随着新能源电动汽车的兴起,人们对二次电池能量密度的需求越来越高,而锂氧气电池由于具有极高的理论能量密度受到越来越多的关注。但是锂氧气电池体系中也存在着两个主要的挑战,即体系过电位高和副反应多。这两方面又会相互影响,导致锂氧气电池较差的电化学性能,如能量效率低、循环性能差、实际容量低和倍率性能差等。因此,为了提高锂氧气电池的性能,研究和开发出高效的新型催化剂显得尤为重要。本文从当前锂氧气电池体系面临的关键问题出发,开发探索出了几种高效的固/液相催化剂,并对其进行了系统的研究,取得了以下几方面的结果:1、通过在多孔碳箔上原位生长纳米球状硫化镍(NiS)制备出锂氧气电池的氧电极。通过电化学性能测试表明其能有效地提高锂氧气电池的电化学性能。在电流密度为0.05 mA/cm2且截止容量为1 mAh/cm2时,NiS可使电池的过电位由1.28 V降到0.61 V,电池的容量由7.47 mAh/cm2提升到8.49 mAh/cm2;在电流密度为0.1 mA/cm2且截止容量为0.5 mAh/cm2时,电池的循环圈数由23圈提升至52圈。2、引入亚碘酰苯(PhIO)作为锂氧气电池液相催化剂。通过电化学性能测试证明PhIO能有效地提高锂氧气电池的电化学性能。在电流密度为100 mA/g且截止容量为1000 mAh/g时,加入PhIO后电池的首圈充电过电位降低了460 mV,且电池的循环圈数由7圈提升到了 42圈。通过探究催化机理,我们发现PhIO能促进电池体系中的Li02快速转变为Li202,从而限制了电池在充放电过程中与超氧化物相关的副反应的产生,有助于提升电池的电化学性能。3、引入四苯基环戊二烯酮(TPCP)作为锂氧气电池液相氧化还原电对(Redox mediators,简称RM)。通过电化学性能测试,我们发现TPCP能有效地提高电池的放电容量和倍率性能。通过探究催化机理,我们知道TPCP以氧化还原中间体的方式参与了电池的放电过程,通过促进放电产物的溶液相生长过程提高了电池的放电深度,从而实现了高容量高倍率的锂氧气电池。