随着各种各类的便携式电子产品的广泛应用和混合型电动汽车的快速发展,商业化生产对于储能装置的储能要求越来越高。而现如今的锂离子电池由于受到正负极材料的影响,有限的能量密度已经无法满足商业的需求。锂空气电池由于具备极高的理论能量密度,且绿色环保,因而受到越来越多科研工作者的青睐。然而锂空气电池想要实现商业化,还需要解决许多问题,其中包括电池充放电过程中存在的过电位、循环性能差、倍率性能差、安全隐患等。因此,大量科研工作者试图通过研究锂空气电池的正负极材料及电解液来解决这些问题。目前主要研究从以下几方面展开:负极金属锂的保护,电解液的稳定性,正极基体材料的结构特点以及催化剂的使用等。本论文以非水系锂空气电池为研究对象,使用特殊结构的炭材料作为正极材料,通过XRD、SEM、TEM等测试手段对其进行测试表征,并运用蓝电充放电测试仪、电化学工作站研究电池的电化学性能。首先,分别采用碳纳米管(CNTs),石墨烯纳米片(GNSs)材料作为电池的正极材料。实验表明,GNSs无论在首次充放电性能,还是循环性能方面都表现出优于CTNs的优势。在电流密度为500mAg-1的条件下,GNSs电极材料的首次充放电比容量分别达到9114 mAh g-1,13184 mAh g-1。当限制充放电比容量为1000 mAh g-1时,采用恒流充放电模式,可稳定循环20次。在电流密度为200 mAg-1的条件下,GNSs电极材料的放电比容量可高达15638 mAhg-1,而当电流密度增加到1000 mAg-1时,放电比容量降低为8170 mAh g-1。随着电流密度的增加,放电比容量逐渐降低,放电平台也出现相同的趋势,过电位相应增加,极化现象加重。通过溶液法在石墨烯纳米片基体材料上负载金属钌,用作锂空气电池的正极材料(Ru/GNSs)。实验表明,相对于GNSs,Ru/GNSs复合材料作为锂空气电池的正极材料,性能得以改善。在电流密度为500 mA g-1时,首次充放电比容量分别为13136 mAh g-1和13578mAhg-1,充放电过程中的过电位降低了约0.35 V。当限制充放电比容量为1000mAhg-1,采用恒流充放电模式,可稳定循环30次。对比实验结果表明:负载金属钌催化剂明显的提高了氧化还原反应的催化活性,改善了电化学反应性能,提高了电池的循环性能。以尿素与甲醛为原料,通过沉淀聚合方法在酸性条件下,制备出脲醛树脂微球,对所制微球进行炭化、活化处理得到多孔炭微球材料,用于锂空气电池中。我们从不同脲醛比、不同固化剂浓度方面,探索其对所形成的微球形貌结构的影响。当脲醛比为1:0.8,固化剂浓度为0.5 M时,经炭化处理后,可制备得到由片层堆积的、球形度均一、颗粒尺寸约为10 um的炭微球。通过BET测试,其比表面积为498 m2 g-1,孔容为1.9 cm3 g-1。随后对此组炭微球进行活化处理,所得多孔炭微球的比表面积提高为827m2g-1。作为锂空气电池的正极材料,在电流密度为100mAg-1时,首次充放电比容量为2017 mAh g-1和2075 mAh g-1。在限制充放电比容量为500 mAh g-1,采用恒流充放电模式,可稳定循环15次。