随着社会科技的发展，人们的衣食住行都离不开能源的支撑。从小物件如手机和笔记本电脑，到交通工具等，都已成为人们生活中不可或缺的一部分。原油等传统能源虽然有着高效的能量输出能力，但其对环境的不友好等一系列缺点已经成为当今社会不能忽视的问题。而新型能源如太阳能，风能等，虽然有着巨大的潜能，但由于其使用对当时环境的依赖性较强，因此要胜任一些需要持续功能的电子设备依然存在挑战。
因而实现这些的一个支撑力量就要依托于电子储能设备的改进了，也就是应用于不同领域，有着不同体型的电池了。
就此近些年来科学家对电池进行了大量的研究，例如碱性电池、传统的铅酸电池、锂硫电池，以及倍受关注的锂离子电池。相比其它电池，锂离子电池之所以能受到人们的青睐，是因为其具有比能量大、工作电压高、循环寿命长、自放电低，无记忆和绿色环保等等优点，广泛应用于手机和笔记本电脑等，也是下一代充电式混合动力车和电动车的理想之选。
锂离子电池采用一种类似摇椅式的工作原理，充放电过程中 Li+ 在正负极之间来回穿梭，从一边摇到另一边，往复循环，实现电池的充放电过程。由于各种电化学储能于材料体系与设计不同，技术指标亦有所差异。日本新能源产业技术综合开发机构的 Li-EAD 计划中设定了至 2030 年蓄电池达到 700Wh/kg 的高性能指标。
目前，锂离子电池还不能达到的该目标，而锂-空气电池的理论计算能量密度可以达到 12000Wh/Kg，超过了 NEDO 提出的指标。在我们详细阐述锂空气电池之前，我们先简要介绍一下锂离子电池。
锂离子电池由三部分部分组成：正极（通常是层状结构的钴酸锂及钴镍锰锂化合物、尖晶石结构的锰酸锂、橄榄石结构的磷酸铁锂），负极（通常为石墨层）和电解液；其中氧化还原反应发生于正负极，电解液作为传送离子迁移的介质。
具体来讲，在放电过程中，锂离子在内部电场作用下通过电解液跑路到正极，同时在负极跑掉的电子则通过外电路流向正极。在电子从负极到正极的过程中的迁移会做功，这个功也就是用来支撑电子设备工作的能量了。顾名思义，充电的过程就是放电过程的逆过程。
影响锂离子的因素有很多，比如温度、快速充放电、材料的理论容量和能量密度。其中能量密度和理论容量是限制锂离子电池的两个主要方面。
这里我们先来说一个重要的概念——能量密度。能量密度，也称比能量，书面解释是指在一定的空间或质量物质中储存能量的大小，通俗点说就是指单位体积或单位质量所包含的能量。在电池行业，它通常用来比较单位重量的电池所储存的电量。比如现有商用电池中能量密度比较高的锂离子电池，其能量密度约 500Wh/Kg，如前文所述，这样的能量密度不足以替代汽油用来实现汽车的纯电动化。
然而方法总比问题多，为了进一步提高可充电池的能量密度，减轻电池重量就成了一个突破口。虽然暂时无法找到比金属锂具有更高能量质量比的材料，但我们可以给电池整体来一个减重瘦身，进而提高电池整体的能量密度。其中最具代表性的就是锂-空气电池了。锂-空气电池的理论计算能量密度可以达到 12000Wh/Kg，这足以媲美汽油的超高能量密度，使其有望完全替代汽油，真正实现超长旅程的纯电动汽车。
简单点说，与传统锂离子电池以过渡金属氧化物作为正极材料不同，锂-空气电池是一种用金属锂作负极，以空气中的氧气作为正极反应物的电池。金属锂代替石墨作为负极的一个优点是金属锂有着将近 10 倍于石墨的比容。与所有的电池一样，锂-空气电池也是由基本的三部分组成：正极、负极、电解质，外电路由导线连接传导电子，内电路由电解质连通传递离子。
锂-空气电池的负极材料是金属锂、正极是能通过 O2 的多孔碳基材料，我们通常根据电解质的不同将锂空气电池分为四类：非质子性锂-空气电池、水体系锂-空气电池、混合型锂-空气电池和固态锂-空气电池。
锂-空气电池应用到汽车领域的理念，早于 1970 年就被提出，但受当时材料技术发展所限，一直未能深入研究，至今也尚未实现商业化应用。
随着电动汽车产业的发展以及材料科学技术的提升，锂-空气电池也开始备受关注，原因之一是其理论比能量很高。对锂和氧进行配比，理论上可以使电化学电池具有最高的能量。事实上，非水体系锂空气电池的理论能量约 12kWh/Kg，这相当于汽油的理论能量，远远高出锌空气电池、锂离子电池、锂硫电池等。
而实践中，每块锂-空气电池的特定能量也达到了 1.7kWh/kg，这比一块商业锂离子电池要大 5 倍，足以运行一辆 2 吨的全电动汽车，只需使用 60 公斤的电池就可以行驶 500 公里。
然而，细心的读者应该注意到了，在所谓的“(金属)锂-空气(氧气)电池”的工作环境下，实际起到功能作用的是空气中的氧气。因此，并非如名字般美好，锂-空气电池对工作环境还是有一定的要求。因此锂-空气电池还有很多问题没有得到解决：大气中 H2O、CO2 的影响所产生的副反应，放电生成物析出导致空气回路的堵塞，大的充放电过电压导致的催化剂问题，以及空气电极炭集流体的腐蚀等。
随着石油、煤炭等能源的日渐匮乏以及环境污染的日益加重，发展高效清洁能源势在必行，而锂-空气电池优越的理论性能毋庸置疑会使其成为科研和商业应用领域关注的重点。目前各种类别的锂-空气电池都有各自的优缺点，无论是因液相电解液挥发还是多孔碳电极材料传导催化效能而影响到电池性能，锂-空气电池想要实现商业应用，找到具有竞争力的市场定位，都必须解决循环寿命、能量效率、空气过滤膜、金属锂防护等关键问题。
相关领域的科研工作者们也在不断努力，共同推动锂-空气电池实现实际应用。与传统的金属空气电池相比，锂-空气电池具有更小的体积、更轻的重量、更高的工作电压、更高的比能特性，因而在军事、野外、电动汽车、水上等领域都有广阔的应用前景。