DOI:10.1016/j.jechem.2020.05.059
鋰硫電池（LSBs）由于其出色的理論比能量成為電動汽車和便攜式電子產品的下一代儲能技術。然而，硫物種的低電導率、臭名昭著的鋰枝晶、多硫化物（LiPSs）的嚴重“穿梭效應”以及放電-充電過程中LiPSs/Li2S轉化的較差動力學反應，嚴重阻礙了其實際應用，并且還帶來了潛在的安全危害。由于含碳電紡納米纖維（CENFs）具有優良的多孔結構、高比表面積、優異的結構設計性、功能可改性、豐富的活性位點和柔性等特點，使其具有同時解決上述問題的優異性能。本文綜述了近年來CENFs在LSBs中的最新進展和應用。首先，簡要介紹了通過靜電紡絲控制碳納米纖維的結構和組成。然后，回顧了LSBs中CENFs的最新進展，包括正極、負極、隔膜和夾層。重點討論了如何解決CENFs應用于LSBs各部分時出現的實際問題，并從高硫負載、抑制Li枝晶到LiPSs的限制和轉化等方面闡述了相關的工作機理。最后，總結并提出了CENFs在Li-S儲能系統的電化學組件設計和架構方面所面臨的現有挑戰和未來前景。
圖1.（a1）（高度多孔碳納米纖維）HPCNFs電極制備策略的示意圖。（a2）HPCNFs和CENFs的N2吸附/解吸等溫線。（a3）HPCNFs和CENFs的孔徑分布。HCFs（中空碳纖維）的TEM（b1）和HR-TEM（b2）。（b3）HCFs的孔徑分布曲線。（b4）HCFs的拉曼光譜。
圖2.不同多孔納米纖維的表征。基于PAN/PS重量比為1:0.5的多孔納米纖維的示意圖（a1）、FESEM（a2）和TEM（a3，a4）圖像。基于PAN/PVP重量比為（b1）1:0.25、（b2）1:0.5、（b3）1:1和（b4）1:1.25的多孔納米纖維橫截面的SEM圖像。（c1）PCNFs（海綿樣的CENFs）的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。（c2）PCNFs的EDS映射頻譜。（c3）摻有B-N-F的PCNFs的化學模型。
圖3.分散在CENFs中的石墨烯的（a1，a2）HRTEM圖像，綠色圓圈表示石墨烯單層，紅色圓圈表示石墨烯雙層。（b1，b2）CNTs相互連接CENFs的橫截面SEM圖像。
圖4.實驗步驟的示意圖：（a）碳化電紡PAN/PMMA雙組分納米纖維以獲得多孔CENFs。（b）固硫活化多孔碳納米管的連續制備步驟示意圖。（c）嵌硫活化多通道碳納米纖維的連續制備步驟示意圖。
圖5.合成CPZC（碳質雜化物）織物的示意圖。獲得的（a）-（d）CPZC纖維的SEM和TEM圖像。
圖6.（a）S/TiN-VN@CNFs正極的合成示意圖，（b）TiN-VN@CNFs的TEM圖像和（c）HRTEM圖像。
圖7.（a）GC-TiO@CHF/S正極合成過程的示意圖。SiO2、SiO2@TiO2、SiO2@TiO2@PAN和葡萄簇-TiO2@碳纖維的SEM（b1、c1、d1和e1）和TEM（b2、c2、d2和e2）圖像。
圖8.3D CENFs鋰復合負極的制備示意圖。
圖9.（a）帶有或不帶有氧化官能團的PCNFs的合成示意圖；（b）PCNFs的TEM圖像；（c）PCNF表面孔的HRTEM圖像，（d）隨著Li鍍層數量的增加的順序示意圖，顯示了兩個電極之間明顯的Li鍍層行為。
圖10.通過納米晶種將鋰金屬均勻沉積在3D主體材料上的策略的示意圖。鋰的沉積和生長是由銀納米粒子接種的，銀納米粒子通過焦耳加熱均勻地錨定在CENFs基板上。鋰金屬因此被引導到3D基底中，從而形成均勻的鋰負極。以及在沒有銀納米粒子的裸CNF基板上Li沉積的示意圖，該材料上鍍有不均勻的Li負極。
圖11.LSB的示意圖，其中功能性碳中間層插入在硫正極和隔膜之間。
圖12.ACNF（活性碳納米纖維）涂層隔膜的數字圖像：（a，b）ACNF涂層隔膜，（c）折疊/褶皺ACNF涂層隔膜，以及（d）回收的ACNF涂層隔膜。
圖13.（a）制備電極的照片，（b）PAN-NC@正極的橫截面SEM圖像。（c）PAN@正極和（d）碳紙的接觸角。
圖14.集成三合一纖維膜的制備示意圖。
圖15.（a）VCNF（V2O5修飾的碳納米纖維）的HR-TEM圖像。（b）在0.3 C下新鮮、經過2和250個循環后，S/VCNF/Li電池的EIS圖。在充滿電（2.8 V）的情況下測量阻抗。
