锂氧气电池由于超高的理论能量密度而成为研究热点,但由于其开放体系使其存在电解液泄漏、挥发、易燃等安全问题。采用聚合物电解质取代有机电解液构建固态锂氧气电池可部分解决上述问题。然而在“锂片/聚合物电解质/氧气电极”的三明治结构中,“电极/固态电解质”界面的高阻抗进一步地增大动力学本已非常缓慢的锂氧气电池的充放电极化。因此,本论文制备了一系列高性能阵列化的电极材料和高稳定性的凝胶聚合物电解质（GPE）,创新地提出了一种阵列化电极与GPE的一体化结构的构筑策略。该一体化结构构造了空间立体化分布的电极/电解质界面,提供了大量的反应活性位点,提高了催化剂的利用率,从而实现了固态锂氧气电池更高的容量和较低的极化。论文的主要研究内容和结论如下:（1）采用电沉积法和后续热处理过程在碳布（CC）上制备了Co₃O₄/CC、MnO₂/CC、MnO₂-Co₃O₄/CC纳米片阵列电极,采用XRD、SEM、TEM、XPS研究了纳米片阵列电极的形貌和组成。性能研究表明,作为锂氧气电池中的氧气电极,Co₃O₄/CC具有良好的氧析出反应（OER）催化活性。MnO₂/CC具有良好的氧还原反应（OER）催化活性。复合MnO₂-Co₃O₄/CC结合了各组分的特性,表现出ORR和OER双功能催化活性。阵列电极的多孔结构不仅为氧气扩散提供了通道,而且为双功能催化剂的构筑提供了理想的结构基础。（2）采用Co₃O₄/CC纳米片阵列作为模板,多巴胺作为碳源,制备了三维多孔碳电极C/CC。采用XRD、SEM、XPS研究了纳米片阵列电极的形貌和组成。负载Ru催化剂后,C@Ru/CC表现出3⁴ mAh?cm^-2的超高放电容量和优异的循环性能(截止容量0.25 mAh?cm^-2时循环63圈)。（3）将聚合物前体引入阵列化电极（Co₃O₄/CC,MnO₂-Co₃O₄/CC,C@Ru/CC）,采用紫外光引发聚合反应构建“阵列电极-GPE”一体化结构。与“锂片/聚合物电解质/氧气电极”的三明治结构比较,一体化结构的聚合物锂氧气电池展现了更高的放电容量、更优异的循环性能和倍率性能。光学和SEM照片研究表明,一体化结构构造了大量空间立体化分布的电极/电解质界面,提供了大量的反应活性位,从而降低了界面阻抗。该工作对“固态电解质/催化电极”界面动力学研究和全固态锂氧气电池的结构设计具有重要的意义。