随着当今社会对高效储能器件的需求不断提高,开发高能量密度的二次电池成为当前的研究热点之一。金属锂以其低还原电势（-3.045 V）、高理论比容量(3860 Ah kg^-1)等优势成为高性能二次电池负极材料的首选。然而,金属锂负极在循环过程中产生的枝晶生长问题以及自身较大的体积变化,不仅会带来电池循环性能的快速衰减,还会造成安全隐患,这些问题严重制约了金属锂负极的实际应用。本文针对锂负极存在的上述问题,通过研究锂负极的充放电机理及锂枝晶的生长行为,设计并制备具有3D网络结构的碳基功能性中间层,以期提升锂负极的循环稳定性,解决锂枝晶生长问题,具体研究包括以下两个部分:首先,将碳纸作为功能性中间层用于金属锂电池,通过XRD、SEM等手段对碳纸材料进行结构和形貌表征,并对金属锂电极的性能进行研究。结果表明,具有高比表面积和高导电性的碳纸作为功能性中间层,可以有效抑制锂枝晶的生长。在0.5 m A cm^-2、1.0 m A cm^-2和2.0 m A cm^-2的电流密度下,基于碳纸中间层的Cu/Li半电池在100次循环中的平均库伦效率分别为96.7%、93.5%和91.7%。基于碳纸中间层的Li/Li Co O₂电池在0.5C下首次放电容量为120.5 m Ah g^-1,循环150次后,电池容量保持在103.7 m Ah g^-1。优异的循环性能表明碳纸自身的3D网络结构可在集流体表面实现均匀的锂离子通量,促进了锂离子的均匀沉积,从而抑制了锂枝晶生成。其次,本文开展了细菌纤维素（Bacterial cellulose,BC）衍生的碳纳米纤维（Carbon nanofiber,CNF）功能性中间层的制备和研究,通过XRD、SEM等手段对CNF进行结构和形貌表征。将具有3D网络结构的CNF涂覆在隔膜表面,构成复合膜并用于金属锂电池。通过调节CNF中间层的厚度并测试电池的循环性能,探究CNF的最佳用量。在此基础上,将CNF涂覆在隔膜两侧,组装了锂硫电池。电池测试结果表明,基于CNF中间层的锂硫电池首次放电容量为1207.4 m Ah g^-1,循环100次后,电池容量仍能够达到828.1 m Ah g^-1,平均库伦效率超过98%。优秀的电池性能表明CNF中间层的3D网络结构可有效消除锂负极表面的“尖端效应”,提高锂负极的循环稳定性,同时还可以抑制正极多硫化物的“穿梭效应”,从而显著提高了锂硫电池的电化学性能。