随着全球变暖以及环境污染日益严重,人们对清洁、环保、温室气体排放少的可再生能源的需求日益增长。大部分可再生能源以电能的方式传输和利用,锂离子电池——一种新型的二次电池,它作为电能的存储介质和载体受到了广泛关注。石墨作为锂离子电池的负极材料具有性能稳定、循环寿命长的优点,已经实现商业化。但是它在电池充放电过程中的实际容量仅为372 m Ah g-1,远远满足不了目前对高能量密度、高功率密度、长续航等方面的要求。为了满足人们对不断增长的电池性能的需求,科研人员首先从容量角度寻找可以大幅提高电池性能的电极材料。从材料本身的理论容量进行考虑和筛选,发现硫化亚锡（Sn S）具有极高的理论容量(993 m Ah g-1),且具有价格低廉、资源丰富、无毒等优势,因此它被认为是锂离子电池负极材料中极具发展前景的候选材料之一。但是Sn S的低电导率、巨大的体积膨胀（>200%）以及初始容量不可逆等问题均阻碍了其实现商业化应用。为了改善以上问题,本文尝试对Sn S进行纳米化处理以及与石墨烯复合的改良手段,以期提升其电导率,控制体积膨胀和结构破坏,实现电池性能的提升。文中主要通过如下方法提高Sn S电极材料的容量及循环稳定性:（1）调控Sn S纳米结构:通过水热法制备Sn S纳米棒,探究了Sn S纳米棒作为锂离子电池负极材料的电化学性能。在1 A g-1的电流密度下充放电时,其初始可逆容量高达672 m Ah g-1,容量在之后的25圈后仍能保留230 m Ah g-1,这主要是由于纳米结构增强了电子的传输,并且有利于锂离子的嵌入和脱出。（2）通过Hummer法制备氧化石墨烯（GO）,结合抽滤、热还原法制备出具有三维结构石墨烯（3DG）。在GO中加入硫脲,再通过抽滤、热还原法制备硫、氮双掺杂石墨烯（3DSNG）。本文研究了3DG和3DSNG作为锂离子电池负极材料的电化学性能。所测得的数据表明,3DSNG作为锂离子电池负极材料相比3DG循环稳定性更好。在1 A g-1的电流密度下循环时3DG和3DSNG作为锂离子电池的负极材料在500圈后的可逆容量分别为160 m Ah g-1和238 m Ah g-1。这主要是因为硫和氮元素的掺杂增加了石墨烯的缺陷,提供了更多的活性位点,并提升了锂离子嵌入和脱出的可逆性。从高倍率循环后回到初始0.5 A g-1的电流密度下循环时,3DG和3DSNG的容量分别是250 m Ah g-1和300 m Ah g-1,均表现了较好的稳定性。（3）为了进一步提升锂离子电池的储锂性能,以上述工作为基础通过一种简便的实验方法将Sn S和石墨烯有效的结合在一起。主要以二氯化锡（Sn Cl2·2H2O）、氧化石墨烯（GO）、硫脲为原料,通过抽滤、高温煅烧相结合的方法制备了“三明治”结构的硫化亚锡复合硫、氮双掺杂石墨烯（Sn S/3DSNG）材料。通过对硫脲的调控制备了不同质量比的Sn S/3DSNG材料并探究了其电化学性能。结合前期制备的硫化亚锡纳米棒以及硫、氮双掺杂石墨烯电极的锂电性能,对比并深入研究了Sn S/3DSNG电极材料的电化学性能以及储锂机制。结果表明,当碳含量为17.58%,硫化亚锡含量为82.42%时,Sn S/3DSNG电极的性能最佳。在1 A g-1的电流密度下循环时,电池的首次容量达到1173 m Ah g-1,甚至在500圈后电池的容量仍能保持在530 m Ah g-1。在0.5 A g-1、1 A g-1、2 A g-1、3 A g-1和5 A g-1的电流密度下循环时,Sn S/3DSNG电极容量分别为820 m Ah g-1、663 m Ah g-1、516 m Ah g-1、416 m Ah g-1和310 m Ah g-1。从5 A g-1的大电流密度回到初始的0.5 A g-1的低电流密度循环时,Sn S/3DSNG电极的容量依然有503 m Ah g-1。此外,Sn S/3DSNG作为锂离子电池负极材料的首次赝电容比例达到93.9%,有着优异的循环稳定性和倍率性能,这主要是由于复合材料的结构具有优异的稳定性。本工作采用的方法针对性的提升了材料的结构稳定性,其原理对开发其他高能量密度的锂离子电池具有普适性。最后,利用基于第一性原理的密度泛函理论计算,对电池性能进行了理论模拟,计算得到的结果和实验结果符合较好,从理论角度解释了性能的改进。