锂离子电池以其高能量密度和卓越的循环稳定性等优势,在电子设备和电动汽车等领域得到广泛应用。为了提高锂离子电池的性能,研究人员正在不断探索和开发新型的电极材料和电解质。经过数十年的研究,人们已经开发出了钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等多种类型的锂离子电池正极材料。相对来说,锂离子电池负极材料仍然以石墨类碳材料为主。因此,寻找和开发新型的负极材料对锂离子电池的发展显得尤为重要。过渡金属硫化物（TMSs）具有良好的导电性、快速转化反应能力以及高比容量,是理想的锂离子电池负极材料之一。关于TMSs电化学性能的研究有不少报道,主要集中在对其进行纳米化和复合化,通过控制粒径和与纳米碳材料进行复合来提升其性能。TMSs的锂化过程中不可避免产生结构畸变和体积膨胀,从而引起力学性能的变化。因此,从力学角度对其锂化过程进行分析,有助于我们深入理解其储能机理和循环稳定性。本文选取过渡金属硫化物中的代表——钴硫化物作为研究对象,以第一性原理为基础,计算了四种钴硫化物（Co S、Co S2、Co3S4、Co9S8）的力学性能（体积模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比以及弹性各向异性指数）,并将其与锂化过程中的合金产物进行了对比。结果表明,上述四种材料中Co9S8整体结构最稳定,并且其力学性能也明显优于锂化（或钠化）后的产物（Co9S8>Li3Co>Na3Co）,离子嵌入会导致结构的稳定性变差,进而影响材料的循环稳定性。最后,本文通过实验合成了Co9S8以及Co9S8/C复合材料,并将其作为负极材料用于锂/钠离子电池。测试结果显示,内部多孔的碳纳米纤维为Co9S8提供了体积变化的缓冲区,使得复合材料在储能中显示出良好的循环稳定性。Co9S8复合材料作为锂离子电池负极时,在1.0Ag-1和0.3Ag-1电流密度下分别循环700和200次之后,提供的放电比容量为680m Ahg-1和1063.4m Ahg-1,这远高于纯Co9S8的储能效果。在钠离子电池中,Co9S8/C复合材料也显示出良好的应用前景。