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在众多金属氧化物电极中，钒氧化物种类最多，可以形成V 2 O 5 、VO 2 、V 3 O 7 、V 4 O 9 和V 6 O 13 等，可以与Li形成不同电位的复合氧化物，而V的价格比Mn和Co都要低，所有钒氧化物正极材料有一定的优势。
α -V 2 O 5 在VO x 体系中锂离子容量最大，达到442mA·h/g，相当于1mol V 2 O 5 可以嵌入3mol的锂离子，形成Li 3 V 2 O 5 。但是V 2 O 5 作为锂离子电池的正极材料也有一定的缺点，例如：放电过程中存在多个放电平台，电位不稳定；随着锂离子的嵌入，电极的电子导电性会进一步降低，欧姆阻抗增加，极化明显；在有机溶剂中有一定的溶解度，活性物质会流失；本身有很强的氧化能力，会与电解液发生反应；多对过充电敏感；在充电过程中锂离子脱嵌之后，桥氧容易失去电子，而不是V或者VO基团。
V 2 O 5 的合成方法较多，其中最常用的是传统的固相反应法。具体来讲，是以钒酸铵（NH 4 ）VO 3 为原料通过加热分解制备V 2 O 5 ，不过分解产物往往包含非化学计量比的V 2 O 5 -x 。
因为钒化合物水溶性好，所以也可以使用溶胶-凝胶法制备V 2 O 5 。根据合成工艺的不同，可以得到不同状态的凝胶，包括干凝胶、气凝胶和水凝胶等。其中V 2 O 5 的气溶胶可以使用离子交换法合成。首先使用强酸性质子交换树脂让0.1mol/L的钒酸铵水溶液变成V 2 O 5 水溶胶，接着进行老化得到V 2 O 5 气溶胶。还可以对这种方法进行改进。例如以钒酸钠为原料，经过质子交换树脂得到水溶胶，接着使用丙酮置换出水溶胶中的水，再用环己烷置换丙酮，最终得到有机凝胶，可以直接用于电极的制备。
此外，还可以使用模板法作为溶胶-凝胶法的载体制备V 2 O 5 。这样合成的V 2 O 5 大小均一，形状规则。如果将溶胶-凝胶法和溶剂交换相结合，则可以制备无定型的V 2 O 5 薄膜。薄膜V 2 O 5 还可以通过化学气相沉积法、喷雾沉积法、冷冻干燥法和磁控溅射法制备。使用磁控溅射法制备的V 2 O 5 薄膜电极的电化学性质与厚度相关。通常来讲，厚度小于1000nm为佳。太厚容易导致电流密度分布步均匀同时界面差别大，增加不稳定性因素，使电化学性能受损。
Huguenin等人采用二次逻辑方程计算了V 2 O 5 薄膜电极中的活性位点，发现电极中约有20%的V 2 O 5 是没有电化学活性的。
一般晶体型的V 2 O 5 的锂离子的容量较小，1mol V 2 O 5 可嵌入的锂离子小于2mol。如果进一步发生锂离子的嵌入反应，则会发生不可逆的相变。如果是凝胶状态，则锂离子的嵌入量可以明显提高，1mol V 2 O 5 最多可嵌入4mol锂离子。锂离子嵌入量的显著提高主要有两个原因：一是凝胶状态下的结构不同，有更多的锂离子嵌入位点；二是V 2 O 5 层间间距相比于晶体状态下大，而且层之间的作用力较弱，锂离子可以容易地嵌入层状结构之间。
为了提高V 2 O 5 中锂离子的扩散系数，通常在合成V 2 O 5 凝胶的过程中加入一定量的表面活性剂，减缓凝胶生成的速率，这样得到的凝胶微观更加有序。这时将表面活性剂除去，则得到的凝胶孔隙率更大。这样制备的V 2 O 5 凝胶可以容纳2.5mol的锂离子，且锂离子在电极中的扩散系数是传统气溶胶的100倍以上。
干凝胶通常也带有一定量的结晶水，例如V 2 O 5 ·0.5H 2 O。凝胶具有多孔性，可以较为容易地进行离子交换制备多种凝胶，再通过干燥除去水分，得到干凝胶。其中结晶水通常需要在250℃以上才能除去。制备的干凝胶可以直接制作薄膜电极。进行过130℃干燥之后的薄膜电极在循环伏安测试中出现三组氧化还原峰，对应三种锂离子的状态。如果对薄膜电极进一步在270℃进行干燥，即除去结构的微量结晶水，则锂离子位点明显减少，在循环伏安法中只存在一组氧化还原峰。这可能是因为去除结晶水之后凝胶发生了收缩，部分位点不再开放，无法容纳锂离子。
