二次可充电有机体系锂-氧电池由于其极高的理论能量密度而受到广泛关注,是电动汽车的理想储能装置。然而,锂-氧电池的发展还正处于初期阶段,仍有诸多难题需要解决,其中,锂-氧电池阴极缓慢的动力学过程正是所需要面临的难题之一。这一问题涉及到两个基本反应,即氧还原反应与氧析出反应,为了解决这一难题,就必须对这两个反应的反应机理有一个清晰的认识。针对这一问题,本论文分别对锂-氧电池的氧还原过程和氧析出过程进行了细致的研究。首先,使用第一性原理方法,研究了不同浓度的氮掺杂石墨烯对氧分子还原的影响。结果表明:引入氮掺杂以后,石墨烯对氧分子的吸附能明显增强,氧-氧键的键长变长,表明氮掺杂石墨烯能够促进氧分子还原。电荷分析表明:掺杂的氮原子及吸附的氧分子均获得了来自碳原子的电荷,而且氮掺杂石墨烯能够使氧分子获得更多的电荷。通过对比不同浓度的氮掺杂石墨烯对氧分子的还原情况,发现氮掺杂浓度为3.13 at%时对氧分子还原效果最好。其次,通过第一性原理方法系统地研究了(Li202)nm+(n=1,m=0,1和n=2,m=0,1,2)小团簇分子的结构与电子性质,并计算了各种解离过程的反应能。体系结构的能量计算结果表明:(Li202)1的基态结构为低自旋态,而(Li2O2)2的基态结构为高自旋态。键长、分子轨道和态密度分析表明:氧-氧之间的相互作用在阳离子团簇中强于中性团簇,而锂-氧之间的相互作用在阳离子团簇中弱于中性团簇,这说明Li202阳离子团簇更容易分解。此外,反应能的计算结果表明:Li202单分子团簇更倾向于两步解离而不是一步解离。最后,预测了(Li202)2的解离反应路径:(Li2O2)2→Li2O2→(Li2O2)+→LiO2→O2。最后,通过第一性原理计算方法,从反应热力学和反应动力学的角度,细致地研究了中性分子及一价阳离子[(Li202)0,+]在本征石墨烯及硼掺杂石墨烯上的解离过程。结果表明:(Li202)0,+在本征石墨烯及硼掺杂石墨烯上更倾向于两步解离,超氧化锂为解离的中间产物;掺硼石墨烯对(Li202)0,+的解离具有更强的催化作用,而且,(Li202)+比(Li202)0更容易解离;(Li202+)G体系的速率决定步是氧析出过程,(Li2020)G、(Li2020)BG和(Li202+)BG体系的速率决定步是去锂过程。