随着电网储能以及电动汽车等高性能储能设备需求的不断增长,大大推动了储能技术的进步。因此,开发成本低、环境友好、能量密度高的储能系统则显得至关重要。近年来,锂空气电池因其高的理论能量密度而备受关注(11,400 Wh kg-1),其能量密度远超锂离子电池。然而,以金属锂为负极的锂空气电池在实际应用时往往存在严重的安全隐患。通常,锂金属负极对液体电解质的高反应活性导致锂枝晶不受控制地生长,固体电解质间相（SEI）的反复形成以及产生相对无限的体积变化,最终导致循环性能和寿命很差,这严重阻碍了锂空气电池的实际应用。因此,为了有效地解决上述存在的问题,本文主要从三维亲锂基体结构的设计以及熔融锂灌注策略这两个方面出发从而达到保护锂负极的目的,并对高能量密度锂空气电池进行了相关探究,主要研究成果如下:（1）锂金属负极在重复的电镀/剥离过程中会出现不可控的枝晶生长以及体积变化问题,造成固态电解质间相（SEI）不断的形成/破裂,库仑效率低,容量衰减等问题。因此我们首先通过电化学聚合和碳化的方法,在碳布表面成功制备了N,P共掺杂的碳纳米纤维（NPC-CC）。其次,通过电沉积的方法对制备的NPC-CC进行Mn O2纳米片改性,并与熔融锂反应,首次制备了锂基锰包覆的NPC-CC（Li-Mn@NPC-CC）。并且,我们还应用实验和理论计算模拟阐明了Li-Mn@NPC-CC电极的亲锂机理:NPC和Mn基物种之间的协同作用显著促进了熔融锂与Mn O2@NPC-CC框架的反应速率,并有效提高Li-Mn@NPC-CC的亲锂性,通过诱导锂均匀沉积和生成稳定的SEI,抑制了循环过程中的锂枝晶的生长/粉化。此外,多孔/稳定的碳基质具有良好的导电性,不仅有效地缓解电极尺寸的变化,提高了热灌注和后续循环过程中的结构稳定性,而且提供了丰富的空间来存储锂,加速电池运行过程中的离子/电子转移。因此,基于Li-Mn@NPC-CC电极的对称电池具有长的循环寿命以及低的电压滞后。当Li-Mn@NPC-CC电极进一步与空气正极配对时,相应的全电池也比纯锂基电池表现出更为优异的循环性能。（2）通过研究发现,贵金属团簇可以有效地诱导锂的均匀沉积,从而解决锂负极所存在的一系列问题,实现长循环锂金属电极的潜力。因此,我们在碳布上成功制备了一种基于Au团簇的纳米粒子（CAu-CC）,并通过熔融锂灌注的策略,将其作为锂金属复合负极的3D储存基体（Li@CAu-CC）。由于CAu的亲锂性可以大大提高疏锂碳布的锂润湿性能,加快了熔融锂的注入速度。特别是CAu-CC碳基材料由于其亲锂性、三维框架结构以及良好的导电性,可在循环过程中均匀引导锂离子沉积和剥离,从而降低了锂枝晶的形成和体积变化。结果表明,Li@CAu-CC复合负极具有良好的电化学性能,低的过电位、长的使用寿命和高的库仑效率。当与空气或硬碳（HC）正极配对时,Li@CAu-CC基全电池展现出高的比容量、优异的循环稳定性和速率性能。（3）此外,由于锂空气电池的开放式结构,商用液态有机电解质容易导致严重的泄漏/挥发问题,也不能有效保护锂负极。因此,在泡沫镍（NF）上制备了金纳米颗粒包覆镍纳米片（Au/NNS-NF）,随后通过熔融锂热灌注的方法预存储锂,设计了一种基于锂的Au/NNS-NF（Li@Au/NNS-NF）的新型负极。将所得的Au/NNS-NF和Li@Au/NNS-NF分别作为准对称锂空气电池的正极和负极,以聚甲基丙烯酸甲酯基复合材料作为电解质。Au/NNS-NF正极的导电性和多孔结构不仅为放电产物的储存提供了足够的空间,促进了可逆正极反应中电子/离子和O2的转移,而且由于Au镀层的均匀包覆,也明显减少了锂空气电池中的副反应。另外,聚甲基丙烯酸甲酯基电解质具有0.89 m S cm-1高的离子电导率、良好的抗泄漏/稳定性和对负极良好的保护效果。结果表明,使用聚甲基丙烯酸甲酯基聚合物电解质的全对称Au/NNS-NF基锂空气电池在500 m A g-1条件下下显示出高的放电容量,可以实现超长的循环寿命（150次）和低电压极化（2 V）。更有趣的是,相应的全对称锂空气软包电池也展现出良好的电化学性能,并为一系列电子器件提供动力,这意味着它们具有潜在的应用前景。