除了结晶水，薄膜电极的厚度也影响了锂离子的嵌入过程。当电极很薄时，单位V 2 O 5 可以容纳4mol锂离子：
凝胶本身是无定型结构，因此锂离子的嵌入引起的体积变化不会造成结构的损坏，质量能量密度可以达到1.3W·h/g。当电极厚度增加时，受到锂离子扩散和电子导电性的限制，单位V 2 O 5 平均可以容纳2mol锂离子。
V 2 O 5 气凝胶也可以通过临界干燥法合成。临界干燥法可以有效地防止形成的网络结构随着溶剂的去除而发生坍塌，体系中含有大量的空隙，因此比表面大，通常可以达到450m 2 /g，远远高于普通的V 2 O 5 气溶胶。此外，由于体系中含有大量空隙，允许电解液的渗透，提供了锂离子的传导通道。典型的扩散距离只有10～30nm，远低于大多数的多孔电极。因此，这样制备的气溶胶具有良好的倍率性能。通过循环伏安测试，发现电极中只存在一组氧化还原峰，即锂离子的嵌入位点活性相同。此外，单位V 2 O 5 的锂离子嵌入量达到了4mol，明显高于其他V 2 O 5 气溶胶或无定型结构。可能的原因是临界干燥法得到的V 2 O 5 气溶胶结构特殊，产生了新的锂离子嵌入位点。
由临界干燥法制备的V 2 O 5 气溶胶虽然容量高，但是循环稳定性差，容量衰减快。为了提升电极的循环性能，可以将溶胶-凝胶法和溶剂交换相结合，制备相互连接的V 2 O 5 薄膜电极，其可逆容量高达410mA·h/g，且循环性能优异，每圈容量衰减率小于0.5%。
也可以使用电化学氧化的方法制备V 2 O 5 ，但是常常有V +4 没有被完全氧化，因此得到的样品的电化学性能与V +4 的含量有关。V +4 含量越少，对应电极的可逆容量越高，相对循环稳定性也较好。喷雾沉积法可以直接制备V 2 O 5 薄膜电极。制备的薄膜电极的电化学性能与沉积条件和后续热处理的温度相关。其中在沉积温度为150℃、后续退火温度为190℃时，电极的电化学性能最优，放电容量大，循环稳定。如果提高沉积或者后续热处理的温度（例如250℃），则得到的样品的电化学性能差。其中主要的原因是250℃时，V 2 O 5 体系中含有的结晶水会被去除，结构发生收缩，层间距缩小，使锂离子的扩散受到抑制。
以VO（OCH 3 ） 3 为前体，使用化学气相沉积法可以制备V 2 O 5 薄膜。制备的薄膜在2.2～3.8V区间内循环，可逆容量可以达到250mA·h/g。即使在电位循环时，也只会生成少量的 γ -相结构，并不会影响电极结构的稳定性，循环性优异。
水热法也可以制备V 2 O 5 。以VOSO 4 和H 2 O 2 为原料在180℃反应24h，可以得到含有结晶水的V 2 O 5 晶体，反应方程式如下：
2VOSO 4 +5H 2 O 2 =V 2 O 5 +3H 2 O+2H 2 SO 4 +2O 2
通常情况制备的V 2 O 5 凝胶在干燥时多会形成多孔结构。使用冷冻干燥法则可以让凝胶在水分除去过程中更好地保持其多孔结构，得到的比表面积可以达到250m 2 /g，这点与超临界干燥法类似。大的比表面积可以允许电解液的渗透，缩短锂离子的扩散路径，有利于提高电极的倍率性能。经过热处理可以得到介于无定型与晶体之间的特殊结构，性能比 ω -Li x V 2 O 5 更好。
为了提升V 2 O 5 的电化学性能，可以对其进行改性。常用的改性方法包括掺杂、包覆和与导电聚合物复合。
（1）掺杂
最常用的元素掺杂方式是在溶胶-凝胶法制备V 2 O 5 的过程中添加其他元素，例如Mg、Cu、Zn、Ag、Na、Al、Cr、Co以及氧化物等。溶胶-凝胶法中引入的其他元素可以均匀地分散在体系中，它们的主要作用是连接V 2 O 5 层，增加各层之间的作用力，提高层状结构的稳定性，从而提升电极的循环稳定性。
