便携式电子产品的飞速发展，对电源的能量和功率密度的要求也随之增高。目前广泛使用的锂离子电池能量密度较低，已无法满足耗电量日益增加的各种电子设备的需求，也远低于电动汽车对动力电池能量密度的要求。锂/氧气二次电池具有能量密度高、环境友好、轻量便携、可逆性等优点，展现出良好的应用前景，成为最具潜力的电源体系之一。然而，锂/氧气二次电池在能量效率、倍率性能和循环寿命等方面还难以达到实际应用的要求。为了解决这些难题，各国研究者在电化学反应机理、双效催化剂、电解液和氧电极结构等方面开展了大量的研究探索工作，并取得了一定的进展。　　本论文聚焦于非水系锂/氧气二次电池的关键材料孔结构对电池倍率性能和循环性能的影响。通过优化电池隔膜的组成和孔结构，提高锂离子和氧气传输速率;通过筛选合适的非贵金属AB基复合氧化物作为双效催化剂，并优化催化剂的孔结构，提供更多的三相反应位点，减小锂/氧气电池的充放电过电位，提高充放电效率，改善电池的倍率性能和循环性能。论文主要工作包括以下几个部分:　　1.采用浸渍沉淀相转化法制备具有指状孔结构的PVDF-HFP膜，并通过等离子体处理等方法调控PVDF-HFP膜的孔结构。研究了采用PVDF-HFP膜的锂/氧气电池的性能，并优化了膜的开孔大小和厚度。PVDF-HFP膜的孔径大小和开孔率直接影响Li的传输，实验发现其开孔孔径越大越有利于Li+的跨膜传输，但是当孔径达到一定大小（≥1.48μm）之后已经足以满足Li+传输需求，从而对电池性能的影响明显减弱。PVDF-HFP膜的厚度与其吸含电解液的量呈正相关，且与Li+跨膜传输阻力也呈正相关，这两个因素的协同作用导致PVDF-HFP膜厚度与Li+传输能力的关系呈火山型曲线，存在最优值(≈110μm)。优化后的PVDF-HFP膜，离子电导率和锂离子迁移数均优于商业化的PP/PE/PP隔膜，证明了其优越的Li+传输能力，导致锂/氧气电池的倍率性得到明显提升。　　2.采用硬模板法制备了具有多级孔径和较高比表面积的三维有序介孔结构的NiCo2O4(3DOM NiCo2O4)。线性扫描伏安法测量证明3DOM NiCo2O4具有明显优于KB的氧还原及氧析出双效电催化活性。发现阴极中3DOM NiCo2O4的含量对锂/氧气电池性能有直接影响，优化后的阴极3DOM NiCo2O4含量为45wt.％。阴极含45wt.％3DOM NiCo2O4的锂/氧气电池倍率性能有所提高，大电流放电时容量保留率提高8～25％;循环性能也明显提高，限压测试时5圈循环后容量保持率为65.4％，而限容循环20圈后，电压仍达2.4V，远高于采用KB时的情况。　　3.通过调控模板的形成条件，成功制备出了不同孔径的三维有序介孔结构的新型NiFe2O4(3DOM NiFe2O4)催化剂，平均孔径在5.0～25.1 nm范围内可调、可控。通过线性扫面伏安法和电池性能测试，证明3DOM NiFe2O4具有明显优于KB的氧还原及氧析出双效电催化活性，可以有效降低锂/氧气电池充放电过电位。研究发现3DOM NiFe2O4的孔径和孔容对锂/氧气电池性能有直接影响，随着3DOM NiFe2O4孔径和孔容的增加，电池的放电比容量、倍率性能和循环性能均有所提高。最大孔径的3DOM NiFe2O4催化剂(孔径25.1nm)在0.1和1mA cm-2下的放电比容量分别达到5415和1904mAh g-1;限制充放电容量500mAh g-1时可循环100圈，远高于KB的30圈。对循环过程中不同阶段的氧电极进行XRD和SEM分析，发现充电过程中3DOM NiFe2O4可以较好的分解过氧化锂，但随着循环的进行仍有副产物或过氧化锂累积，导致了电池性能的衰减。　　4.实验采用溶胶-凝胶法结合静电纺丝技术制备了两种不同孔结构和形貌的MnNi2O4作为锂/氧气电池的双效催化剂。通过线性扫描伏安法测试，证明两种形貌的MnNi2O4纳米材料具有优于KB的氧还原及氧析出双效催化活性，且多孔纳米棒MnNi2O4材料由于其多孔结构和较大的比表面积和孔容而具有更高的电催化活性。含MnNi2O4催化剂的锂/氧气电池倍率性能和循环性能有所提高，且电池性能与催化剂材料的多孔结构有关，多孔纳米棒MnNi2O4催化剂具有更优的效果，限容1000 mAhg-1时可循环43圈。