锂电池是电化学体系中含有锂的一类蓄电池，主要包含锂离子电池、锂硫电池和锂空气电池三类。锂电池具有电压高、自放电率低、放电电压平稳和储能密度大等优点，自1970年代开发出首个锂电池之后，一次和二次锂电池已得到了快速的发展，并被广泛的应用于移动电话、笔记本电脑、计算器、电动汽车等领域。

（1）锂离子电池

锂离子电池具有能量密度高、输出功率高、无记忆效应、自放电小等优势，但其安全性不好，而且常用的正极材料LiCoO₂的价格很高， 因此高性能、低成本的锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂材料的设计制备成为最紧迫的问题。同时利用原位技术实时监测锂离子嵌入脱出过程正极材料的晶格变化、析氧过程，负极材料的体积膨胀/收缩、结构变化、粉化和表面锂枝晶的形成过程，以及初始循环时SEI膜的形成过程等，对深入了解锂电池电化学反应机制，得到具有好的安全性、高的充放电功率和能量密度以及长寿命的锂离子电池具有重要作用。

（2）锂硫电池

锂硫电池的理论比容量高达1675 mAh/g，远高于钴酸锂电池的容量（<150 mAh/g），而且硫对环境友好，是一种非常有前景的锂电池。但锂硫电池还存在很多问题，因而开发高容量、长循环寿命、易加工的锂硫电池仍是研究的主要目标。需要通过添加剂和材料复合的办法进行改性研究，增加硫的导电性、抑制多硫化物的溶解。同时检测电池性能减退过程，找出关键问题，提出合理的解决方案，实现对正极反应的合理控制，对锂硫电池的性能的提高也非常重要。

（3）锂空气电池

锂空气电池具有比锂离子电池高得多的能量密度，理论比电容可到3800 mAh/g，应用前景非常广阔，而国内外在此领域的研究都处于起步阶段。通过电池结构的优化设计，隔膜的改性研究，高效率催化剂的运用，可使锂空电池的能量密度接近其理论值。开发研究催化剂活性的方法，检测其反应活动过程，寻找更高效的催化剂；研究正极材料的反应过程，提高其可逆反应的几率，消除阻碍放电顺利进行的因素，必将推动锂空电池的市场化发展。