锂空气电池因具有极高的能量密度成为科研人员研究的热点。但是锂空气电池在实际应用中仍面临着许多困境:绝缘性的放电产物导致较高的充电过电势,从而造成库伦效率的下降;电池反应中高反应性的单线态氧（~1O2）,易与电解液和电极材料发生副反应,导致电池性能衰减;空气中非氧气的成分造成锂空气电池发生复杂的反应,因而大多数锂空气电池都只能在纯O2环境下运行。本文从锂空气电池面临的实际问题出发,以阐明其副反应机理、提升电池的性能为目标,制备了高效的过渡金属氧化物催化剂,并探究了CO2气体对于锂空气电池的影响。实验中利用电子顺磁共振（EPR）技术,通过搭建原位/非原位电池测试系统监测了锂空气电池中~1O2的生成,为研究锂空气电池副反应机理以及材料设计提供了理论依据。取得了以下成果:1)通过操作简单的制备方法,成功合成了三种不同成分和形貌的过渡金属氧化物催化剂Co3O4、Ni Co2O4、NixCo3-xO4并应用于锂空气电池中。在对其电化学性能进行评估后,选择具有代表性的Co3O4催化剂深入研究,探究电池性能提升的原因。通过比较碳纳米管（CNT）阴极与Co3O4/CNT阴极电池的充放曲线、极片上放电产物的组成及相应的分解过程,我们发现催化剂Co3O4具有降低充电过电势以及抑制电池反应中活性氧物种中间体~1O2的作用,并且放电产物中的Li O2类物质对充电初期~1O2的形成起到关键作用。2)以碳纳米管为正极材料,通过调控O2/CO2比例,探索CO2的浓度对锂空气电池的影响。在实验中我们发现,少量CO2气体有助于提升电池的放电容量以及循环性能。借助Raman和SEM表征技术,明确了O2/CO2比例对产物形貌和组成的影响,且发现Li2CO3为所有Li-O2/CO2电池放电产物的主要成分。通过观察放电后锂阳极的变化和非原位EPR实验结果,我们认为锂阳极的稳定性的提升以及充电过程中~1O2的减少可能是Li-O2/CO2电池性能提高的原因。