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；制备的分子筛基多功能隔膜，可有效吸附电池运行中的水分、二氧化碳和副反应产物中间体(甲酸根、乙酸根、碳酸根)，可以同时解决金属锂负极的腐蚀难题和空气正极的钝化难题，大幅提高锂空气电池的循环寿命和安全性。