Cu和Fe可以共掺杂在V 2 O 5 中。首先将钒酸钠通过质子交换树脂进行质子化得到凝胶，接着加入含有Cu 2+ 和Fe 3+ 的离子交换树脂，得到Cu和Fe混合的V 2 O 5 凝胶。在凝胶老化之后（低温下时间较长）进行涂布、干燥，所得的干凝胶仍然保持层状结构。当热处理温度达到320℃时，层状结构转变为多晶的菱形结构。掺杂之后电极的循环稳定性得到提高。例如Cu 0.019 Fe 0.002 V 2 O 5 干凝胶在2.5～3.9V区间内循环，可逆容量（电流密度为10mA/g）超过150mA·h/g，30次充放电之后容量保持率达到92%。
Cu和Zn也可以对V 2 O 5 进行掺杂，分别得到Cu 0.25 V 2 O 5 和Zn 0.25 V 2 O 5 ，其中Cu和Zn占据的位置相同，与四个氧配体。此外没有发现掺杂元素之间存在相互作用，可能的原因是掺杂量较小，分散之后距离太大。
Ag掺杂到V 2 O 5 之后，由于其优异的电子导电性，可以提高气溶胶的电子导电率1～2个数量级，因此掺杂之后的单位V 2 O 5 可以容纳4mol的锂离子。除了溶胶-凝胶法，激光沉积法也可以制备银掺杂的V 2 O 5 ，而且得到的V 2 O 5 薄膜可以直接作为正极材料。其中激光的功率和银掺杂的量对于薄膜电极有显著影响。银的掺杂提高了电极的电子导电率，此外由于银进入V 2 O 5 的层间，可以一定程度上稳定层间结构，促进锂离子的扩散。不过如果银掺杂过量，也有损电极的电化学性能，这或许是因为过量的银改变了V 2 O 5 的有序结构。
此外各种氧化物的掺杂也可以对V 2 O 5 进行改性，其中包括Na 2 O、CeO 2 、P 2 O 5 和RuO 2 等。CeO 2 掺杂之后仍然可以保持层状结构，样品的粒径会影响电极的制备的厚度，同时影响锂离子的嵌入过程。RuO 2 的掺杂可以提升V 2 O 5 的电子导电率10000倍，同时可以不影响气溶胶的空隙，有优异的倍率性能。在0.1 C 下可逆容量达到400mA·h/g，循环寿命超过1200次。
（2）包覆
在V 2 O 5 正极材料表面包覆有LiAlF 4 。LiAlF 4 层可以隔绝电解液与V 2 O 5 接触，减少V 2 O 5 在电解液中的溶解，同时可以稳定电极在充放电过程中因为体积变化导致的结构不稳定性，因此可以提高V 2 O 5 的循环稳定性。此外LiAlF 4 良好的离子导电率可以促进锂离子的传导，减小极化，不可逆容量较小。因此在循环800次之后，容量没有明显衰减。而没有包覆的V 2 O 5 在循环250次之后，容量已经衰减到了30%以下。
（3）与导电聚合物复合
V 2 O 5 可以与导电聚合物例如聚苯胺PANI、聚（3，4-乙撑二氧噻吩）PEDOT进行复合。例如与聚苯胺进行复合，聚苯胺的量和后处理温度将直接影响复合物的电化学性能。结果表明，聚苯胺的量不能太多，因为本身容量贡献较小，后处理温度在70℃得到的样品电化学性能最好。PEDOT也可以与V 2 O 5 进行复合，其中PEDOT进入V 2 O 5 的层间，提高了电极的电子导电性，增加了层间间距，有利于锂离子的扩散。因此，复合材料的电化学性能得到明显的提升，初始放电容量达到350mA·h/g。
Li 1+ x V 3 O 8 是由八面体和三角双锥共同形成的层状结构。锂离子优先位于八面体的位点，过量的锂则进入层之间的四面体位点，这样锂离子可以作为连接点将结构固定在一起，得到一个相对稳定的层状结构，因此电极的循环稳定性较好。该结构还允许锂离子进一步嵌入，一般允许三个以上的锂离子，即容量高。此外，八面体位点的锂离子可以容易地通过四面体进行跳跃，因此拥有较高的锂离子扩散系数（10 -14 ～10 -12 m 2 /s）。因此该电极表现出不错的电化学性能。
