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目前，能源利用效率提升的迫切需要和可持续发展的能源供应体系的不断开发对高效可靠的能量转换系统产生了巨大的需求。锂离子电池(LIBs)由于比容量高、高效便捷和循环寿命长等优点，已经广泛应用于移动电子设备和新能源汽车等领域。然而锂资源有限且分布极其不均阻碍了它更大规模的应用。资源丰富且成本低廉的钠离子电池(SIBs)有望用于高性能大规模的储能系统。开发高能量密度和长循环寿命的钠离子电池负极材料是人们应用SIBs的重要任务。新型钠离子电池负极材料如Ni3S2，Sb等由于存在体积效应问题，比容量衰减严重。基于此，本论文通过使用导电性优异、结构稳定的碳纳米管与活性物质构建一定的复合结构，并研究了其储钠电化学性能和充放电机制。
利用CNTs与Ni3S2复合构建了微纳二次结构并研究了其储钠机制。碳纳米管含量对Ni3S2/CNTs微纳结构及其电化学性能有重要的影响，其中CNTs含量为3.8%的Ni3S2/CNTs复合材料呈现均匀的微球，碳纳米管均匀地内嵌在微球中，并引入了丰富的3nm的介孔结构，可以有效地缓解体积膨胀和阻止电解液进入到微球内部，提高电极稳定性和首次库伦效率；ex-situXRD证明Ni3S2/CNTs电极材料的活性物质主要是Ni3S2，充放电是基于转换反应实现的，且具有好的电化学可逆性。微球表面稳定的SEI膜不仅可以有效防止Ni3S2放电生成多硫化物流失，也使材料具有高的库仑效率，活性物质材料的整体结构稳定性是实现Ni3S2/CNTs电极材料长循环寿命的关键。
通过对定向碳纳米管阵列进行活化、酸化处理，得到定向性好、内腔打通、管壁上具有丰富多级孔结构的定向碳纳米管阵列(HPACNTs)。然后通过溶液浸渍和熔融渗透法将SbCl3填充到碳纳米管内腔，利用氢热还原制备了HPACNTs限域Sb纳米颗粒的复合材料。其中，稳定且富有弹性的管壁对内腔的Sb颗粒具有极佳的限域作用，形成稳定的纳米反应容器；定向排列和多孔的碳纳米管，既保证了复合材料的导电性，又缩短了电子和离子的传输距离，提升了电化学反应动力学。将其用作钠离子电池负极，在1Ag-1的电流密度下循环250圈后的充电比容量为477mAhg-1，250-4500圈之间平均每个循环仅衰减0.037mAhg-1，表现出了超好的循环稳定性。本研究为提高钠离子电池负极材料循环寿命提供了一条有效的路径。
利用CNTs与Ni3S2复合构建了微纳二次结构并研究了其储钠机制。碳纳米管含量对Ni3S2/CNTs微纳结构及其电化学性能有重要的影响，其中CNTs含量为3.8%的Ni3S2/CNTs复合材料呈现均匀的微球，碳纳米管均匀地内嵌在微球中，并引入了丰富的3nm的介孔结构，可以有效地缓解体积膨胀和阻止电解液进入到微球内部，提高电极稳定性和首次库伦效率；ex-situXRD证明Ni3S2/CNTs电极材料的活性物质主要是Ni3S2，充放电是基于转换反应实现的，且具有好的电化学可逆性。微球表面稳定的SEI膜不仅可以有效防止Ni3S2放电生成多硫化物流失，也使材料具有高的库仑效率，活性物质材料的整体结构稳定性是实现Ni3S2/CNTs电极材料长循环寿命的关键。
通过对定向碳纳米管阵列进行活化、酸化处理，得到定向性好、内腔打通、管壁上具有丰富多级孔结构的定向碳纳米管阵列(HPACNTs)。然后通过溶液浸渍和熔融渗透法将SbCl3填充到碳纳米管内腔，利用氢热还原制备了HPACNTs限域Sb纳米颗粒的复合材料。其中，稳定且富有弹性的管壁对内腔的Sb颗粒具有极佳的限域作用，形成稳定的纳米反应容器；定向排列和多孔的碳纳米管，既保证了复合材料的导电性，又缩短了电子和离子的传输距离，提升了电化学反应动力学。将其用作钠离子电池负极，在1Ag-1的电流密度下循环250圈后的充电比容量为477mAhg-1，250-4500圈之间平均每个循环仅衰减0.037mAhg-1，表现出了超好的循环稳定性。本研究为提高钠离子电池负极材料循环寿命提供了一条有效的路径。