锂空气电池作为一种新型的电池体系,由于其具有超高的理论能量密度而受到人们的广泛关注。然而锂空气电池的发展还处在初步研究阶段,一些关键科学和技术问题还需要解决。这些问题包括低的能量转换效率、不稳定的正极电极结构、负极锂片的腐蚀与粉化以及较低的实际应用能量密度等。上述所介绍的问题和锂空气电池电极的设计与合成的密不可分。基于以上这些问题分别在催化剂的合成、正极的设计、负极的修饰保护以及电池整体的结构设计等方面开展的一系列的工作,得到如下结果:利用水热-热处理方法合成了海胆状的Co₃O₄,当将其作为催化剂用于锂空气电池时表现出了良好的电化学性能。加入海胆状的Co₃O₄之后电池在充放电效率、电池的容量以及电池的循环等方面都有较大的提高。通过SEM和XRD技术对电池的放电产物Li2O₂进行测试发现,加入催化剂后生成的放电产物Li2O₂在尺寸上较不加催化剂的要小,结晶性也较不加催化剂的弱,小尺寸便于在充电过程中电子的传输,而低结晶性的Li2O₂也对电子和离子的传输有利,最终降低了电池的充电过电位。此外,加入的海胆状Co₃O₄对电极结构也进行了调控,利于反应物的传质,很好的提高了电池的循环稳定性。采用电沉积方法设计并合成了自支撑的Co₃O₄ NSs/CP空气正极。由于电极具有良好的催化性能、合理的孔道分布以及稳固的电极结构,直接将其用作锂空气电池正极时展示出一系列优良的电化学性能,包括容量、倍率和循环等方面有很大提升。在电流密度为100 m Ahg-1,截止电压限制在2.4 V时,电池放电容量达2159m Ah g-1,即使电流密度增大到500 m Ah g-1,也有542 m Ahg-1的比容量;在循环性能测试时发现,当电池限制容量500 m Ah g-1电流密度为100 m A g-1时,电池能稳定循环49圈。利用了一种简单的电化学方法在金属锂负极表面合成了一种含有Li F的保护膜,这种保护膜有效的抑制锂片负极的腐蚀与粉化,起到了很好的保护作用。当将其用于锂空气电池负极时,电池表现出了良好的循环稳定性。在容量限制在1000 m Ag-1,电流为300 m Ag-1时电池能稳定循环超过100圈。此外,通过SEM、XRD等手段对电极形貌和成分的演变进行了分析,发现经过预先的表面处理可以有效的抑制锂片腐蚀和粉化等问题。采用种子生长方法设计并合成了具有柔性的Ti O₂ NAs/CT电极,并将其直接用做锂空气电池电极。使用此电极的电池在过电位、容量、倍率以及循环等方面展示出了一系列优良电化学性能,尤其在电池循环稳定性方面有显著的提升,在限制容量为500m Ah g-1,在电流密度为100 m Ah g-1的情况下电池能稳定循环356圈。同时,利用Ti O₂NAs/CT电极具有柔性的特点组装了柔性电池,经过测试发现组装的柔性电池也具有良好的电化学稳定性。另外,发现电极失效后经过稀释的酸处理又可恢复到原始状态并能正常的使用,这使得电极的利用率也得到了极大的提高。