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锂离子电池因其高能量密度和长循环使用寿命的特点,在新型绿色能源存储与转化中扮演着重要角色。然而,锂资源的日益枯竭以及原材料价格的上涨限制了锂离子电池的进一步发展。钠和锂位于同一主族,具有相似的物理化学性质,并且资源丰富、分布广泛、成本低廉。因此,钠离子电池被认为是锂离子电池的潜在重要替代者而受到广泛关注。众所周知,电极材料对钠离子电池的性能起到了决定性作用,因此研发新型、高性能钠离子电池电极材料至关重要。近年来,硫化镍因其组成可调、资源丰富和高理论比容量的特点,受到广泛关注和研究。但硫化镍的电子和离子导电性差,制备过程中颗粒易团聚,基于转化反应的储钠过程会发生较大的体积/结构变化,导致其储钠性能不是很理想。为了解决硫化镍在储钠过程中的种种问题,本论文选取具有稳定相结构的Ni3S2以及具有高理论比容量的NiS2作为研究对象,通过优化制备方法,减小硫化镍颗粒尺寸,抑制其团聚,改善钠离子在电极内的扩散及传输;并通过原位复合杂原子掺杂碳,构建多层次电子传输网络,提升复合物的导电性,改善其储钠性能。结合材料物理结构表征、微观形貌分析、电化学性能测试以及非原位表征技术,揭示其构效关系和储钠机制。主要研究内容如下:1.本章以Ni3S2为研究对象,针对其电子/离子导电性差,储钠性能不理想等问题,我们通过冷冻干燥-原位硫化的方法制备了氮掺杂石墨烯负载Ni3S2复合物（Ni3S2/NrGO）。材料结构表征表明原位生成的Ni3S2颗粒尺寸约为500-600 nm,并且均匀分散在氮掺杂石墨烯表面。在此结构中,氮掺杂石墨烯一方面能够提升复合物的导电性;另一方面可以缓解Ni3S2在储钠过程中的体积/结构变化。此外,两者的有效复合还在一定程度上抑制了各自的团聚,改善了离子传输。通过调节复合物中氮掺杂石墨烯的含量,Ni3S2/NrGO的储钠性能得到了改善。储钠测试表明:NrGO含量为28.9 wt.%的样品表现出最优的储钠性能。在0.1 A g-1电流密度下,其首周库伦效率即可达到76.83%;循环100周后的可逆比容量为290.6mAh g-1;但是由于结构设计的缺陷,Ni3S2/NrGO复合物的倍率性能和长循环稳定性仍需提高。2.上述Ni3S2/NrGO的实验结果表明氮掺杂石墨烯的引入改善了其储钠性能,但其整体性能依旧不是很理想,尤其是倍率和长循环性能。减小Ni3S2颗粒尺寸,构建杂原子掺杂碳包裹的Ni3S2以及三维导电网络有望进一步提升Ni3S2的储钠性能。因此,在本章中我们以NaCl为模板,柠檬酸为碳源,通过冷冻干燥-原位硫化的方法制备了氮掺杂碳包裹Ni3S2（Ni3S2@NC）复合物。研究结果表明,适量的柠檬酸有利于Ni3S2纳米颗粒的分散和三维导电网络的形成;复合物中Ni3S2颗粒尺寸范围为100-300 nm,并被氮掺杂碳紧紧包裹。通过优化复合物中Ni3S2和氮掺杂碳的比例,得到了该复合物的最优储钠性能:在0.1 A g-1电流密度下,首周库伦效率达到75.3%;循环100周,可逆比容量达到402.8 mAh g-1;此外,在0.5 A g-1电流密度下循环500周,可逆比容量依旧可以达到245.4 mAh g-1.3.为了简化Ni3S2/杂原子掺杂碳复合物的制备以及进一步提升其储钠性能。在本章中,我们利用二硫代乙酰胺与Ni2+的强螯合作用,制备出一种新型的金属螯合物,通过一步热解法,实现了氮硫共掺杂碳包裹Ni3S2纳米复合物的原位制备。透射电镜下观察到的Ni3S2颗粒为纳米级。氮硫共掺杂碳在增加复合物导电性的同时,也能够保持其结构稳定性;此外,氮硫共掺杂碳自身也表现出很高的储钠活性,有利于复合物整体比容量的提升。通过调整金属离子和二硫代乙酰胺的比例,该复合物展现出很高的电化学活性。储钠测试表明:最优样品在0.1 A g-1电流密度下循环100周,储钠比容量高达458.1 mAh g-1;在0.5 A g-1电流密度下循环300周,可逆比容量达到392.6 mAh g-1;此外,通过赝电容效应分析探究了其电荷扩散动力学;通过非原位XRD测试,我们也对其储钠机理进行了初步探讨。4.在前面的工作中,我们对Ni3S2/杂原子掺杂碳的制备、形貌结构和储钠活性进行了优化,实现了稳定高效的储钠。在本章中,我们以镍基金属有机框架为前驱,通过原位碳化和硫化,制备了石榴状NiS2@氮掺杂碳（NiS2@NC）复合物。得益于金属有机框架的独特结构和原位制备方法,NiS2纳米颗粒紧紧包裹在氮掺杂碳中,避免了和电解液的直接接触,提升了其储钠性能。电化学测试表明,相比于纯NiS2,NiS2@NC复合物表现出更高的储钠活性:在0.1 A g-1电流密度下,首周库伦效率即可达到82.5%,可逆比容量高达505.7 mAh g-1（循环100周）;在0.5 A g-1电流密度下,储钠比容量能够达到285.3 mAh g-1（循环500周）。