锂空气电池是一种用锂作阳极，以空气中的氧气作为阴极反应物的电池。锂空气电池比锂离子电池具有更高的能量密度，因为其阴极很轻，且氧气从环境中获取而不用保存在电池里。锂空气电池采用锂作为负极活性材料，采用多孔的气体扩散层电极作为正极材料，按电解质体系重要分为有机电解液体、水性电解液体系、混合电解液体系和全固态电解质体系。
放电过程：阳极的锂释放电子后成为锂阳离子（Li+），Li+穿过电解质材料，在阴极与氧气、以及从外电路流过来的电子结合生成氧化锂（Li2O）或者过氧化锂（Li2O2），并留在阴极。锂空气电池的开路电压为2.91V。
锂空气电池的概念最早由Lockheed提出，电解液为碱性水溶液。氧气在空气电极上发生氧还原反应，形成氢氧化物。其放电反应方程为：
4Li+O2+2H2O→4LiOH（1-1）
放电过程中Li、H2O和O2被消耗，在Li表面生成了一层保护膜而阻碍电化学反应的快速进行。在开路或低功率的状态下，Li的自放电率很高，并伴随着Li的腐蚀反应：
Li+H2O→LiOH+1/2H2（1-2）
在水系电解液中，金属Li极易和水反应，因此对锂离子隔膜的阻水性有很高要求，目前还没有商业化的产品。综合考虑实用性和安全性，水系锂空气电池并非最终实际应用的首选。
非水电解液体系的锂空气电池使用了含有可溶性锂盐的有机电解液，工作原理是基于Li2O2的生成与分解：
4Li+O2→2Li2O（1-3）
2Li+O2→Li2O2（1-4）
根据1-3式计算，锂空气电池的理论能量密度为5200Wh/kg，在实际应用中，由于氧气来自外界环境，排除氧气后的能量密度高达11430Wh/kg。目前关于全固态锂空气电池报道较少，其具有稳定性好、循环性能好、防止形成锂枝等优点，但其低导电性，容量和能量密度限制了其发展。