Li 1+ x V 3 O 8 的制备方法可以大致分为固相反应法和液相反应法。通常通过液相反应得到的凝胶Li 1+ x V 3 O 8 既包含固相材料，也包含存在于固相结构中的液相材料。在pH=4时得到红色沉淀，是水合相的Li 1+ x V 3 O 8 ，结晶性差。另外，溶液中的羟基与氧桥联合作用，形成连续的V 3 O 8 网状结构，当加入Li + 时得到水合的Li 1+ x V 3 O 8 · x H 2 O沉淀。在90℃加热时又重新溶解得到黄色澄清液体，进一步加热得到环状偏钒酸盐V 4 O 4- 12 。在pH=7时，水解可以到层状结构。该层状结构在250℃以上进行退火，同时除去结晶水得到晶体状的Li 1+ x V 3 O 8 。
还可以采用喷雾干燥法制备Li 1+ x V 3 O 8 ，研究表明后续的烧结温度和时间对于得到的样品的结构有直接影响。例如在350℃进行烧结时，得到的样品的结晶性最好，粒径均匀。
水热法也是一种有效的合成手段，以V 2 O 5 凝胶、LiOH和氨水为原料在反应釜中进行水热反应。得到样品再经过600℃可以制备出LiV 3 O 8 纳米棒。
层状Li 1+ x V 3 O 8 的放电容量受温度和电流密度影响较大，升高温度和减小电流可以得到高放电容量。但是随着电极工作温度的下降，例如从45℃降至5℃，放电容量下降了35%；随着电流的增加，例如从0.1mA/cm 2 增大至1mA/cm 2 ，放电容量下降了40%，说明Li 1+ x V 3 O 8 的嵌锂过程主要受动力学因素影响。不过也存在例外，当 x <1.5时，电极的容量基本不受温度的影响，保持一定。这是因为在LiV 3 O 8 中Li + 的扩散系数较大，当锂离子持续嵌入，在电位2.8V左右时形成新相Li 4 V 3 O 8 。而在新相中，Li + 的扩散系数随着温度变化而增大，因此抑制了锂离子的扩散。电极的脱锂过程与嵌锂过程类似，受动力学影响较大，电流密度小、温度高时容量较大。其脱锂（即充电）过程可以分为三个部分：第一阶段，锂离子脱嵌使Li 4 V 3 O 8 相消失，重新得到LiV 3 O 8 相，但是该过程受温度影响较大，室温下，锂离子脱嵌量<0.2；第二阶段，LiV 3 O 8 中锂离子的脱嵌量仍受温度的影响，随着温度的升高，脱嵌量增加不会超过1.5；第三阶段，锂离子的脱嵌量随着温度变化呈线性变化，说明四面体位点的锂离子在提高温度时也可以快速地脱去。Li + 在LiV 3 O 8 中的扩散系数较大，因此Li + 从LiV 3 O 8 脱嵌的控制因素不是动力学，而是与温度相关的热力学，即反应的平衡常数。因为Li 1+ x V 3 O 8 的脱锂过程是放热反应，所以温度升高促进了平衡往脱锂方向移动。不同相之间的转变导致的不可逆容量应该是Li 1+ x V 3 O 8 循环过程中容量损失的主要原因。
Li 1+ x V 3 O 8 的电化学性能与其合成方法直接相关。例如液相方法合成的无定型LiV 3 O 8 ，1mol材料最多可以容纳9mol锂离子；而晶体的LiV 3 O 8 最多容纳6mol锂离子。此外，无定型LiV 3 O 8 中的锂离子扩散路径短，因此适合快速充放电，倍率性能优异。例如在3.7mA/cm 2 的电流密度下，充放电15次后，可逆容量保持在210mA·h/g。除了液相合成法，熔融法也可以制备Li 1+ x V 3 O 8 ，样品的电化学性能与热处理的温度和时间都有关。也可以将固相反应法和液相反应法相结合，合成的LiV 3 O 8 在小电流下（0.1mA/cm 2 ）、1.7～3.9V区间内起始放电容量可以达到300mA·h/g，在15次充放电过程之后，容量仍然保持在275mA·h/g。
采用喷雾干燥法或者水热法合成的LiVO 8 的电化学性能与后处理的温度有关。一般来讲，后处理温度越高，结晶性越高，最终产品的可逆容量越低。这可能是因为后处理温度影响了结构的结晶性，影响了锂离子活性位点以及锂离子的通道。
Li 1+ x V 3 O 8 的电化学性能可以通过改进合成方法进行提升，例如使用超声波处理，可以在层状的LiV 3 O 8 中引入无机小分子例如CO 2 、NH 3 和H 2 O等，还可以通过掺杂其他元素等进行提升。