DOI:10.1016/j.jpowsour.2020.229334
金屬鋰被認為是一種很有前途的高能量密度鋰基電池負極。然而，鋰枝晶的不可控生長和由此產生的安全隱患嚴重制約了其實際應用。在本研究中，通過簡便且可擴展的漿料涂覆方法，構建了一種具有3D微納米結構Cu骨架和交聯氟（F）摻雜碳納米纖維網絡的集成體系結構（MNCu/FC），作為鋰金屬負極主體。由Cu骨架和碳網絡構建的導電3D結構有效地促進了電荷轉移并抑制了鋰枝晶的生長。此外，交聯的F摻雜碳納米纖維充當鋰晶種以調節鋰均勻成核和沉積，并通過密度泛函理論計算證明了F摻雜碳納米纖維具有優良的親鋰性。結果表明，與裸Cu相比，3D MNCu/FC有助于制備出具有較低鋰成核過電位的無枝晶鋰金屬負極，且可增強半電池和全電池的電化學性能。
圖1.（a）MNCu/FC的制備過程示意圖。（b）通過鎂熱還原市售CuO制備的MNCu的SEM圖像。（c）集成3D MNCu/FC集電器的SEM圖像。（d）MNCu/FC的TEM圖像。（e）MNCu、MNCu/FC和裸Cu的XRD圖譜。（f）MNCu/FC和裸Cu的拉曼光譜。（g）MNCu/FC中C1s區域的XPS光譜。
圖2.裸Cu（a）和MNCu/FC主體（b）的Li循環過程示意圖。
圖3.鋰吸附在石墨烯頂部（T）位（a），石墨烯中空（H）位（b），F摻雜石墨烯（FG）（c）和裸銅（d）上的DFT計算模型。（e）鋰吸附在不同襯底上的結合能。在（f）0.5 mA cm-2，（g）1 mA cm-2和（h）2 mA cm-2下測試裸Cu和MNCu/FC集電器的鋰成核超電勢比較。
圖4.（a）在不同電流密度下，當Li循環容量為1 mAh cm-2時MNCu/FC和裸Cu的CE比較。在1 mA cm-2/1 mAh cm-2的條件下進行Li循環期間，裸Cu（b）和MNCu/FC（c）的電壓曲線。（d-i）在1 mA cm-2下測試的具有不同鋰沉積容量的裸Cu和MNCu/FC集電器的SEM圖像。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。
圖5.Li|Li-裸Cu和Li|Li-MNCu/FC對稱電池在（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的循環性能。（f）以LiFePO4為正極的全電池在100 mA g-1下的循環性能。
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