一直以来高比能量，高比功率，安全稳定的化学电源体系是电池研究者孜孜不倦追求的目标。由于以金属锂作为负极的锂氧（空气）电池正极活性物质氧并不储存在电池中，可由外界空气持续提供。因此，与传统一次电池（锌锰电池）及二次电池（铅酸、镍氢、锂离子电池）相比，锂氧电池具有更高的理论能量密度，因而近年来引起越来越多研究者的关注。但作为一种有望实用化的新型电源体系，锂氧电池还有很多问题需要解决，如实际比能量较低，电极极化较大等，其中，氧电极是影响非水体系锂氧电池性能的最重要因素之一。因此，本文的研究目标是发展高性能的氧电极及探究氧在非水电解质溶液中的电还原机理，进而为最终制各出性能优异、绿色无污染的锂氧电池体系奠定基础。　　根据实验室现有条件自行设计了模拟Li-O2电池测试装置。利用XPS和TG-MS等技术手段对非水体系Li-O2电池的放电产物进行了研究。结果表明，在非水溶剂中，电池的放电产物并不溶于电解液中，而是沉积在氧电极的表面及空隙中，主要成份为ROCO2Li，RCOOLi及Li2CO3等，这些产物在氧电极表面的堆积，会阻碍氧气在氧电极/溶液界面的进一步还原，从而限制了电池的放电容量。因此，具有大的比表面积、孔隙率及合适的孔径大小的碳材料能够为放电产物提供更多的储存空间，可以提高电池的放电容量。氧电极制备过程中加入一定量的催化剂可以在一定程度上减小电池充电极化，提高电池的循环性能，利用共沉淀法制备的Co3O4/C复合氧电极，可以实现较高的放电比容量（0.2 mA cm-2电流密度下约为1100mAhg-1）和较好的可充性。　　采用循环伏安(CV)，旋转圆盘(RDE)及旋转环盘（RRDE）技术对氧气在非水体系中的电化学性能进行了详细研究。实验发现，电解质阳离子(如Li+，Na+，TBA+)对氧还原过程有很大的影响。以MeCN为溶剂、TBA+的盐溶液中，氧首先经历Le还原，该步骤主要受扩散控制，生成的TBAO2可溶解于电解液中，该过程具有很好的可逆性;此后，O2-会进一步发生还原生成O22-，该过程可逆性较差。而在含有Li+或Na+的电解液中，不管溶剂为何，过氧化物或氧化物为氧还原的主要产物，它们沉积在电极表面，覆盖了电极表面的活性位，阻止了氧的进一步还原，使得整个过程变得不可逆。其次，有机溶剂对氧的电化学还原有着不可忽视的影响。在TBAPF6/MeCN溶液中，氧还原可逆性好，生成的TBAO2稳定性好;环状碳酸酯类溶剂（如PC），容易与氧还原生成的O2-反应，从而导致氧还原过程的不可逆;而在CH3COCH3和DMSO溶剂中，氧气却表现出较好的电化学性能。　　尝试将氟化碳纳米管(CFx)应用于Li-O2电池中，制备出CFx/C复合氧电极，实现了较高的放电比容量。分析CFx复合电极的放电过程中包含两个电化学反应:氧还原和CFx转化反应，两者对电池总的容量均有贡献，因此，该电池体系的放电比容量远高于单纯以碳纳米管(CNTs)为阴极的Li-O2电池的比容量。尤其是CF0.31氧电极在较高电流密度100 mA g-1下放电，其比容量为676 mAh g-1，而CNTs氧电极的放电比容量仅为188 mAh g-1。CF0.84由于氟化度的提高，其放电比容量比CF0.31要高，但由于CF0.84的导电性较差，因此，该氟化材料的放电电压平台较低。XRD，Raman和BET等表征结果表明，氟化后的CFx相比未进行氟化的CNTs具有更高的比表面积和更多的缺陷，因此为氧还原提供了更多的催化活性位。尤其是在较高电流密度下放电，氧还原反应相比CF0.31转化反应极化增大更多，导致前者电位降低更多，因此氧还原反应过程几乎与CF0.31转化反应同时进行，而且两个反应之间存在一种“协同效应”，并使得氧还原产物在电极上的沉积比较疏松，这有利于氧在电极表面继续发生还原，同时CFx转化生成的碳也为氧还原提供了新的活性位，因而，CFx相比单纯的CNTs而言具有更好的电化学性能。