DOI:10.1016/j.jpowsour.2020.229334

金属锂被认为是一种很有前途的高能量密度锂基电池负极。然而，锂枝晶的不可控生长和由此产生的安全隐患严重制约了其实际应用。在本研究中，通过简便且可扩展的浆料涂覆方法，构建了一种具有3D微纳米结构Cu骨架和交联氟（F）掺杂碳纳米纤维网络的集成体系结构（MNCu/FC），作为锂金属负极主体。由Cu骨架和碳网络构建的导电3D结构有效地促进了电荷转移并抑制了锂枝晶的生长。此外，交联的F掺杂碳纳米纤维充当锂晶种以调节锂均匀成核和沉积，并通过密度泛函理论计算证明了F掺杂碳纳米纤维具有优良的亲锂性。结果表明，与裸Cu相比，3D MNCu/FC有助于制备出具有较低锂成核过电位的无枝晶锂金属负极，且可增强半电池和全电池的电化学性能。

图1.（a）MNCu/FC的制备过程示意图。（b）通过镁热还原市售CuO制备的MNCu的SEM图像。（c）集成3D MNCu/FC集电器的SEM图像。（d）MNCu/FC的TEM图像。（e）MNCu、MNCu/FC和裸Cu的XRD图谱。（f）MNCu/FC和裸Cu的拉曼光谱。（g）MNCu/FC中C1s区域的XPS光谱。

图2.裸Cu（a）和MNCu/FC主体（b）的Li循环过程示意图。

图3.锂吸附在石墨烯顶部（T）位（a），石墨烯中空（H）位（b），F掺杂石墨烯（FG）（c）和裸铜（d）上的DFT计算模型。（e）锂吸附在不同衬底上的结合能。在（f）0.5 mA cm-2，（g）1 mA cm-2和（h）2 mA cm-2下测试裸Cu和MNCu/FC集电器的锂成核超电势比较。

图4.（a）在不同电流密度下，当Li循环容量为1 mAh cm-2时MNCu/FC和裸Cu的CE比较。在1 mA cm-2/1 mAh cm-2的条件下进行Li循环期间，裸Cu（b）和MNCu/FC（c）的电压曲线。（d-i）在1 mA cm-2下测试的具有不同锂沉积容量的裸Cu和MNCu/FC集电器的SEM图像。裸Cu：（d）2 mAh cm-2，（e）5 mAh cm-2，（f）10 mAh cm-2。MNCu/FC：（g）2 mAh cm-2，（h）5 mAh cm-2，（i）10 mAh cm-2。

图5.Li|Li-裸Cu和Li|Li-MNCu/FC对称电池在（a）1 mA cm-2/1 mAh cm-2，（b）1 mA cm-2/2 mAh cm-2，（c）1 mA cm-2/5 mAh cm-2，（d）2 mA cm-2/1 mAh cm-2，（e）5 mA cm-2/1 mAh cm-2的循环性能。（f）以LiFePO4为正极的全电池在100 mA g-1下的循环性能。