3C电子、智能汽车、柔性穿戴器件、储能器件等对锂离子电池负极材料的充电速度及工作寿命提出了不断提升的要求。开发出能够长时间在高电流密度下稳定工作的材料成为科研工作者的挑战。Nb₂O₅的低导电性导致其电化学反应动力学缓慢,不利于其高倍率性能的发挥,且Nb₂O₅比容量还有待提升。本文以Nb₂O₅为基础,通过纳米形貌结构的设计及与炭基材料的复合,改善锂离子传输特性,从而提升材料的电化学性能。研究内容分以下三方面:1)采用水热法合成了一维Nb₂O₅纳米棒,应用于锂离子电池负极材料。当水热反应过程中仅加入表面活性剂P123获得了实心Nb₂O₅纳米棒;而同时添加了表面活性剂P123和CTAB时,Nb₂O₅纳米棒的内部生成规则的四方盒子且在盒子中间和端部具有稳定支撑的“柱状”结构。在40 mA/g的电流密度下在循环200次之后,内部植入立柱盒式结构的Nb₂O₅（BI-Nb₂O₅）纳米棒展现出高达237.6 mA·h/g的高可逆容量,并且在电流密度达到5000 mA/g时,依然具有119.5mA·h/g的比容量。它们优异的倍率性能归因于在Nb₂O₅纳米棒中植入的规则四方盒子为离子和电子提供快速运输路径并缓解电极在充电和放电过程中的体积变化。2)采用水热法合成了用于锂离子电池负极材料的Nb₂O₅纳米球/表面改性石墨烯（SMG）复合材料。通过X射线衍射,扫描电子显微镜和透射电子显微镜技术研究了复合材料的微观结构和形貌。实验结果表明,Nb₂O₅纳米球在表面改性的石墨烯纳米片表面紧密而均匀地生长。微纳尺寸的Nb₂O₅球减小了锂离子至反应电极的距离,而紧密接触的石墨烯提升了复合材料的导电性及增加材料反应活性位点。复合Nb₂O₅纳米球/表面改性石墨烯复合材料在40 mA/g的电流密度下循环100圈后,表现出高达404.6 mA·h/g的可逆容量;在400 mA/g电流密度下具有345.5 mA·h/g的优异倍率性能。3)为了既具有性能优异的孔洞结构,又具有直接改善材料导电性的优势,采用水热法合成了均匀的纳米电缆状Nb₂O₅/表面改性的碳纳米管（SMCNTs）复合锂离子电池负极材料。结果表明,当碳纳米管用浓硫酸预处理后,Nb₂O₅纳米片在碳纳米管上紧密均匀地生长。因此,Nb₂O₅/SMCNTs复合材料作为锂离子电池的负极材料显示出优异的电化学性能。它在40 mA/g的电流密度下循环100次后,能保持441 mA·h/g的高可逆容量;在5000 mA/g的高电流密度下循环200次后具有185 mA·h/g的优异倍率容量。