便携电子设备的飞速发展,需要电源的功率和能量密度也随之快速增长。锂离子电池由于其较高的能量密度可能满足以上要求,但是电极材料的嵌入化学行为和锂离子在其中较慢的扩散速率限制了其功率和能量密度,因此难以满足EV的要求。近几年来金属空气电池,特别是锂空气电池由于其超高的比能量引起了广泛的关注,而且有大规模应用的潜能,其能量密度达到11140Whkg-1,是常规锂离子电池的十倍,与汽油相当。锂/空气电池的放电原理是基于金属锂与氧气的反应。在有机电解液体系中,负极金属锂失去电子形成锂离子并扩散到电解液中,同时氧气得到电子与锂离子结合形成不溶于有机电解液的锂氧化物,沉积在空气电极表面。总的来说对于锂/空气电池的研究还处在初级阶段。所以在这篇论文中我们主要研究以下几个方面：氧还原催化剂,空气电极的优化及电解液分解机理。1.氧还原催化剂采用软化学的方法(表面活性剂辅助溶胶凝胶法)合成了钙钛矿型催化剂La0.8Sr0.2MnO3,作为氧还原催化剂,并与高温固相法合成的催化剂作比较,研究了它们催化氧气还原反应的性能。发现采用软化学方法合成的钙钛矿型催化剂La0.8Sr0.2MnO3,颗粒更小为100nm左右,分散更均匀无团聚烧结现象,而且具有更高的比表面达32m2g-1,催化活性明显高于高温固相法合成的,表现出氧还原时有更大的还原电流,放电时有较高的放电平台,催化的电池有更高的比容量。通过比较得出结论,高比表面的催化剂具有更高的氧还原催化活性,能降低氧气还原反应过程中的极化,提高锂空气电池的性能。大比表面的催化剂具有较高的催化活性,合成不同晶型和比表面的Mn02催化剂,通过比较研究晶型及比表面对电催化活性的影响,推测出该系列氧化物的催化活性中心,及导致催化性能降低可能的原因。不同晶型催化剂催化的锂/空气电化学性能差异很大。其中α-MnO2催化的锂/空气具有较高的首圈放电比容量和较好的循环性能,而β-MnO2,γ-MnO2和γ-MnOOH催化的锂/空气的放电容量小很多,而且容量循环衰减很快。虽然它们比表面差异很小。但是表现出来的性能截然不同,这是由于催化剂本身的晶体结构导致。研究证实高比表面的催化剂有利于氧还原反应进行,经过优化的大比表面的毛线团状γ-MnO2作为催化剂时,电池最高放电容量为2720mAhg-1,是常规毛线团γ-MnO2的两倍,而且电池经过5圈循环后仍然维持在2350mAh g-1,是常规γ-MnO2的4倍。再次证明了高比表面的催化剂对电池的性能影响很大。电池放电容量和循环寿命的提高取决于MnO2催化剂在反应中的催化活性。在充放电反应中,该催化活性取决于催化剂的比表面和催化剂的晶体结构(MnO2表面的晶格通道结构：1×1型,1×2型,2×2型),催化剂表面活性位点越多,则活性越高,结果是不同催化剂催化的电池具有不同的性能,1×1型的孔道结构比2×2型的容易被放电产物阻塞,导致催化活性降低,结果电池在循环过程中具有不同的性能。2.防水空气电极的研究空气中的水蒸气很容易渗透到电解液中进而腐蚀金属锂,造成电池电化学性能下降,甚至安全问题。锂/空气电池利用空气中的氧气,必须在敞开的空气气氛工作,所以防水至关重要。采用交流阻抗法及电池放电后分析,对电池的空气电极进行防水性能的研究。比较发现单层的空气电极在高湿度的条件下,电池放电比容量比较低,阻抗也增加较快,对放电后的锂片进行分析,发现锂片被严重腐蚀,甚至还有与空气的反应物沉积在表面；而优化的空气电极能有较高的比容量,放电过程中,能提供稳定的界面阻抗,对放电后的锂片进行分析,几乎没有被腐蚀的现象。原因是优化的空气电极是多层复合结构,有三维孔道结构,既能保证氧气顺畅的扩散,又能获得大的倍率性能。引入的防水层聚苯胺薄膜,经过掺杂后具有较高的导电率,能起到阻水作用,通过链段的运动传导锂离子,从而达到阻水传递锂离子的目的。在敞开环境中,高的湿度的条件下(RH>20%)测试,其保持了稳定的界面阻抗,电池极化增加较慢,具有较高的放电比容量达到3241mAh g-1,放电后,金属锂片仍然保持很好地状态,几乎没有被腐蚀的迹象。在敞开气氛中,高导电的聚苯胺薄膜作为防水层的优化的空气电极,能起到很好地阻水效果,并且能有很好的电化学性能。