锂离子电池由于具有高工作电压、高比能量和长循环寿命等优点，在便携式电子设备市场中占据了主导地位，并且有望应用于动力汽车和混合动力汽车领域。钼系材料以其丰富的资源和优异的性能，广泛应用于化工、军事、电子、生物医药、农业等领域。钼系纳米材料因其独特的光、电、磁和机械性能，在纳米器件和功能材料等领域具有广阔的潜在技术应用前景。特别是在锂离子电池应用方面，由于三氧化钼的高容量，稳定性，低成本及安全性，得到越来越多的关注。 然而，三氧化钼的电池电极性能仍未达到令人满意的程度，主要是由于其较低的电子电导率和离子电导率较低所造成的影响。较低的电子电导率会影响其高倍率充放电性能，即在较高的电流密度下性能劣化十分严重；较低的离子电导率表明锂离子在三氧化钼层中脱嵌时受到的阻力较大，即影响其容量，同时由于和晶格之间相互作用力大，会造成晶格的滑移、畸变，导致三氧化钼容量的快速衰减。因此，如何提高三氧化钼的电子电导率和离子电导率，以提高其电化学性能，是本文的主要任务。 本论文选择过氧钼酸溶胶为前驱体，制备出形貌均一的三氧化钼纳米带，并对其进行一系列的改进措施，以期提高其电子电导率和离子电导率，得到电化学性能更为优异的纳米线电极材料。文中采用现代测试手段对所得钼氧化物纳米材料的合成、结构和性能进行了系统而深入的研究，并试图解释其生长机理和性能/形貌/物相之间的联系，主要内容和研究成果如下：（1）利用合成出的尺寸均一的三氧化钼纳米带，复合表面含有官能团的石墨烯，制得石墨烯卷曲包覆的MoO3/石墨烯纳米带复合材料，对所得样品进行AFM、XRD、SEM、Raman等结构、物相分析表征，分析所得产物物相和形貌之间的关系，并解释其生长机理；（2）对石墨烯卷曲包覆的三氧化钼纳米带进行电化学性能测试，特别着重高倍率和稳定性的测试，发现经过石墨烯卷曲包覆其性能有了很大提高；（3）利用表面活性剂还原三氧化钼纳米带，并同时加入碱金属离子，得到碱金属离子掺杂的三氧化钼纳米带，对其进行等离子发射光谱，TEM，SAED等的分析，证明其嵌入机理及晶格变化；（4）采用电化学性能测试手段对所得产物进行电化学性能表征，发现碱金属离子掺杂的三氧化钼纳米带随着碱金属离子半径的增大，电化学性能呈现一定的规律变化，并从计算模拟所得结果分析了这种变化；总体来说经过碱金属离子嵌入后，三氧化钼纳米带的循环性能得到了很大提高，有望应用在实际能源领域。