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，可谓绿色电池放电过程：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-空气电池并非新概念。由于在正极上使用空气中的氧作为活性物质，理论上正极的容量密度是无限的，可加大容量。另外，假如负极使用金属锂，理论容量会比锂离子充电电池提高一位数。但是，为何锂-空气电池至今都未普及?原因是它存在致命缺陷，即固体反应生成物氧化锂(Li2O)会在正极堆积，使电解液与空气的接触被阻断，从而导致放电停止。
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(以多孔碳为主)很轻，且氧气从环境中获取而不用保存在电池里。理论上，由于氧气作为阴极反应物不受限，该电池的容量仅取决于锂电极，其比能为5.21kWh/kg(包括氧气质量)，或11.14kWh/kg(不包括氧气)。相对与其他的金属-空气电池，锂空气电池具有更高的比能]，因此，它非常有吸引力。
科学家认为，锂空气电池的性能是锂离子电池的10倍，可以供应与汽油同等的能量。锂空气电池从空气中吸收氧气充电，因此这种电池可以更小、更轻。全球不少实验室都在研究这种技术，但假如没有重大突破，要想实现商用可能还要较长时间。
