锂氧气电池作为一种新兴的能量密度体系,具有较高的理论能量密度,是锂离子电池的十倍左右,已经能够和汽油相媲美。因此,近几年获得了很多的关注,许多研究者都致力于研究锂氧气电池,并推动其走向实际应用。在本文中,以锂氧气电池正极材料作为主要的研究课题。主要针对具有尖晶石结构的过渡金属氧化物方向,借助相关的技术手段,进行更加深入的探讨,包括电极材料的形貌、不同的电极结构优缺点、不同材料对电池性能的影响等。首先,制备了四种不同的过渡金属氧化物材料MCo2O4（M=Ni,Mg,Fe,Cu）,将其与碳材料（作为导电剂）以及粘结剂PVDF混合作为实际的电极材料。通过对比四种过渡金属氧化物的电池测试性能,分析并找出其中整体性能更佳的一个,进行深入研究。其次,尝试将CNTs（碳纳米管）直接与MCo2O4中的NiCo2O4进行复合,研究其性能。第三,对整体性能最好的MgCo₂O₄进行电极结构的升级,以此避免由于碳材料以及粘结剂所带来的副反应。采用长有石墨烯的泡沫镍作为基底,生长催化剂MgCo₂O₄。采用这种无粘结剂的三维结构作为电极,结合MgCo₂O₄优异的催化性能,测试电池性能。同时借助较多的表征手段,研究反应产物Li2O2在充放电过程中的产生与分解。第四,在MgCo₂O₄三维结构电极MgCo₂O₄@3D-G的基础上,加入贵金属催化剂Au,研究贵金属对电池各方面性能的影响。通过四个方向的持续改进,一方面,综合考虑四种过渡金属氧化物各方面的情况,包括其性能以及研究现状,寻找到了合适的过渡金属氧化物电极MgCo₂O₄;另一方面,对电极结构进行进一步的改进,采用三维电极并借助于石墨烯和贵金属Au的优异性能,使得电池的循环寿命以及过电势等性能,得到了逐步提升。MgCo₂O₄材料第一次应用于锂氧气电池便展现了优异的性能。MgCo₂O₄的研究,对于未来锂氧气电池的实际应用具有很好的指导作用。