凭借其高理论能量密度、环境友好性和成本低廉等优势，锂-空气电池有望替代传统锂离子电池成为新型储能设备，以解决目前新能源汽车行业发展的瓶颈。但锂-空气电池的应用化依然面临着电极极化严重、电解液分解且挥发、金属锂被腐蚀、倍率和循环性能差等诸多问题。含氟碳材料本身憎水，可以储存锂离子，而且氟碳材料孔径皆为介孔，可作为三相反应界面，相关性能已经在锂离子电池中得到应用。全氟磺酸聚合物结构稳定且为单一离子导体，在锂离子电池中同样得到了良好应用。本文针对锂-空气电池电极极化和电解液分解两个问题，研究了含氟材料在锂-空气电池中的性能，包括氟化碳-碳黑杂化空气电极和全氟磺酸锂聚合物电解质。 首先，在空气电极优化方面，我们将四种氟化碳材料（Fluorinated carbon，CFx）与传统科琴碳黑（Ketjen black，KB）复合，制备杂化空气电极（CFx/KB）。针对KB碳黑和CFx的物理性能和形貌特征，我们先后做了比表面积及孔径分析（BET）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和隧道扫描电镜（SEM）测试。借助其在微观结构和协同效应方面的优势，杂化空气电极表现出了良好的电化学性能。其中，氟化石墨（F-graphite）和科琴碳黑组成的F-graphite/KB杂化空气电极性能最优，在0.1 mA cm-2的电流密度下，放电比容量可达到4273 mAh g-1，比同等条件下的KB空气电极的比容量（3133 mAh g-1）要高。当电流密度升至0.5 mA cm-2时，杂化空气电极放电比容量为1138 mAh g-1，约为同等测试条件下KB空气电极放电比容量（265 mAh g-1）的四倍，具有良好的倍率性能。此外，我们发现只有杂化空气电极中CFx与KB碳黑比例适中时，才能有最好的电化学性能表现。 另外，在锂-空气电解质方面，我们以全氟结构的全氟磺酸锂（PFSA-Li）为基体，以DMSO为塑化剂，制备得到PFSA-Li-DMSO聚合物电解质膜。测试结果表明，该聚合物电解质膜室温锂离子电导率可以达到6.4×10-4 S/cm，高温下可以达到10-3 S/cm水平。该聚合物电解质膜的锂离子迁移数（45℃）为0.93。用PFSA-Li-DMSO聚合物电解质膜组装的Li-O2电池也表现出了良好的充放电比容量和倍率性能。红外光谱和XPS测试结果证明PFSA-Li膜由于其全氟结构，可以在超氧自由基环境下保持结构稳定而不分解。PFSA-Li聚合物电解质膜的另一个优势在于不需要在电池体系中额外添加锂盐，在一定程度上可以降低电池制备的成本。
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