在本文中，采用電吹紡絲（EBS）和碳化策略制備了ZnF2摻雜的三維（3D）多孔碳納米纖維（ZnF2-PCNFs）。系統地研究了其作為鋰金屬電池（LMBs）中間層的應用前景。具有高電導率和大表面積的3D互連多孔骨架能夠降低局部電流密度，顯著增強中間層與鋰電極之間的界面相容性，并具備較高的鋰負載能力。此外，在碳化過程中原位形成的親鋰ZnF2納米顆粒可提供更多的活性位點來觸發與Li的類似合金化反應，從而引導Li鍍層/剝離更加均勻。配備ZnF2-PCNFs的Li||LiFePO4（LFP）組裝電池的最佳初始放電容量為142.70mAh/g，在1C下循環500次后的容量保持率為96.42％。對稱Li||Li電池進一步表明ZnF2-PCNFs涂層中間層可以阻礙Li枝晶生長，并提高循環穩定性。此外，基于便捷的鋰離子傳輸通道以及ZnF2-PCNFs對物種的強吸附或捕獲能力，所獲得的配備ZnF2-PCNFs的Li||S電池顯示出優于其他樣品的循環性能。研究表明，所制備的ZnF2-PCNFs涂層作為隔膜和負極之間的中間層，可有效提高LMBs的安全性和電化學性能。
圖1.ZnF2-PCNFs制備過程和電池組裝過程的示意圖。
圖2.（a）PCNFs的SEM圖像；（b-f）添加Zn（CH3COO）2的碳納米纖維在不同碳化溫度下的SEM圖像：（b）500℃，（c）600℃，（d）700℃，（e）800℃和（f）900℃。
圖3.（a）PCNFs和（b）ZnF2-PCNFs-700的TEM圖像；ZnF2-PCNFs-700的（c）HETEM圖像，（d）SAED圖譜和（e）EDX。
圖4.（a）不同碳化溫度下碳納米纖維的XRD圖；（b）ZnF2-PCNFs-700的FTIR光譜；（c）PCNFs和ZnF2-PCNFs的拉曼光譜；（d）液體電解質在商用隔膜和ZnF2-PCNFs上的接觸角：（d1）PP隔膜，（d2）PCNFs，（d3）ZnF2-PCNFs-500，（d4）ZnF2-PCNFs-600，（d5）ZnF2-PCNFs-700。
圖5.（a）ZnF2-PCNFs-700的XPS全掃描光譜；（b）N1s，（c）Zn2p和（d）F1s的高分辨率XPS光譜。
圖6.PP、PCNFs和ZnF2-PCNFs電池的電化學性能。（a）電池在不同速率下的倍率性能；（b）配備ZnF2-PCNFs-700的電池在不同速率下的充放電曲線；在0.5C下進行150次循環前后的阻抗譜（d）；（e）具有不同ZnF2-PCNFs中間層的電池的電化學阻抗譜；（f）具有不同ZnF2-PCNFs中間層的電池的LSV曲線。
圖7.具有ZnF2-PCNFs中間層的Li||Li對稱電池在（a）1mA/cm2、1mA h/cm2和（b）2mA/cm2、2mA h/cm2下的電壓曲線；在（c）1mA/cm2、1mA h/cm2和（d）2mA/cm2、2mA h/cm2下的詳細電壓-時間曲線；（e）具有不同ZnF2-PCNFs中間層的Li||Li對稱電池的阻抗譜。
圖8.（a）配備PP、PCNFs和ZnF2-PCNFs中間層的電池的循環伏安圖；（b）0.5C下的循環性能和庫侖效率（LFP負載量：2.96mg/cm2）；（c）1C下的循環性能和庫侖效率（LFP負載量：2.96mg/cm2）；（d-i）循環后從Li||Li對稱電池拆下的鋰負極的表面形態：（d）PP隔膜；（e）PCNFs，（f）ZnF2-PCNFs-500，（g）ZnF2-PCNFs-600，（h）ZnF2-PCNFs-700；（i）ZnF2-PCNFs-700中間層在1mA/cm2的電流密度下進行15次循環后的表面形態。
圖9.Li||S電池的電化學性能。（a）在0.5C下進行200次循環前后的阻抗譜；（c）Li||S電池在不同速率下的倍率性能；（d）在DOL/DME（1:1，v/v）溶液中PCNFs和ZnF2-PCNFs吸附Li2S6的照片：（1）：純Li2S6溶液；（2）：PCNFs；（3）：ZnF2-PCNFs；（e）Li||S電池在0.5C下的循環性能和庫倫效率（S負載量：1.18mg/cm2）；（f）配備ZnF2-PCNFs-700的電池在1C下的循環性能和庫侖效率（S負載量：1.18mg/cm2）。
圖10.（a）在ZnF2-PCNFs中間層上進行Li剝離/鍍覆過程的示意圖；（b）ZnF2-PCNFs中間層對溶解的多硫化鋰的吸附機理；（c）ZnF2-PCNFs中間層上的鋰離子和電子傳輸路徑的示意圖。
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