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Li-02电池由于极高的能量密度而受到越来越多的关注。然而开发高能量密度、长循环寿命的Li-02电池仍面临众多挑战,比如循环性能和倍率性能不理想,极化严重,电解液挥发和分解,以及金属锂负极腐蚀等问题。如何选择正极催化剂和设计其结构以促进氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）,是提升Li-02电池性能的关键。本工作的主要目的是开发出高性能的催化剂,引导Li2O2可控生长和分解,从而降低过电位,提高循环稳定性和倍率性能。具体研究内容如下:（1）采用液固双向催化促进Li202的形成和分解。这部分工作中,固态/固定的Co3O4纳米线电极配合液态/可移动的Pd纳米晶,可以实现液/固双向催化（Pd/Co3O4）,促使放电产物Li202以薄层形式依附生长在Co3O4纳米线表面,有利于其在充电过程中的分解。同时,尽管Li2O2是采取表面生长模式,但由于正极催化剂独特的阵列型结构,也确保了 Li-O2电池具有高的放电比容量。深度充放电测试下,电池的首次放电比容量高达5337mAhg-1;限定容量500mAhg-1的测试下,电池可以稳定循环258次,表现出优异的电化学性能。这主要归因于:一、Pd纳米晶和Co304纳米线的液/固双向协同催化效应;二、正极催化剂理想的阵列型结构（不含导电碳和粘结剂）。通过一系统的电化学测试,微观结构表征及Zeta电位表征等手段,阐明了二者的协同催化机理。（2）通过超细的CeO2纳米颗粒修饰δ-Mn02纳米片,制备出二维石墨烯形貌的催化剂（CeO2/δ-MnO2）。以它为催化电极的Li-02电池表现出优异的电化学性能,表现在:非常高的放电比容量（电流密度100mAg-1时达8260mAhg-1）,出色的倍率性能（1600mAg-1的大电流密度下仍有735mAhg-1）,以及优异的循环稳定性（定容500 mAh g-1可稳定循环296次）,性能远优于单纯δ-MnO2催化的Li-O2电池。其如此出色的电化学性能可以归因于δ-MnO2和CeO2之间的高效协同催化效应,催化剂本身比较理想的石墨烯结构,以及放电产物Li202以松散的方式堆叠在电极表面。（3）制备了Pd纳米晶修饰的δ-Mn02,并研究了它们的协同催化机理。虽然贵金属,金属氧化物以及它们的复合物是Li-02电池中开展研究最多的催化剂,但目前尚不清楚二者在本质上的协同催化机理。在这部分研究中,将Pd纳米晶负载至二维δ-MnO2纳米片上,从而构造出一种复合纳米结构的催化剂,并将其用于Li-02电池中。以Pd/δ-Mn02为催化电极的Li-O2电池具有优异的电化学性能,表现在:极化程度低（在1600mAg-1的大电流密度下,充电和放电截止电压分别为4.2V和2.58V）,倍率性能好（在1600mAg-1的大电流密度下,首次放电容量有2400 mAh g-1）,以及循环寿命长（定容1000 mAh g-1和500 mAh g-1的测试条件下,分别可以稳定循环133次和247次）,这主要是得益于δ-Mn02和Pd之间的高效协同催化效应。密度泛函理论（DFT）计算的结果表明,δ-MnO2和Pd之间的电荷转移是二者进行协同催化的基础。当Pd纳米晶位于二维δ-Mn02片层的一侧时,非常有利于Li202在片层的另一侧形成和分解,同时也非常有利于在片层另一侧形成稳定的、电子导电性良好的Li02。这部分工作从本质上阐明了贵金属和金属氧化物之间协同催化机理,为设计高性能Li-02电池的催化剂提供了有效策略,尤其是二维结构的催化剂。此外,还研究了 Pd的晶体取向和形状对Pd/δ-Mn02催化性能的影响。虽然Pd（200）/δ-MnO2和Pd-NS/δ-Mn02都可以引导Li202以薄层状的形式在其表面依附生长,然而二者催化的Li-O2电池都具有较差的循环稳定性,这说明Pd的晶体取向和形状与其对ORR/OER过程的催化活性有着密切联系。（4）制备了准固态电解质,并将之用于固态锂氧电池。首先通过溶胶凝胶法在低温600℃合成纯相的固体电解质Li1.3A10.3Til.7（PO4）C（LATP）,颗粒大小在100nm左右,但会出现团聚现象。在此基础上,经表面活性剂CTAB、P123和F127改性后,得到纳米尺度的LATP电解质,颗粒具有清晰的轮廓。接着,分别采用放电等离子烧结（SPS）、热压烧结和无压烧结3种方式对LATP粉末进行致密化处理,并对比了三种烧结方式对离子电导率的影响。结果表明,SPS制备的片体致密度最高,具有最大的离子电导率（2.9×10-4 Scm-1）。但SPS和热压烧结都会引起渗碳现象,需要进一步高温除碳,这会影响到片体的致密度。而无压烧结的优点是可以避免渗碳的发生,但致密度提升有限。固体电解质LATP进行纳米化处理可以提升其离子电导率,这是因为颗粒之间更容易相互结合长大,致密度得到提升。此外,还研究了烧结温度和时间对离子电导率的影响。最后,将LATP制备成准固态电解质,它具有良好的柔韧性和优异的离子电导率,应用在Li-O2电池中,结果表明Pd/δ-Mn02催化的Li-02电池具有较好的循环稳定性。