随着社会经济的快速发展,许多便携式电子产品已经走进人们的日常生活,电动汽车必将成为主流的交通工具,这就对储能系统提出了更高的要求。锂空气电池因其拥有超高的理论容量,很可能成为下一代主流的储能系统,因此受到了世界范围内的广泛关注。但是,锂空气电池仍处于发展的初级阶段,一些关键的问题还需要进行深入的研究与解决。目前问题主要集中在如何提高正极的能量转化效率与循环寿命,如何对金属锂的腐蚀进行有效的保护以及如何进行合理的器件设计使之真正的投入到实际应用等。针对上述问题,本论文围绕正极结构设计、金属锂保护与器件设计开展了如下工作:受金蟾产卵以及卵的形状与结构的启发,设计了一种不需粘结剂、轻质的大孔活性碳纤维(MACF)电极,通过简单的静电纺丝技术与模板法相结合,成功模拟了金蟾产卵过程制备了具有高电子电导、廉价、具有优异机械稳定性、热稳定性和优异物质运输、吸附能力的多孔碳纤维电极,并且这种电极负载二氧化钌(R-MACF)之后应用于锂空电池中,表现出极高比容量、好的循环稳定性和优秀倍率性能。这种集众优点于一身的多孔碳纤维电极有望拓展到其他能量储存及转换设备。利用磁控溅射技术在金属锂保护方面进行了前期的探索,提出了在金属锂表面原位分别沉积金属铝与锂磷氧氮化物(LiPON)层两种方案。利用磁控溅射这种沉积方法,可以在金属锂的表面得到高质量的保护层。这两种保护层均起到很好的保护作用,极大的缓解了金属锂的腐蚀。这两种保护层在锂空气电池中是相对稳定的,不会破坏正常的锂空气电池的电化学反应。未来金属锂保护的工作可以围绕这种方法与这两种材料深入地开展。设计并制作了一种高安全柔性线状锂空气电池。该电池利用中部通气的结构,并且配有独特设计的耐高温防水的聚酰亚胺与聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)复合隔膜。这种隔膜具有很好的防水性,极好的热稳定性与离子导电性。所组装的高安全性柔性线状的锂空气电池展现出了极好的防水与防火能力,可以有效的避免液态电解液的泄露,有很好的柔性与形变时的结构稳定性,并且可以持续地在水下工作。这种电池具有长循环寿命、大容量与良好的倍率性能的特点。