锂空气电池具有超大的理论比容量(3860mAh.g^-1)和理论比能量(11400Wh.kg^-1)，大大超过任一种化学电源，是一种环境友好的新型电池。近年来，科研人员对锂空气电池的电解质材料和正极催化剂材料的研究取得了一定进展。一些研究表明，正极催化剂材料的多孔性对于氧气在电池内部的扩散能力具有很大影响，而氧气的扩散能力直接影响着电池的电化学性能，但对于正极材料的微观结构（比表面积、孔容、孔径）与电池性能（充放电性能、倍率性能、循环性能）之间的具体关系尚未展开研究。基于此，本文研究重点集中于合成具有较好催化性能的正极多孔催化剂材料，同时针对催化剂材料的微观结构对其电池性能的影响进行了研究。在本论文中，首先采用了在碳纳米管表面原位合成的方法制备了NiO/MWNTs材料和Co₃O₄/MWNTs材料，并且与纯MWNTs材料在结构和性能上进行对比得出：NiO/MWNTs的V最小（1.05V），而纯MWNTs的V最大（1.50V）， V越小，催化性能越好。材料的催化性能与其本身性质和比表面积有关，比表面积越大，催化性能越好，NiO/MWNTs比表面积为177.08m2·g^-1，而纯MWNTs的比表面积为97.86m2·g^-1；Co₃O₄/MWNTs的孔容最大(0.63cm³·g^-1)，放电容量最大(2682mAh·g^-1)，MWNTs的孔容最小(0.40cm³·g^-1)，放电容量最小(2054mAh·g^-1)；Co₃O₄/MWNTs的BJH平均孔径为10.46nm，在0.05C充放电条件下充放电容量分别为1092mAh·g^-1和1163mAh·g^-1，循环12圈后，充放电过程的容量保持率分别为12.1%和14.5%，NiO/MWNTs的BJH平均孔径为7.68nm，在0.05C充放电条件下充放电容量分别为736mAh·g^-1和878mAh·g^-1，循环10圈后，充放电过程的容量保持率分别为4.5%和5.5%，且Co₃O₄/MWNTs的大电流充放电性能优于NiO/MWNTs，在0.2C充放电条件下，充放电容量分别为292mAh·g^-1和340mAh·g^-1。为此，对材料的微观结构与其电化学性能之间的关系提出了一个观点：比表面积较大的材料对电极反应具有较高的催化性能，孔容较大的材料具有较高的充放电容量，而孔径较大的材料则具有较好的循环性能和大电流充放电性能。为进一步证实上述观点，分别采用化学沉积的方法法制备了具有20.51nm的BJH平均孔径且外层孔的孔径为100²00nm大孔结构的Co₃O₄材料，以及采用在泡沫镍网表面原位电沉积的方法制备了具有27.88nm的BJH平均孔径且外层孔的孔径为200³00nm大孔结构的Co₃O₄/Ni材料。在0.05C的的充放电条件下，Co₃O₄具有1491mAh·g^-1的充电容量和1598mAh·g^-1的放电容量，循环15圈以后，充放电过程的容量分别为459mAh·g^-1和565mAh·g^-1，容量保持率分别为30.8%和35.4%，在0.2C充放电条件下，充放电容量分别为399mAh·g^-1和409mAh·g^-1，性能较Co₃O₄/MWNTs有显著提高；而Co₃O₄/Ni的性能更加优异，在0.05C的的充放电条件下，具有1793mAh·g^-1的充电容量和1917mAh·g^-1的放电容量，循环20圈之后，充放电容量分别为630mAh·g^-1和650mAh·g^-1，容量保持率分别为35.1%和33.9%，在0.2C充放电条件下，充放电容量分别为565mAh·g^-1和601mAh·g^-1。通过对比几种材料的结构和电化学性能，验证了之前提出的观点：比表面积较大的材料对电极反应具有较高的催化性能，孔容较大的材料具有较高的充放电容量，而孔径较大的材料则具有较好的循环性能和大电流充放电性能。