全球范圍內(nèi)已積極開展了提高鋰電池的能量密度和電極材料的穩(wěn)定性的研究，尋找比能量更高、更便宜的正極材料一直是鋰電池發(fā)展的方向。但是，鋰電池中的正極材料局限了鋰電池的貯能性能。目前大部分正極材料的電化學(xué)容量只有200 mAh/g左右，比如成功商業(yè)化的鋰離子電池正極材料LiCoO2的電化學(xué)容量只有大約140 mAh/g。另外，鋰離子在金屬正極材料的擴散系數(shù)較低，也限制了鋰電池的能量輸出。

在所有的電池負極材料中金屬鋰具有最低的密度，最高的理論電壓，最好的電子電導(dǎo)，同時其電化學(xué)容量達3860 mAh/g，所以近十幾年來以金屬鋰為基礎(chǔ)的電池主導(dǎo)了高性能電池的發(fā)展。水系電解質(zhì)鋰 空氣電池很早就有人研究，電池放電反應(yīng)方程為：4Li + O2 + 2H2O → 4LiOH（E? =3.35V），放電過程中，金屬鋰、水和氧氣被消耗產(chǎn)生LiOH，由于金屬表面生成了一層保護膜而阻礙了腐蝕反應(yīng)的快速發(fā)生。但是在開路狀態(tài)下和低功率 狀態(tài)下，金屬鋰的自放電率相當高，伴隨著鋰的腐蝕反應(yīng): Li + H2O → LiOH + 1/2H2，該反應(yīng)的發(fā)生降低了電池負極的庫侖效率，同時也帶來了安全上的問題。綜合考慮到實用性、成本和安全性，水系鋰空氣電池非金屬空氣電池的首選。

有機系鋰/空氣電池在當前諸多的電池體系中具有最高的能量密度，排除氧氣后的能量密度達到驚人的11140 Wh/kg，高出現(xiàn)有電池體系1-2個數(shù)量級。本文綜述了新型有機系鋰空氣（氧氣）電池的研究進展，并對發(fā)展趨勢和存在的關(guān)鍵進行了分析和展望。

1 鋰空氣電池的反應(yīng)機理

我們現(xiàn)在說的鋰/空氣電池通常是指有機系電解液鋰空氣電池(下面我們提到的鋰空氣電池都是這種有機系列的)，這是近幾年剛剛發(fā)展起來的新型電源體系，目前在國內(nèi)外從事鋰/空氣電池研究的很少。1996年，K. M. Abraham等人在 J. Electrochem. Soc.上首次報道了有機系列電解液鋰/空氣電池[1]。有別于常規(guī)的鋁/空氣電池和鋅/空氣電池的水系電解液電池體系，鋰/空氣電池是一種全新的金屬/空氣電池。相對于使用水系和類水系電解液的傳統(tǒng)空氣電池而言，使用有機系列電解液或全固態(tài)電解質(zhì)可以獲得更高的額定電壓（理論值是2.9-3.1 V），同時鋰/空氣電池的能量密度也遠高于其他金屬/空氣電池，它的工作原理是基于以下兩個反應(yīng)：

                                                  圖1 鋰空氣電池工作原理示意圖

如圖1所示，首先，氧氣在多孔空氣電極表面還原成O2-或O22-，接著與電解液中的Li+結(jié)合生產(chǎn)產(chǎn)物L(fēng)i2O2或Li2O。由于過氧化鋰和氧化鋰均不溶解在有機電解液中，因此放電產(chǎn)物只能在有氧負離子或過氧負離子的空氣電極上沉積，在陽極過量的情況下，放電的終止是由于放電產(chǎn)物堵塞空氣電極孔道所致。