锂电池作为极具发展潜力的二次能源储存装置,有着巨大的储能潜力等待科研人员的开发。金属锂由于其极高的理论比容量和极低的电极电位,是锂二次电池负极的最佳选择。然而金属锂在电池充放电过程中存在严重的枝晶生长问题,导致金属锂电池存在严重的安全隐患,因此金属锂电池的商业化应用面临严重的挑战。基于以上问题,本文尝试利用静电纺丝法制备PAN纤维材料,添加氟化铵/冰乙酸饱和溶液对PAN进行改性,制备富含N官能团的PAN基3D纤维骨架,用于金属锂负极的保护,以实现抑制金属锂枝晶生长的目的,从而保护金属锂负极,为金属锂电池的商业化应用提供方法策略。本论文通过静电纺丝的方法制备了PAN基3D碳纤维骨架,通过加入冰乙酸/氟化铵混合溶液对PAN纤维进行调控,得到了3D交联纳米纤维结构,并利用浸渍法制备了PAN/碳毡锂金属负极骨架。利用SEM、XRD、XPS、FTIR、Raman等多种测试技术对PAN基三维碳骨架进行了表征,结果表明制得了富含酰胺键等极性官能团的多孔3D纳米交联结构。利用此3D纳米交联结构进行电池性能测试,探索了电池制备的最佳工艺为单垫片体系,负载纤维结构采用非超声处理。制备了NH4F/HAc饱和溶液改性的PAN基3D碳纤维骨架金属锂电池,且通过对比实验确定了NH4F/HAc饱和溶液的最佳引入量为0.05ml。制备了金属锂对称电池,验证了NH4F/HAc饱和溶液改性的PAN基3D碳纤维骨架在延长金属锂电池循环寿命的保护作用,锂锂对称电池在2m A·cm-2的电流密度下可以稳定循环2000圈以上。通过SEM测试对锂金属在改性的PAN基3D碳纤维骨架的沉积结果进行观测,发现3D碳纤维骨架结构能够有效抑制锂枝晶的生长。利用comsol平台对棒状碳材料进行表面电流密度仿真,构建了电池中的碳棒沉积模型,得到了锂金属在纤维表面的沉积曲线,对不同孔隙率的纤维进行了表面沉积电流密度的仿真,分析得出比表面积越大,局部沉积的电流密度越小的结论,从而解释了碳纤维抑制锂枝晶生长的原因。