自锂离子电池商业化以来,已在笔记本电脑、电动自行车等移动电子设备等方面得到广泛应用。作为储能设备,锂离子电池还可以应用于风能、太阳能等间歇性清洁能源的利用和开发;然而,随着电动汽车与智能电网的发展,对其能量密度和功率密度提出更高的要求,因此,研究和开发高性能锂离子电池的电极材料是能源、材料和化学等交叉领域的研究热点。目前,商用锂离子电池的石墨负极,其理论比容量仅为372 mAh g-1;与之相比,过渡金属硫化物作为锂离子电池负极材料具有相对较高理论容量(500-800 mAh g-1)。在过渡金属硫化物中,具有不同化学计量比的硫化钴(如Co1-xS(0 ≤x≤0.5)、CoS、CoS2、Co3S4和Co9S8)因其相对较高的电导率被视为具有潜在价值的负极材料;但是,其可逆储锂机制或其高比容量机制,目前尚不明确。本论文先研究了 CoS2纳米球状聚集体的制备与电化学性能,在此基础上研究了非计量比硫化钴Co1-xS的可控制备及其作为锂离子电池负极活性物质的高容量机制,并探讨了高导电性碳材料的添加及其复合物电极界面存储对电化学性能提升的作用,主要内容为:1.CoS2和CNT-CoS2纳米球状聚集体、Co1-xS@C和CNT-Co1-xS@C介孔纳米球的合成以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为成核剂和形貌调控剂,使用六水合氯化钴作为钴源,一步水热法构筑了CoS2纳米球状聚集体及其派生的Co1-xS@C介孔纳米球。之后,使用含钴的MOFs派生的碳纳米管-金属钴复合物(CNT-Co)替代六水合氯化钴,相同方法构筑了 CNT掺杂的CoS2纳米球状聚集体(CNT-CoS2)及其派生的CNT掺杂的Co1-xS@C介孔纳米球(CNT-Co1-xS@C)。四种样品形状大小较为均一,且粒径大小的顺序为CoS2>CNT-CoS2>Co1-xS@C>CNT-Co1-xS@C。CoS2和CNT-CoS2样品是纳米球状聚集体,其组成单元是由表面吸附或包覆着PVP分子的CoS2极小微粒;而介孔纳米球Co1-xS@C和CNT-Co1-xS@C中的Co1-xS@C则是结构一体化的,其中的碳是由残余的PVP热分解碳化而来。Co1-xS@C的介孔性,是CoS2的热解转化为Co1-xS以及PVP热解转化为碳的缘故。2.Co1-xS@C的储锂反应根据文献报道,Co1-xS的储锂反应是Co1-xS+2Li(?)Li2S+(1-x)Co;即根据Com+(?)Co0(m=2)的两电子转移机制,Co1-xS在x～0.19时其理论容量为672 mAh g-1。在本文中,CNT-Co1-xS@C电极不论以Co1-xS质量还是以CNT-Co1-xS@C总质量作为基准,其充放电循环过程中的可逆比容量均高于结晶学上纯相的Co1-xS的理论比容量。说明Co1-xS@C介孔纳米球中的组分C可有效抑制多硫化物(Li2Sn,3≤n≤8)的穿梭效应,即有利于nS2-与Sn2-可逆转化。因此,推断Co1-xS@C或CNT-Co1-xS@C可逆储锂能力来源于阴、阳离子双方的贡献:Com+(?)Co0 与 Sn2-(?)S2-。3.CNT-Co1-xS@C储锂性能的提升机制与Co1-xS@C的高容量特性相比,CNT-Co1-xS@C储锂能力的进一步提升,其作用机制为:(1)组分Co1-xS@C的介孔纳米结构以及CNT中空特性,有利于缓冲体积变化,同时促进了活性物质与电解液的紧密接触、缩短Li+的传输距离;(2)PVP衍生碳和碳纳米管的掺杂,提升了复合物电极的电子/锂离子的电导率,降低了 Sn2-离子在正负极之间的穿梭效应并提高了元素硫的利用率;(3)在100或200 mA g-1电流密度下,CNT-Co1-xS@C的放电比容量都呈现先下降后上升的趋势,其中界面存储能力的逐渐增大是主要原因。