锂离子电池具有能量密度高、环境友好以及循环使用寿命长等优点,在过去的二十多年中已广泛应用于手机、相机以及笔记本电脑等便携式电子设备上,并有望大规模应用在混合电动汽车和电动汽车中。与此同时,由于钠和锂具有相似的化学性质,且钠在地壳中的储量非常丰富,钠离子电池也受到了广泛关注。对于构筑高性能的锂/钠离子电池,电极材料是其最关键的因素之一。近年来,二维层状过渡金属硫族化合物在能源存储和转换中引起了人们的巨大兴趣。这类材料有着类似于石墨烯的层状结构:在层内由共价键连接,层与层之间则通过较弱的范德瓦尔斯力连接。本论文主要围绕二维层状过渡金属硫族化合物及其复合材料的制备,结构、形貌和组分的表征,并深入研究探讨了它们作为锂/钠离子电池电极材料的电化学性能以及电化学反应机理。具体工作包括以下几个部分:1、通过高温液相法大量地合成了高质量的二硫化钛纳米片,这些纳米片具有较大的比表面积和开放的二维结构,这使得钠离子能够迅速到达二硫化钛纳米片层内。从电化学数据可以得出:二硫化钛纳米片做钠离子电池能够展现出较高的比容量。从X射线衍射、光电子能谱以及拉曼光谱数据可以说明二硫化钛纳米片在充放电过程中具有良好的可逆性。此外,二硫化钛纳米片还具有突出的倍率特性,能够在10 C大电流下循环,并且在小电流和大电流下都展现出了较好的循环稳定性。2、利用液相剥离方法大量地制备了高质量的二硫化钼纳米片,并通过和不同比例的单壁碳纳米管复合构建二硫化钼/单壁碳纳米管复合材料。系统研究了这些复合材料导电性、机械性和储锂性能的关系。发现当碳纳米管质量比为20%时,复合材料具有最优的导电性和机械性,其作为锂离子电池负极材料展现出较高的比容量、良好的循环稳定性和优异的倍率特性。这些结果是因为导电性碳纳米管网络骨架的存在,使得电子能够在整个电极材料中迅速传输;同时,碳纳米管网络骨架也提高了电极材料的机械特性,使得电极材料在充放电过程中能够缓冲体积的反复膨胀/收缩,增加电极材料的稳定性和循环使用寿命。3、通过真空抽滤的方法制备自支撑、机械性能强以及厚度可调的二硫化钼/单壁碳纳米管复合薄膜。这种薄膜可以直接作为电池电极材料使用而不用粘结剂和集流体。在常温条件下作为钠离子电池负极时,它们展现了优越的电化学性能:比容量>400 mAh/g,体积比容量~650 mAh/cm~3,面积容量>6.0 mAh/cm~2,这些良好的电化学性能是因为二硫化钼和单壁碳纳米管一起构筑了非常优异的复合结构-它们具有多孔性、优异的导电性和机械性。4、通过液相剥离方法制备了五种钼和钨基硫族化合物,并进一步与单壁碳纳米管充分混合制备了这些化合物和单壁碳纳米管的复合材料。通过电化学测试,我们发现这些复合材料都具有良好的电化学性能。更重要的是,它们实验中所测得的比容量远远高于其相应的基于插层和转换机理的理论容量。对于这些额外比容量的产生,尽管很多文献提出了各种可能的假设,但到目前为止没有哪一种假设能够完全合理地解释这些高达100%的额外容量。基于我们的实验观察,我们提出了两种可能的新假设:一种是锂离子能通过合金反应机理继续和转化后的金属钼/钨纳米颗粒反应提供额外的容量;另一种是材料诱导的金属理欠电位沉积。