锂-氧电池具有极高的理论比能量密度(3505 Wh kg^–1,基于产物Li₂O₂),可以满足未来长续航里程电动汽车的使用,因此被看作是下一代电池技术。然而,由于锂-氧电池产物Li₂O₂较差的导电性和溶解性,导致电池阴极的反应动力学受限、电池过电势较大、循环寿命短。因此,有必要设计、研究具有高催化活性、在超氧根环境下稳定的分层多孔结构阴极催化剂,进而提高锂-氧电池的充放电反应过程和氧气的传输动力学,提高其回程效率、增大初始放电容量并改善循环稳定性。本论文从提高非贵金属阴极催化剂的电化学性能入手,具体内容如下:（1）采用静电纺丝技术制备了多孔Ni Co₂O₄纳米管材料,所制备具有中空的内腔和多孔的外壁结构的多孔Ni Co₂O₄纳米管,并将其用作锂-氧电池非贵金属阴极催化剂。中空多孔的Ni Co₂O₄纳米管使锂-氧电池的初始放电容量有较大提高,在电流密度200 m A g_c^-1和充放电截止容量1000 m Ah g_c^-1,放电电压平台为2.4 V时,可以循环110圈。（2）采用溶剂热法在碳纳米纤维表面制备超薄Ni Co₂O₄纳米片,并将其作为一种稳定、非贵金属和自支撑的锂-氧电池阴极。其具有三维自支撑电极的分层多孔结构,可暴露更多的催化位点和强的电解液浸润能力。由于碳材料被包覆,该阴极材料在超氧根环境中有很好的稳定性,并可抑制副产物的产生。此外,超薄Ni Co₂O₄纳米片导致连续包覆和良好导电层的Li₂O₂形貌形成,有利于实现Li₂O₂的高效分解。电化学测试结果表明,该催化剂提高了锂-氧电池的电化学性能,在200 m A g_c^-1电流密度和充放电截止容量500 m Ah g_c^-1时,可循环220圈以上。（3）将稳定自支撑电极与硝酸根阴离子电解液结合,研究其对锂-氧电池电化学性能的影响。研究表明,Li NO₃可以有效降低电池的过电势,在放电比容量2000 m Ah g_c^-1时,过电势仅仅是0.5 V。初始放电比容量增大三倍,达到14000 m A g_c^-1。在200 m A g_c^-1电流密度和充放电截止容量1000 m Ah g_c^-1时,循环130圈以上。