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当今社会人们对能源和环境问题的忧虑促使了高性能能源设备的发展。因此,可充电的锂离子电池展现出很大的潜力,也已经被用作小型便携设备的能量来源,如手机、平板电脑和数码相机。然而,其在电动汽车上的应用仍是挑战。因此,这个研究领域的一个主要目标就是发展下一代锂离子电池,使其具有高的能量密度,功率密度,好的安全性和循环稳定性,从而能够将这类电池应用到电动汽车上。在所有可供选择的已被开发的负极材料中,铌基氧化物(M-Nb-O)材料在近几年得到了广泛的关注。它们主要有两个优点,一方面,由每个铌(Nb5+/Nb3+)在M-Nb-O化合物中导致了高的理论容量(374-403 mAh g-1),超过了石墨的理论容量。另一方面,Nb4+/Nb5+和Nb3+/Nb4+电对的工作电压在一个可接受的范围内(1.0-2.0 V),使其具有优越的安全性能。然而,M-Nb-O材料的研究很有限。所以我们开发出新型铌基氧化物,例如,Nb25O62、Nb12O29和GaNb49O124用于锂离子电池负极材料。此外,纳米技术也应用于上述材料来提高它们的电化学性能。(1)导电M-Nb-0化合物是一类高容量,快速充电,安全和稳定的负极材料,有潜力应用到锂离子电池。然而,它们的研究还很少。这里,我们用高温还原法,在氢气和氩气的混合气体中还原Nb205,巧妙的制备了Nb25O62(NbⅣNbⅤ24O62)和Nb12O29(NbⅣ2NbⅤ10O29)。Nb25O62 展现出单斜完美ReO3晶体结构,具有C2空间群,其结构单元是由3 × 4个八面体和0.5个四面体组成,与此同时Nb12029也具有相似的晶体结构,具有A2/m空间群和3 × 4个八面体组成的结构单元。它们开阔的晶体结构导致了其高的锂离子扩散系数。由于Nb4+中未成对的4d电子的存在导致了它们的导电特性及高的电子电导率。与Nb2O5相比,Nb25O62和Nb12O29的电子电导率提高了三个数量级。第一性原理也证明了Nb25O62和Nb12O29的导电特性。因此,Nb25O62和Nb12O29展现出优秀的电化学性能,包括高的赝电容贡献(在1.1 mV s-1下达到72.7/79.0%),高的可逆容量(在0.1 C的电流密度下,展现出289/287 mAh g 安全的工作电压(～1.69/～1.72 V),及卓越的倍率容量(在10 C的电流密度下,展现出133/165 mAh g-1)和优异的循环稳定性(在10 C的电流密度下循环1000圈,极小的容量损失0.3/14.5%)。这些结果证明Nb25O62和Nb12O29是有希望应用于制备高性能锂离子存储的负极材料。(2)具有纳米片壳的导电Nb12O29分层微米球是通过水热法和高温氢气还原法制备而成。这个新颖的Nb12O29材料展现出微米球形状,平均直径3微米,球壳由纳米片组成,平均厚度50纳米。纳米片、受限制的自聚合和导电Nb4+离子促成了更有效的电荷传输,快速的电化学动力学和显著的赝电容行为。因此,它展现出出色的电化学性能,包括安全的工作电压(～1.61 V),高的可逆容量(297 mAh g-1在0.1 C的电流密度下),增强的首周库伦效率(94.1%),极好的倍率容量(179 mAh g-1在10 C的电流密度下)和出色的循环稳定性(3.5%的损失在10 C的电流密度下进行了 500个循环)。总之,这些发现都证明了纳米片基分层Nb12O29微米球可以作为有前途的负极材料在高性能的锂离子电池中的应用。(3)为了满足锂离子电池对高功率和能量密度的要求,M-Nb-O化合物具有显著性意义,不仅具有嵌入型赝电容的特性,而且具有较高的理论容量和良好的循环稳定性。然而,对M-Nb-O的探索十分有限。在这里,我们首先报道了GaNb49O124作为新的脱嵌型M-Nb-O负极材料。本文采用了水热法来制备粒径为2微米的GaNb49O124微米球(GaNbO-S)。受益于其纳米结构,GaNbO-S在锂离子电池中展示出优异的电化学性能。在50 mA g-1的电流密度下具有大的可逆容量,为294 mAhg-1,而在4000 mA g-1的电流密度下,可逆容量高达205 mAh g-1。此外,GaNbO-S展现出长的循环寿命,在2000 mA g-1的电流密度下循环1800个周期仍具有72.0%的容量。因此,GaNb49O124微球可以发展为高性能的的锂离子电池负极材料。