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环境的破坏和自然资源的枯竭促进了能源的二次革命,具有高能量密度、长寿命、对环境友好无污染的锂离子电池应运而生,但能够决定电池工作电压的正极材料比容量却较低,限制了其大规模应用。钒氧化物价格低廉,储量丰富,价态多变,因多为层状结构而具有较高的理论比容量,是一类理想的储能材料,其中电化学性能较好、目前较为成熟的体系有V2O5及VO2(B)。然而,V2O5在Li+嵌入的过程中结构会发生不可逆的转变,VO2(B)嵌锂后的层状化合物有缺陷,使实际比容量和循环稳定性降低。因此,开发具有大比容量、高循环稳定性的钒氧化物正极材料意义重大。本文针对VO2(D)中空微球及V3O7·H2O纳米带进行合成及研究,系统探究反应时间、温度等因素对产物微观结构和相组成的影响,得到最佳制备工艺参数,并测量了其电化学性能。由于钒氧化物导电性较差,通过与石墨烯、C3N4等碳材料的复合改善导电性,提高电化学性能。论文研究成果如下:(1)以V2O5为钒源、草酸为还原剂制备出一种具有新的物相结构的VO2中空微球(命名为VO2(D)),平均粒径为500nm,单分散性好,大小均匀,形状规则;所获得的最佳制备工艺参数为:反应温度230℃、时间10h、醇水比6:1、使用50ml体积反应釜;该VO2(D)中空微球具有较好的相变性能和一定的催化高氯酸铵分解性能;以VO2(D)中空微球为正极材料的锂电池在50m A/g的电流密度下初始放电比容量为128.6m Ah/g,经过50个循环后衰减至70.6m Ah/g,显示了较好的电化学性能;(2)以V2O5为钒源、H2O2为还原剂制备出V3O7·H2O纳米带,长度大于200μm,相互缠绕形成层状结构;所获得的最佳制备工艺参数为:反应温度210℃、时间10h、H2O2用量90ml;由于该层状化合物较好的成膜性和较大的比表面积,且在充放电过程中发生的副反应较少,它具有高于VO2(D)中空微球的比容量和更好的循环稳定性;以该V3O7·H2O纳米带为正极材料的锂电池在50m A/g的电流密度下初始放电比容量为168.2m Ah/g,经过50个循环后衰减至126.5m Ah/g,电化学性能良好;(3)通过冷冻干燥法和机械搅拌法制备出VO2(D)/GO、VO2(D)/C3N4、V3O7·H2O/GO和V3O7·H2O/C3N4复合材料;结果表明由于部分还原后的GO较好的导电性、较大的比表面积、较高的迁移率及其层状结构,其复合材料比容量大幅增加,循环稳定性提高,倍率性能得到改善,其中冷冻干燥法复合的GO更均匀、少团聚、还原程度高,因此复合材料性能更好,以冷冻干燥法制备的质量比20:1的VO2(D)/GO及V3O7·H2O/GO复合材料作为正极材料的锂电池在50m A/g的电流密度下初始放电比容量分别为214.3m Ah/g及274.6m Ah/g,经过50个循环后衰减至110.4m Ah/g及176.2m Ah/g;而C3N4不稳定、易分解的结构使其复合材料比容量在首次充放电后便快速衰减,因此并未得到较大提升,倍率性能因C3N4较好的导电性有所改善。