武 巍，田艳艳，高 军，杨 勇

(厦门大学化学化工学院固体表面物理化学国家重点实验室，福建 厦门 361005)

1 前言

1.1 锂空气电池简介

锂空气电池的概念最早是由Lockheed的研究人员在1976年提出[1]，它是将金属锂作为负极，空气(或氧气)作为正极，以及碱性水溶液作为电解液组成的一种金属-空气电池。这种锂空气电池放电时，来自大气中的氧气在空气电极(正极)表面还原，形成氧化物或氢氧化物，电池电压为2.21 V。电池反应为：

正极 O2+2 H2O+4 e→4 OH－

负极 Li-e→Li+

电池总反应4 Li+O2+2 H2O→4 LiOH

这种电池存在锂负极在水性电解液中发生反应的问题。而后在1996年，由Abraham和Jiang提出了一种基于聚合物电解质/有机电解液体系的锂空气电池[2]，由于聚合物电解质可延缓水在电解质的传输，可部分解决负极锂腐蚀的问题。它是以锂作为负极，多孔碳电极作为正极，聚合物电解质膜作为隔膜和离子传输中介(即电解质)。电池开路电压在3 V左右，其放电电压在2.0～2.8 V。该电池反应为：

正极 1/2 O2+2 e→ O2－或 O2+2 e→O22－

负极 Li-e→Li+

电池总反应4 Li+O2→2 Li2O或2 Li+O2→Li2O2

从那以后，应用聚合物电解质或有机电解液的锂空气电池才受到较多的重视。

在所有金属中，锂的原子量最小，密度最低并且电负性最大，它非常容易失去电子形成阳离子，因此以锂及其化合物为负极材料的化学电源具有较高的比容量和电压[3]。在锂空气电池中，氧气不需要储存在电池体系中而是由空气中扩散到空气电极(正极)表面并发生还原，因此它在所有的化学电源中就具有最高的理论比能量。如果仅以负极锂的质量计算，它的理论比能量是11140 Wh/kg(比容量是3862 mAh/g Li[4])；……