锂空气电池在高比能量密度方面具有巨大优势，成为电动汽车动力电池的有力候选。但由于能量转换效率偏低、循环寿命短、倍率性能差等问题，阻碍了它的发展与应用。锂空气电池的工作核心是放电产物在空气正极表面的成核、长大和分解，如何实现、促进放电产物的生成与可逆分解的持续发生是核心科学问题。调控放电产物的形态是改善电池能量效率、循环和倍率等性能的有效途径，对提高锂空气电池性能有重要意义。本论文针对有机电解液体系锂空气电池存在的问题，从调控放电产物形态的角度出发，选取性能优异的垂直碳纳米管作为空气正极，基于电极界面修饰与气氛调控开展基础研究。主要取得了以下研究结果:　　(1)运用氩离子轰击对碳管进行改性，在碳管表面制造缺陷。分别在TEGDME醚类和PP13TFSI离子液体等电解液体系中研究原始和缺陷碳管的产物演变和电化学性能差异。结果表明，碳管表面缺陷可以增加Li2O2成核位，并减小Li2O2尺寸，从而减小锂空气电池的过电势、增大放电比容量。在TEGDME基电解液体系中，碳管表面缺陷会促进副产物的生成和碳管表面的钝化，降低了锂空气电池的循环性能。与之相反，在较稳定的PP13TFSI基电解液体系中，由于体系副产物的生成减少，让缺陷发挥出优势，因而碳管表面缺陷在PP13TFSI基电解液体系中能提高锂空气电池的循环性能。　　(2)从Li2O2的动力学过程出发，研究了Li2O2的预成核以及氧气压力对电池性能的影响。氧气压力越高，放电过程正极反应势垒越小。且高氧压下氧气传输也加快，有利于LiO2的大量生成，可以提高电池的放电比容量。但是高的氧压不利于充电过程中放电产物的分解，导致充电过电势增加。研究还发现，通过小电流预成核，正极碳管表面可以均匀地长出小尺寸的籽晶。这一方法可以提高电池的放电容量、减小过电势、提高能量转换效率。　　(3)分别从电池性能、电解液变化、正极反应以及负极变化等四方面研究了大气气氛的影响。TEGDME基电解液体系的锂空气电池可以在大气气氛下稳定地工作，放电比容量高达7000mAh g-1左右，限容500mAh g-1可以循环50圈。电池完全放电时，碳管表面有大量算盘珠状的Li2O2颗粒生成，随后会与大气中的H2O和CO2反应生成LiOH和Li2CO3。这些产物在正极表面的累积是导致电池失效的主要原因。负极金属锂与电解液中的水分发生反应，多次循环后变成了白色粉化的LiOH块体，导致电池失效。通过在负极金属锂表面涂覆一层聚合物膜对负极进行保护可缓解这一问题。　　(4)采用电子束物理气相沉积的方法在垂直碳纳米管上制备了RuO2包覆层，研究了RuO2对大气气氛下工作的有机电解液体系锂空气电池的影响。结果表明，在垂直碳管表面均匀包覆的结晶性好、均匀分布的纯RuO2对锂空气电池放电过程并无明显促进作用。而由于RuO2在锂空气电池的充电过程中能促进碳酸盐的分解，不仅明显降低了电池的充电过电势，提高了能量转换效率，还延长了电池的循环寿命。