锂金属负极已经逐渐成为研究热度最高的锂电池负极材料之一,这是因为其拥有三个优异的特性:超高的理论比容量(3860 m Ah g-1),最低的还原电位（-3.04 V）以及极低的密度(0.53 g cm-3)。不过,锂金属负极材料也存在一些缺点,严重阻碍着锂金属电池的商业化应用,例如:锂离子沉积不均匀导致的不可控的枝晶的生长所造成的的电池短路以及锂电镀/剥离过程中的体积膨胀所造成的电池鼓包;过多消耗锂金属和电解液造成的电池循环寿命缩短和库伦效率降低;严重时电池甚至会发生爆炸。因此,在这项工作中,我们提出了一种高效可行的方法,通过对碳纤维纸进行改性制备多级复合结构三维集流体来抑制电池循环过程中锂枝晶的无限生长。本文的主要工作如下:1.聚多巴胺改性碳纤维纸的制备及性能研究。为了解决电池工作过程中锂离子沉积不均匀的问题,本文采用简洁的浸渍法,使用多功能聚多巴胺对商业化碳纤维纸进行修饰,构建了一种复合结构三维集流体（CP/PDA）,并研究其对于锂金属电池的电化学性能的影响。研究结果表明,与未修饰的碳纤维纸相比,这种复合结构碳纤维纸电极上的聚多巴胺会与锂离子反应生成亲锂的Li-PDA络合物,促进锂离子传输,提高电极/电解质界面的稳定性,从而诱导锂离子均匀沉积在碳纤维上,组装后的锂金属电池都表现出了较稳定的电化学性能以及较长的循环寿命。在电流密度为1 m A cm-2和比容量为1 m Ah cm-2的测试条件下,在半电池中,CP/PDA电极表现出了,较高的平均库伦效率（～97.1%）和较长的循环寿命（～250圈）。在对称电池中,循环750 h后依然能能够保持较小的极化电压（～38 m V）。2.聚多巴胺和金纳米颗粒共修饰碳纤维纸的制备及性能研究。为了进一步改善锂金属电池的电化学性能,本文先后采用离子溅射法和浸渍法在碳纤维纸上引入了金纳米颗粒和聚多巴胺,构建了一种具有梯度结构的三维集流体（CP/Au/PDA）,并研究其对于锂金属电池的电化学性能的影响。研究结果表明,梯度分布的金纳米颗粒和聚多巴胺发挥协同作用,既可以降低锂沉积的成核过电位,也能够促进锂离子传输,诱导锂离子在碳纤维纸底部向上部沉积,从而充分利用碳纤维纸的空间结构,从而实现抑制锂枝晶的目的。在电流密度为1 m A cm-2和比容量为1 m Ah cm-2的测试条件下,在半电池中,CP/Au/PDA电极表现出了极低的成核过电位（～9 m V）,较长的循环寿命（～500圈）以及较高的平均库伦效率（～98.8%）;在对称电池中,稳定循环2000 h后依然能能够保持较小的极化电压（～25 m V）。在较高负载量(～4.0 mg cm-2)的LFP全电池中,1C电流条件下重复充放电循环350圈之后,仍然能够保持96%的比容量。这些测试结果表明CP/Au/PDA多级复合结构三维集流体能够促进锂金属电池的商业化大规模实际应用。