随着便携式电子设备和电动汽车的迅速发展,对于以锂离子电池为代表的二次电池性能要求日益提高,其中长寿命、可快速充电及短时间大功率输出是急需解决的技术问题,降低成本和提高循环稳定性是解决上述问题的有效途径。正极材料的性能直接影响着二次电池的使用性能,也决定着二次电池成本的高低。V₂O₅是锂离子电池和钠离子电池通用的正极材料之一,但存在着导电性差和锂（钠）离子的扩散率低的缺点。本论文以V₂O₅为研究对象,采用水热法和冻干法制备V₂O₅纳米材料及其复合材料,着重开展了V₂O₅形貌控制和石墨烯复合方面的研究工作。通过调节V₂O₅微观形貌及其复合方式,探讨了其作为锂离子电池和钠离子电池正极材料的电化学性能改善途径及其相应机理。论文取得的主要研究结果如下:以形貌控制为研究重点,利用水热法成功地制备了不同形貌的V₂O₅微/纳结构:纳米线、微米球和微米花。研究发现,与微米球和微米花相比,纳米线是良好的锂离子电池和钠离子电池正极材料,极易形成三维网状结构,大幅度增加了锂离子和钠离子的扩散能力、电化学活性位点和电极-电解液接触面积。作为锂离子电池正极材料,电流密度为50 mA g^-1时,200个循环后,V₂O₅纳米线的放电比容量为109.4 mA h g^-1,分别为微米球和微米花的2.1和2.4倍。作为钠离子电池正极材料,100个循环后,V₂O₅纳米线的放电比容量为86.7 mA h g^-1,分别为微米球和微米花的1.7和2.0倍。为了改善V₂O₅纳米线的电化学性能,利用冻干法制备了V₂O₅-NWs/Graphene复合材料。研究结果表明,Graphene的引入降低了电极极化和电荷传输阻抗,缩短了电子传输和离子的扩散距离,增加了电池的储锂/钠性能和循环稳定性。作为锂离子电池正极材料,电流密度为50 mA g^-1时,150个循环后,V₂O₅纳米线和V₂O₅-NWs/Graphene的放电比容量为分别为104.4 mA h g^-1和190.9 mA h g^-1,相应容量保持率分别为76.5%和96.6%。作为钠离子电池正极材料,100个循环后,V₂O₅纳米线和V₂O₅-NWs/Graphene的放电比容量分别为57.2 mA h g^-1和82.0 mA h g^-1。利用冻干法成功地制备了层状V₂O₅和V₂O₅-NLs/Graphene复合材料,研究发现,层状V₂O₅在改善充放电过程中的应力作用方面有显著作用,能够有效地缓解锂/钠离子在嵌入-脱嵌过程中引起的应力作用,减少电极材料在循环过程中的结构破坏。作为锂离子电池正极材料,200个循环后,层状V₂O₅和V₂O₅-NLs/Graphene的容量保持率分别为58.9%和48.5%。对比层状V₂O₅和V₂O₅-NLs/Graphene的钠离子电池性能可以发现,Graphene的引入,降低了电极极化作用和电荷传输阻抗,增加了电化学反应活性位点,增大了钠离子电池的放电比容量。电流密度为50 mA g^-1时,200个循环后,层状V₂O₅和V₂O₅-NLs/Graphene放电比容量分别为63.2 mA h g^-1和134.3 mA h g^-1,相应容量保持率分别为86.1%和69.2%。利用冻干法辅助后续退火工艺成功地制备了多孔层状V₂O₅,研究发现,多孔层状V₂O₅在改善电化学性能方面有明显的优势,有效地增加了电化学反应活性位点、电荷在电极材料-电解液界面的传输能力和离子扩散能力。作为锂离子电池正极材料,块状V₂O₅和多孔层状V₂O₅的起始放电比容量分别为142.0 mA h g^-1和199.8 mA h g^-1。作为钠离子电池正极材料,电流密度为50 mA g^-1时,200个循环后,多孔层状V₂O₅的放电比容量为123.9 mA h g^-1,是块状V₂O₅的2.3倍;块状V₂O₅和多孔层状V₂O₅的容量保持率分别为37.3%和59.4%。