锰基氧化物具有多种晶体学结构、储量丰富、价格低廉,在能量存储和转换领域有着广泛的应用,而锰基氧化物复合材料的发展拓展了锰基氧化物在能量存储和转换方面的应用。本文针对储能器件高能量密度的需求,探索了锰基氧化物复合材料的制备工艺,并根据结构、成分,研究了其在锂离子电池和锂空电池中的应用,主要的研究内容和结果如下：采用简单的球磨结合高温烧结工艺,制备出镍锰酸锂单晶颗粒,并研究了其电化学性能。研究表明,所得尖晶石镍锰酸锂为无序结构的LiNi0.5Mn1.5O4-δ,颗粒尺寸为亚微米级。以金属锂为负极的半电池测试表明,20 C倍率下,放电容量仍达106 mAh g-1,1C倍率下,循环1400次后,放电容量可保持在80 mAh g-1左右,显示出优异的表倍率性能和循环稳定性。以MCMB为负极全电池测试表明,其工作电压可达4.5V左右,并且具有较好的循环稳定性。LiNi0.5Mn1.5O4电极优异的电化学性能归结为亚微米级尺寸、适当的Mn3+含量和颗粒表面形成的保护膜三者的共同作用。以β-MnO2单晶纳米管为模板,制备出管状结构的LiNi0.5Mn1.5O4高电压材料禾口0.5Li2MnO3·0.5LiNi0.5Mn0.5O2富锂材料,并研究了其电化学充放电性能。研究表明,LiNi0.5Mn1.5O4和0.5Li2MnO3·0.5LiNi0.5Mn0.5O2均能保持β-MnO2模板的管状结构。在10 C电流下,管状LiNi0.5Mn1.5O4的容量仍保持在99 mAh g-1,5C下循环550次,容量保持率75%,表现出良好的倍率性能和循环稳定性。700℃下制备的管状0.5Li2MnO3·0.5LiNi0.5Mn0.5O2在20 mA g-1电流下首次充电和放电容量306和238 mAhg-1,显示出较高的容量。高电压LiNi0.5Mn1.5O4和高容量0.5Li2MnO3·0.5LiNi0.5Mn0.5O2在高能量密度锂离子电池中具有潜在的应用。采用液相法在镍基体上制备了RuO2/MnO2催化剂,并研究其对锂氧电池电催化性能。研究发现,当定容1000 mAh g-1下,电流密度高达3200mAg-1(～1.3 mA cm-2)时,在LiI的辅助催化下,再用RuO2/MnO2为催化电极的锂氧电池可稳定循环170次,并且充电截至电压约为4 V。当定容为500 mAh g-1时,电池可稳定循环800次,充电截至电压低于3.8 V。研究表明,在高倍率下,RuO2可以引导Li2O2依附δ-Mn02纳米片表面生长,并呈薄膜状。在充电过程中,薄膜状的Li2O2在RuO2/MnO2和LiI催化下很容易分解,可减缓极化,提高大电流循环稳定性。通过三明治结构G/Au-NP/Au-NS催化剂催化机理的研究,解释了贵金属纳米颗粒对Li2O2生长的作用机制,为设计高效催化电极提供了新思路。采用液相法制备了Au/MnO2催化剂,并研究了该催化剂在不同气氛中的催化性能研究。在锂氧电池的实际使用中,空气中其他成分(主要是C02和H20)对电池性能将产生一定影响。为此,使用高效的Au/δ-MnO2作为催化剂,研究了电池在空气、密闭空气、模拟空气和纯氧四种不同测试气氛下的电化学性能。结果表明,相对于CO2, H2O对电池性能产生更大的负面效应。在排除了水分的模拟空气中测试时,当电流为400mAg-1时,电池在可稳定循环200次,并表现出较小的极化,与纯氧中结果相近,说明微量C02对于锂空气电池基本无影响。同时,还提出了一种解决方案,即在空气极表面加装疏水保护膜,以减少水的影响,这为设计实用化锂空电池提供了指导意义。