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可充电锂空气电池具有高的理论能量密度,被认为是新型电动汽车领域里最有潜力的能量储存与转换系统。但是,该电池在实际运行中普遍存在充放电容量较低,循环性能较差等一系列的关键问题。最近,人们在改善电池的阴极空气电极性能方面做出了大量的工作。因此,本文重点研究了所制备的阴极催化剂载体材料及电解液材料在锂空气电池中的应用,目的是探究这些阴极材料的电化学性能,以及作为相关材料在该领域里应用的研究基础。本文主要研究了锂空气电池阴极催化剂载体的制备,以及电解液性质与电池性能的相关性。具体内容包括:（1）采用化学气相沉积法在导电碳纸的一侧表面上（带有浸渍催化剂种子的炭黑层）可控制备了碳纳米管阵列,形成有序碳纳米管阵列/炭黑层/碳纸基底一体化材料,并作为空气电极载体应用于锂空气电池。通过扫描电子显微镜表征了碳纳米管阵列的微观形貌等,确定了最佳制备工艺条件为:在反应温度范围为750–800℃,混合气线速度为1.40 cm s-1,二茂铁与二甲苯的摩尔比为1:50–1:30时,得到了长度为40–50μm和直径为30–40 nm的有序碳纳米管阵列。为了实现在炭黑层/碳纸基底上以一种可控的方式生长有序碳纳米管阵列,依据反应工程理论,我们提出了一种通过结合化学反应过程和质量传递过程的思路,进一步研究了有序碳纳米管阵列的生长机理。采用本文制备的有序碳纳米管阵列/炭黑层/碳纸基底一体化材料组装锂空气电池,在0.05macm-2电流密度下进行放电,得到了相对较高的首次放电容量[2930mahg-1（cnts）],远远超过其它碳微粒材料在锂空气电池的首次放电容量。（2）选择了三种结构相近的吡咯基离子液体,n-甲基-n-丙基吡咯双三氟甲基磺酸基酰亚胺（pyr13tfsi）、n-甲基-n-丁基吡咯双三氟甲基磺酸基酰亚胺（pyr14tfsi）和n-甲基-n-甲氧乙基吡咯双三氟甲基磺酸基酰亚胺[pyr1（2o1）tfsi]作为电解液应用于锂空气电池中。通过在不同锂盐浓度下测量了三种离子液体的离子电导率、氧气溶解度以及氧扩散系数等性质,并通过循环伏安法表征了这三种离子液体的氧电还原反应动力学。结果显示,pyr13tfsi和pyr1（2o1）tfsi的离子电导率和氧扩散系数明显高于pyr14tfsi的离子电导率和氧扩散系数;与pyr13tfsi和pyr1（2o1）tfsi相比,pyr14tfsi具有明显较高的氧气溶解度;在0.6molkg-1litfsi盐的存在下,pyr1（2o1）tfsi展示了最大的氧电还原反应活性,其次是pyr13tfsi,最后是pyr14tfsi。通过电化学交流阻抗和电池充放电测试了三种离子液体作为电解液的锂空气电池性能。在0.05macm-2电流密度下放电,pyr1（2o1）tfsi电解液电池的首次放电电压明显高于pyr13tfsi和pyr14tfsi电解液电池的首次放电电压;与pyr14tfsi电解液电池相比,pyr13tfsi和pyr1（2o1）tfsi电解液电池展示了较高的首次放电容量和较好的循环稳定性等。这些结果表明,电解液的氧扩散系数能够有效地促进空气电极内的氧电还原反应和氧气浓度分布,而具有较高氧扩散系数和较大氧气溶解度的电解液能够明显增强锂空气电池的充放电性能。（3）采用本文制备的纳米二氧化锰/有序碳纳米管阵列/炭黑层/碳纸基底复合材料直接作为阴极空气电极,选择离子液体PYR14TFSI和有机溶剂四乙二醇二甲醚（TEGDME）分别作为电解液应用到锂空气电池中。通过结合已研究的纳米二氧化锰/有序碳纳米管阵列/炭黑层/碳纸基底复合空气电极和PYR14TFSI电解液能够有效地提高锂空气电池的充放电性能。此外,通过循环伏安法、电化学交流阻抗和恒电流充放电分别测试了PYR14TFSI和TEGDME电解液锂空气电池的性能。结果显示,TEGDME电解液电池的氧电还原反应活性明显高于PYR14TFSI电解液电池;在0.05 mA cm-2电流密度下,PYR14TFSI电解液电池呈现出较大的首次放电容量和较高的平均库仑效率,而TEGDME具有明显较高的首次放电电压。结果表明,离子液体具有较高的电化学稳定性和较大的放电产物溶解度有利于提高锂空气电池的放电容量及循环稳定性,而有机电解液电池具有低的氧电还原反应过电位导致其较高的放电电压。