本文以低维钒氧化物纳米材料为研究对象,将传统纳米储能材料研究方法与新型微纳电化学器件相结合,在获得优良电化学性能的同时,深入分析了低维纳米材料中电子和离子的传输与电化学性能的本征联系,取得了一些有意义的成果:（1）利用简单水热法合成了超长H₂V₃O₈纳米线,并在保护气氛下退火制备了V₃O₇纳米线。通过电化学性能测试和单根纳米线电输运测试后发现,H₂V₃O₈纳米线的电化学性能优于V₃O₇和其较高的电导率密切相关。以H₂V₃O₈纳米线为模板,通过锂离子拓扑取代制备了LiV₃O₈纳米线电极材料。该电极材料具有良好的倍率性能,在2000 mA/g的电流密度下的初始放电容量为137 mAh/g,循环600次后放电容量为120 mAh/g,次容量衰减率仅为0.022%。（2）设计组装了含有机电解液的单根H₂V₃O₈纳米线电化学器件,通过改变电解液的种类,可以实现锂离子或钠离子在单根H₂V₃O₈纳米线中的脱嵌反应。通过对单根纳米线电极的巧妙设计,实现了纳米线不同部分在电化学过程中电导率变化的原位检测,并充分对比了锂离子和钠离子在纳米线中脱嵌的异同点。结果表明,锂离子和钠离子在层状电极中具有相似的电化学反应机制。然而,由于钠离子自身较大的体积,在层间传输会遇到更大的势垒,因此,在电化学反应过程中钠离子对纳米线结构的破坏比锂离子更为严重。本实验表明单根纳米线电化学器件可以作为一个独特的平台来推动纳米线储能材料的基础及应用研究。（3）以水热法制备的NH₄V₄O₁₀纳米花为前驱体,经过煅烧及二次预锂化技术获得了厚度为4 nm左右的预锂化超薄V₆O₁₃纳米片。和未锂化的样品相比,预锂化后的超薄V₆O₁₃纳米片循环稳定性明显提高,在1000 mA/g的电流密度下150次循环后,该电极材料的容量保持率达98%。此外,通过组装微纳电化学器件,原位检测两种纳米片在充放电前后的电导率变化,测试结果进一步印证了预锂化样品电化学性能的提升与其本征电输运性能的增强相关。（4）利用三维石墨烯网络电导率高、孔隙率高且机械性能好的优点,制备了三维石墨烯/硫复合材料作为锂硫电池电极材料。该材料中硫含量高达90%,且可以直接作为电极材料组装电池,无需加入粘结剂和导电添加剂。石墨烯片层对硫颗粒的物理包裹及对其放电产物的化学吸附,在一定程度上缓解多硫化物的穿梭效应。此外,我们还通过冷冻干燥V₂O₅溶胶的方法制备了V₂O₅·nH₂O修饰三维石墨烯/硫复合材料。V₂O₅·nH₂O对电极材料在低倍率循环时的初始库伦效率的提高作用明显,进一步改善了锂硫电池的循环稳定性。