移动电子设备和电动汽车的蓬勃发展对锂离子电池（LIBs）的能量密度和功率密度都提出了更高的要求。V2O5拥有高达441 m Ah·g-1的理论嵌锂比容量,远高于目前广泛应用的正极材料如Li Co O2(140 m Ah·g-1)和Li Fe O4(170 m Ah·g-1)的比容量,V2O5还具有储量丰富、价格相对低廉、容易制备等优势,近年来受到了人们的极大关注。然而V2O5较差的循环性能和缓慢的反应动力学性能极大地限制了其作为LIBs正极材料应用。针对以上问题,本论文主要从电极材料纳米化和金属离子(Cu2+、Al3+和Sn4+)掺杂两个方面开展了实验和理论计算研究,主要研究内容如下:1.采用溶剂热法制备了含钒金属有机骨架材料（MOFs,MIL-88B（V））,通过对MIL-88B（V）进行热处理制备了具有微/纳分级结构的多孔V2O5纳米材料,研究了不同热处理温度（400℃、500℃、600℃、700℃和800℃）对材料结构和储锂性能影响。结果表明600℃下热处理制备的V2O5样品（V-MOFs-600）具有相对较好的储锂性能,在2.0-4.0 V（vs.Li/Li+）电位窗口内,在0.2 A·g-1电流密度下其最高放电比容量为214.8 m Ah·g-1,经过200次循环后放电比容量降低至114.8 m Ah·g-1;在2 A·g-1高电流密度下,其可逆比容量仍保持在65.0 m Ah·g-1;CV和EIS分析发现,V-MOFs-600具有相对最高的锂离子扩散系数和最低电化学反应阻抗。2.采用溶剂热法制备了Cu掺杂的MIL-88B（V）,在600 oC对其进行热处理得到了Cu掺杂V2O5纳米材料,研究了Cu掺杂量对V2O5结构和电化学性能的影响及机理。结果表明,当n（Cu）/n（V）为3%时制备的Cu掺杂V2O5材料（Cu-V-MOFs-2）具有相对较好的储锂性能,Cu掺杂可提高V2O5的倍率性能和储锂活性(在2 A·g-1高电流密度下Cu-V-MOFs-2的可逆比容量高达112.9 m Ah·g-1)、提高锂离子扩散性、降低电化学反应阻抗。通过第一性原理DFT计算发现,Cu在V2O5中掺杂的稳定位点是进入其层间,Cu掺杂在V2O5的价带和导带间引入杂质能级,因此有利于改善材料的导电性和倍率性能。3.采用溶剂热法制备了Al掺杂的MIL-88B（V）,在600 oC对其进行热处理得到了Al掺杂V2O5纳米材料,研究发现,当n（Al）/n（V）为3%时制备的Al掺杂V2O5材料（Al-V-MOFs-2）具有相对较好的储锂性能,Al掺杂可大幅度提高V2O5的储锂活性(在0.2 A·g-1电流密度下Al-V-MOFs-2的可逆比容量高达298.1 m Ah·g-1)、降低材料的电化学反应阻抗。通过第一性原理DFT计算发现,Al在V2O5中掺杂的稳定位点是进入其层间,但其形成能比Cu掺杂低,Al掺杂使V2O5的价带和导带带隙略微变宽,因此不利于改善材料的导电性和倍率性能。4.采用溶剂热法制备了Sn掺杂的MIL-88B（V）,在600℃对其进行热处理得到了Sn掺杂V2O5纳米材料,研究发现,当n（Sn）/n（V）为3%时制备的Sn掺杂V2O5材料（Sn-V-MOFs-2）具有相对较好的储锂性能;但与Cu和Al掺杂相比,Sn掺杂对V2O5在2.0-4.0 V（vs.Li/Li+）电位窗口内的储锂性能提升作用效果有限。在此基础上,采用溶胶-凝胶法制备了不同比例的Sn掺杂二维（2D）结构V2O5材料,研究发现当n（Sn）/n（V）为5%时,Sn掺杂可改善2D结构V2O5材料在1.5-4.0 V（vs.Li/Li+）电位窗口内的储锂性能,降低电化学阻抗,提高Li+扩散性能。通过第一性原理DFT计算发现,Sn在V2O5中掺杂的稳定位点也是进入其层间,Sn掺杂使V2O5的价带和导带带隙略微变窄,并在V2O5带隙中引入了杂质能级,因此在一定程度上有利于改善材料的导电性。