锂空气电池是继锂离子电池之后的一种全新的高比能电池体系,其理论能量密度是锂离子电池的10倍以上。它的研发成功将是能源史上的一次重大突破。然而,受限于空气正极反应动力学和传质动力学慢、电解质和负极稳定性差、电极钝化等问题,锂空气电池潜在优势难以发挥,能量转换效率、倍率性能、循环寿命等均亟待提升。针对这些问题,我们设计与合成了系列碳修饰正极和碳替代正极,有效提高了正极的电化学稳定性,进而提高了锂空气电池的比容量和循环寿命;制备的钙钛矿催化剂材料,有效降低了锂-空气电池充/放电过电位,进一步大幅提高了锂空气电池的能量转化效率和倍率性能;制备的锂化全氟磺酸聚合物膜保护的金属锂负极材料,可有效隔绝空气中的氧气、水分等物质对负极的腐蚀,同时可以抑制金属锂枝晶的生长,大幅提高锂空气电池的循环寿命和安全性。