由于化石能源的日益枯竭以及环境污染问题日益加剧,开发清洁新能源替代化石能源已成为各国的共识。电化学储能系统因能量密度高、功率密度高、循环寿命长及环境友好,已是替代化石能源的主要研究方向,其中,锂离子电池是研究的主流。锂离子电池的性能和成本主要取决于电极材料,实现锂离子电池在储能系统中的应用,需要探索和开发具有优异性能的电极材料。氧化钒作为过渡金属氧化物,具有资源丰富,价格低廉,理论比容量高、能量密度和功率密度高等优势,尤其独特的层状结构,有利于嵌入更多的Li⁺,提高电极的容量,被认为是很有潜力的锂离子电池电极材料之一。但是,氧化钒具有自身的缺陷,如电导率低、Li⁺扩散系数差及充放电过程中电极材料易溶解于电解液等,这些缺陷将阻碍其商业应用。为了改善Li⁺在氧化钒电极材料中的动力学,并防止电极材料在充放电过程中的结构坍塌,本文通过简便的水/溶剂热法,结合烧结制备了多孔yolk-shell结构的V₂O₅微球,并且研究了其结构的形成机理。实验研究发现V₂O₅微球壳上的多孔结构有利于电解液的渗透,较大的比表面积增加了电极材料和电解液的接触面积,缩短Li⁺的扩散距离,提高了Li⁺扩散动力学;同时,在充放电过程中,yolk-shell结构核和壳之间的空白空间能够缓冲体积的膨胀与收缩,防止微结构坍塌,改善电化学性能的稳定性。制备的多孔yolk-shell结构V₂O₅微球作为锂离子电池的正极材料,相比于商业的V₂O₅粉体,具有高的放电比容量、良好的倍率性能,在50 mA g^-1的电流密度下循环50次后,放电比容量仍维持在225.7 mA h g^-1。同时,通过一步水/溶剂热法成功制备了分级花状yolk-shell结构无定形的V₂O₃微球（a-V₂O₃）,其壳的表面是由超薄的交联纳米片组装成的分级结构,类似于蜂巢状。将a-V₂O₃在N₂氛围热处理后,转变成分级海胆状空心或球套球结构的结晶V₂O₃微球（c-V₂O₃）,其表面海胆状分级结构是由纳米颗粒构成的,a-V₂O₃和c-V₂O₃的比表面积分别是137.35和73.97 m² g^-1;并且较为系统地研究了氧化钒微球的形成过程和机理,发现在水/溶剂热的反应过程中,首先,有机醇的羟基官能团与氧化钒的化学键（V=O和O-V-O）相互作用形成低表面能的曲面,再经过配位成核生长成纳米球,然后通过团聚生成体系能量稳定的氧化钒微球,最后经过由内向外的Ostwald-ripening过程,形成了分级花状yolk-shell结构的V₂O₃微球。将这两种材料分别作为锂离子电池的负极材料,均具有比较好的电化学性能,尤其是a-V₂O₃电极在1000 mA g^-1的电流密度下初始放电比容量高达881.5 mA h g^-1,循环250次后仍保持870.1 mA h g^-1,表明a-V₂O₃是一种十分有潜力的锂离子电池负极材料。为了改善氧化钒电极材料的导电性,并且防止其在充放电过程中溶解于电解液,又以PANI为碳源,通过水/溶剂热法原位碳包覆氧化钒微球,然后研究了碳化不同时间段对碳包覆氧化钒复合材料的结构、物相及电化学性能的影响。研究表明在空气氛围煅烧30 min得到core-shell结构的V₂O₅/C-30,作为锂离子电池的正极材料,具有最优异的电化学性能,V₂O₅/C-30在50 mA g^-1的电流密度下循环50次后放电比容量为209.1 mA h g^-1,容量保持率达71.2%;在1000 mA g^-1电流密度下循环1000次后放电比容量仍能保持在123.2 mA h g^-1。