伴随着工业化的发展,天然气,煤炭和石油的大量使用所引起的环境污染问题日益严重,可持续新能源技术的发展迫在眉睫。而目前在电子设备,电动汽车以及商用电池领域广泛应用的锂离子电池仍面临着金属锂价格昂贵、资源有限、因有机电解液有毒而造成的难以回收、环境污染以及因锂枝晶的产生而引起的安全隐患等诸多问题。因此,对低成本及高安全性的新能源技术的发展极为重要。水系锌离子电池（ZIBs）因其高能量密度,高功率密度和高安全性等众多优点而逐渐引起人们的广泛关注。但是目前所报道的ZIBs存在比容量较低、倍率性能较差和循环稳定性低等问题。因此,通过形貌、结构的设计合成具有高电化学性能的正极材料并探究其储能过程中的结构转变过程是目前ZIBs发展所遇到的挑战。过渡金属硫化物由于具有多种晶体结构及优异的电化学性质近年来引起了广泛的研究关注。其中,具有链式结构的四硫化钒（VS4）因具有较大的链间距离（5.83?）和较高的硫含量而有望表现出更高的理论容量。然而目前钒基ZIBs仍存在正极材料比容量较低,循环稳定性较差等问题,因此设计和制备VS4基正极材料有望进一步改善ZIBs的容量和循环性能。因此,本文设计并通过一步水热法制备了三维还原性氧化石墨烯（rGO）支撑的VS4纳米球复合材料（VS4@rGO）并将其应用于ZIBs的正极。电化学测试的结果显示该复合体系体现出较高的比容量(在0.5Ag-1的电流密度下获得了450mAhg-1的高比容量)优越的倍率性能(当电流密度分别增加到1、2、5、8和10Ag-1然后再恢复到0.5Ag-1时,复合电极的放电比容量达到462mAhg-1)及长期循环稳定性(在10Ag-1的电流密度下循环3500次以后,仍保留了83.2%的初始容量,且在整个循环过程中,库伦效率始终接近100%)。本文借助原位X-射线衍射（XRD）及原位拉曼等技术进一步揭示了VS4的储能机理及性能退化机制。本论文具体包括以下三部分:（1）高质量VS4纳米球的合成及在ZIBs中的应用研究。采用一步水热的方法制备了具有高结晶性的球形VS4纳米颗粒并探究了在ZIBs正极材料中的应用。我们发现虽然VS4正极具有较好的储锌能力,但同时表现出不良的倍率性能和较差的循环稳定性。（2）VS4@rGO复合材料的制备及在高性能ZIBs中的应用。设计提出将具有三维结构的rGO与球形VS4纳米颗粒结合的方法来改善VS4的电化学特性。该VS4@rGO复合材料表现出较高的比容量,高倍率性能和及优异的循环稳定性。（3）VS4微观储能机制及性能退化机理分析。通过原位XRD和原位拉曼等技术探究了VS4的结构演化过程和性能退化机理。实验结果显示其储能主要源自锌离子(Zn2+)在VS4链状结构中的嵌入/脱嵌反应。在第一次充电过程中,VS4会不可逆转地转换为Zn3（OH）2V2O7·2H2O（ZVO）。而在长期循环中由ZVO至Zn V3O8的不可逆转变是造成其容量下降的主要原因。本论文设计并制备了一种高性能的ZIBs正极材料,并通过原位手段进一步阐明了电化学反应过程中的构效关系及微观储能机制。为ZIBs电极材料的设计和开发提供了新的见解,并有望推动钒基ZIBs的大规模应用。