DOI:10.1016/j.jallcom.2020.157122

锂（Li）金属基电池具有理论容量高、负极电位低的特点，是最具吸引力的高能量密度电池。但是，不可逆的锂电镀/剥离会引起循环能力的下降和锂枝晶的生长，从而导致无限的体积变化、库仑效率低和短路等一系列问题。在本文中，通过简单的静电纺丝法制备了一种含碳纳米管（CNTs/CNFs）的3D导电碳纳米纤维支架，可用于调节金属Li的沉积并抑制Li枝晶的生长。另一方面，CNTs/CNFs支架可以为锂的沉积提供足够的空间，并且可以缓解充放电循环中巨大的体积变化。自从引入CNTs以来，具备CNTs/CNFs电极的对称电池在1 mA cm-2下的500h内表现出高度可逆的电镀/剥离和极低的过电位。即使在高达5 mA cm-2的电流密度下，电池在50h内仍显示出92mV的最小过电位。当将Li沉积的CNTs/CNFs（Li@CNTs/CNFs）负极应用于带有商用LiFePO4正极的全电池中时，在150个循环期间仍可实现123 mAh g-1的稳定容量。CNTs/CNFs支架可以进一步与电解质和阴极结合以开发高性能的能源系统。

图1.（a，b）CNTs/CNFs的SEM和（c，d）TEM图像。

图2.（a）自支撑CNTs/CNFs膜的X射线衍射图和（b）拉曼光谱。

图3.在0.5 mA cm-2的电流密度下，在具有不同电镀能力的CNTs/CNFs支架上进行Li电镀的SEM图像：（a，b）1和（c，d）5 mAh cm-2。

图4.当电流密度为0.5 mA cm-2时，具有不同锂面积容量的裸露Cu电极和CNTs/CNFs电极上的Li沉积形态。Li沉积在分别具有1 mAh cm-2和5 mAh cm-2容量的（a，c）裸露Cu和（b，d）CNTs/CNFs上的横截面SEM图像。

图5.在不同电流密度下的恒电流放电/充电：（a）1 mA cm-2，（b）2 mA cm-2，（c）5 mA cm-2。

图6.Li@CNTs/CNFs|Li在0.5 mA cm-2至5 mA cm-2的不同电流密度下的倍率性能。

图7.循环前后CNTs/CNFs电极的奈奎斯特图。（a）循环前；（b）第1；（c）第五；（d）第50。

图8.（a）含锂沉积（容量=5 mAh cm-2）负极的Li|LiFePO4全电池在1C下的库仑效率和放电容量。（b）Li|LiFePO4全电池在不同速率下的放电容量。

图9.在（a）Cu箔，（b）CNFs和（c）CNTs/CNFs上的Li镀覆行为的示意图。