钒基氧化物具有高比容量、储量丰富、价格低廉等优点,被广泛应用于制备锂离子电池正极材料中,极具研发和应用前景。然而,其自身的电子电导率不高和离子电导率较低的缺点极大地制约了这一类材料的应用。因此,如何利用纳米化、表面修饰和离子掺杂等手段来改善这类材料的电化学性能成为了钒基氧化物的研究热点。基于以上目标,本论文首先使用稻壳炭作为硬模板,制备了V₂O₅纳米颗粒,通过对比纳米颗粒和微米颗粒的电化学性能差异,探究了纳米化对材料电化学性能的影响。随后,我们通过一步水热的方法,首次成功制备了表面覆盖有石墨烯的H₂V₃O₈纳米线材料,利用表面修饰的石墨烯进一步提高材料的电子电导率,从而大幅度地提高材料的比容量、循环稳定性和倍率性能等电化学性能。其次,我们设计并合成了具有石墨烯表面复合和铝离子内部掺杂的V₂O₅纳米颗粒,利用掺杂和表面修饰的协同作用,提高材料的结构稳定性、电子电导率和离子电导率,进而使V₂O₅材料的电化学性能得到优化。最后,针对下一代钠离子电池,我们采用冷冻干燥的方法制备由大量纳米片堆积而成的海绵状V₂O₅材料,分析了钠离子嵌入脱出反应机理、形貌对材料钠离子嵌入的影响等基础问题。本文的研究不仅为提高钒基氧化物以及其他锂离子电池电极材料的电化学性能提供了可靠的理论依据和可行的方案,还针对钠离子电池电极材料的设计与制备提供了新思路。