“碳达峰、碳中和”战略目标正引领着一场从化石能源走向可再生能源的革命,大规模储能技术将在这场能源革命中发挥极其重要的作用。铝离子电池因铝资源丰富、理论比容量高、成本更为可控等特点,被认为是最具有前景的大规模储能器件之一。然而,由于缺乏循环性能优异的高比容量正极材料,目前铝离子电池未能进行大规模应用。本文研究不同合成工艺制备的硫化钴（CoS）以及锰（Mn）掺杂改性的硫化钴作为铝离子电池正极材料的可行性,结合第一性原理计算和实验表征探究基于硫化钴正极铝离子电池的电化学储能机理。文中硫化钴相关实验表明:一步溶剂热法合成的CoS颗粒细小,分散性不佳,颗粒之间堆叠现象严重,其最高放电比容量仅62 m Ah/g。两步水热法合成的CoS具有丰富的纳米线结构,比表面积大,其最高放电比容量为109 m Ah/g。在惰性气氛下,不同温度段（200℃、400℃、600℃）热处理CoS的最高放电比容量依次为80 m Ah/g、40 m Ah/g、18 m Ah/g。采用扫描电子显微镜对不同循环阶段电极材料的表征发现:在循环过程中,CoS针刺结构消失,海胆状结构坍塌,存在溶解沉积现象。理论上建立CoS的（100）、（101）、（102）、（110）代表性低能晶面,通过基于密度泛函的第一性原理计算表明:铝离子吸附于CoS晶面上时,会与较多的表面硫成键,表面原子产生一定的重排现象,从而影响其结构的恢复能力。实验和计算模拟结果表明CoS正极材料的转化反应为该铝离子电池的主要储能机制,铝离子在吸附过程中会与多个硫原子成键,该过程降低了电池循环性能。锰掺杂硫化钴实验表明:4.4%Mn掺杂CoS在结构上要比0.7%Mn掺杂CoS与10.39%Mn掺杂CoS拥有更多细小的纳米线绒毛结构。循环伏安测试表明,4.4%Mn掺杂CoS拥有更强的响应电流以及更大的CV曲线面积,其最高放电比容量可达130 m Ah/g,并且循环130圈库伦效率可以保持90%以上。对极片的扫描电镜表征发现,在循环过程中Mn掺杂可以缓解CoS的溶解,表现出更长循环寿命。本文也通过密度泛函计算了铝离子吸附于Mn掺杂CoS的代表性低能晶面。结果表明Mn掺杂明显减少了铝离子与表面硫发生成键的数量,表面结构变化也相应较小。这说明Mn掺杂可以提高硫化钴表面铝离子的有效吸附点位,并且提高其吸附/脱附的可逆性能,从而改善硫化钴铝离子电池电化学性能。