名昭著的锂枝晶、多硫化物（LiPSs）的严重“穿梭效应”以及放电-充电过程中LiPSs/Li2S转化的较差动力学反应，严重阻碍了其实际应用，并且还带来了潜在的安全危害。由于含碳电纺纳米纤维（CENFs）具有优良的多孔结构、高比表面积、优异的结构设计性、功能可改性、丰富的活性位点和柔性等特点，使其具有同时解决上述问题的优异性能。本文综述了近年来CENFs在LSBs中的最新进展和应用。首先，简要介绍了通过静电纺丝控制碳纳米纤维的结构和组成。然后，回顾了LSBs中CENFs的最新进展，包括正极、负极、隔膜和夹层。重点讨论了如何解决CENFs应用于LSBs各部分时出现的实际问题，并从高硫负载、抑制Li枝晶到LiPSs的限制和转化等方面阐述了相关的工作机理。最后，总结并提出了CENFs在Li-S储能系统的电化学组件设计和架构方面所面临的现有挑战和未来前景。

图1.（a1）（高度多孔碳纳米纤维）HPCNFs电极制备策略的示意图。（a2）HPCNFs和CENFs的N2吸附/解吸等温线。（a3）HPCNFs和CENFs的孔径分布。HCFs（中空碳纤维）的TEM（b1）和HR-TEM（b2）。（b3）HCFs的孔径分布曲线。（b4）HCFs的拉曼光谱。

图2.不同多孔纳米纤维的表征。基于PAN/PS重量比为1:0.5的多孔纳米纤维的示意图（a1）、FESEM（a2）和TEM（a3，a4）图像。基于PAN/PVP重量比为（b1）1:0.25、（b2）1:0.5、（b3）1:1和（b4）1:1.25的多孔纳米纤维横截面的SEM图像。（c1）PCNFs（海绵样的CENFs）的扫描电子显微镜（SEM）图像。（c2）PCNFs的EDS映射频谱。（c3）掺有B-N-F的PCNFs的化学模型。

图3.分散在CENFs中的石墨烯的（a1，a2）HRTEM图像，绿色圆圈表示石墨烯单层，红色圆圈表示石墨烯双层。（b1，b2）CNTs相互连接CENFs的横截面SEM图像。

图4.实验步骤的示意图：（a）碳化电纺PAN/PMMA双组分纳米纤维以获得多孔CENFs。（b）固硫活化多孔碳纳米管的连续制备步骤示意图。（c）嵌硫活化多通道碳纳米纤维的连续制备步骤示意图。

图5.合成CPZC（碳质杂化物）织物的示意图。获得的（a）-（d）CPZC纤维的SEM和TEM图像。

图6.（a）S/TiN-VN@CNFs正极的合成示意图，（b）TiN-VN@CNFs的TEM图像和（c）HRTEM图像。

图7.（a）GC-TiO@CHF/S正极合成过程的示意图。SiO2、SiO2@TiO2、SiO2@TiO2@PAN和葡萄簇-TiO2@碳纤维的SEM（b1、c1、d1和e1）和TEM（b2、c2、d2和e2）图像。

图8.3D CENFs锂复合负极的制备示意图。

图9.（a）带有或不带有氧化官能团的PCNFs的合成示意图；（b）PCNFs的TEM图像；（c）PCNF表面孔的HRTEM图像，（d）随着Li镀层数量的增加的顺序示意图，显示了两个电极之间明显的Li镀层行为。

图10.通过纳米晶种将锂金属均匀沉积在3D主体材料上的策略的示意图。锂的沉积和生长是由银纳米粒子接种的，银纳米粒子通过焦耳加热均匀地锚定在CENFs基板上。锂金属因此被引导到3D基底中，从而形成均匀的锂负极。以及在没有银纳米粒子的裸CNF基板上Li沉积的示意图，该材料上镀有不均匀的Li负极。

图11.LSB的示意图，其中功能性碳中间层插入在硫正极和隔膜之间。

图12.ACNF（活性碳纳米纤维）涂层隔膜的数字图像：（a，b）ACNF涂层隔膜，（c）折叠/褶皱ACNF涂层隔膜，以及（d）回收的ACNF涂层隔膜。

图13.（a）制备电极的照片，（b）PAN-NC@正极的横截面SEM图像。（c）PAN@正极和（d）碳纸的接触角。

图14.集成三合一纤维膜的制备示意图。

图15.（a）VCNF（V2O5修饰的碳纳米纤维）的HR-TEM图像。（b）在0.3 C下新鲜、经过2和250个循环后，S/VCNF/Li电池的EIS图。在充满电（2.8 V）的情况下测量阻抗。