鋰空氣電池是一種用鋰作負極，以空氣中的氧氣作為正極反應物的電池。鋰空氣電池比鋰離子電池具有更高的能量密度，因為其陰極（以多孔碳為主）很輕，且氧氣從環境中獲取而不用保存在電池里。

與鋰離子電池要鋰的化合物和石墨做電極不同，鋰空氣電池可以直接使用鋰金屬單質（Li）和空氣中的氧氣（O2）作為電極。在最理想的情況下，電池放電時，由氧氣氧化鋰單質生成過氧化鋰（Li2O2），在外電路中出現電流；充電時再由過氧化鋰分解成鋰和氧氣。全過程無需其它質量較大的元素參與，而陰極甚至可以直接使用重量和成本都可以忽略不計的空氣！

因此，鋰空氣電池可以實現比鋰離子電池高得多的能量密度。事實上，由于鋰是元素周期表中相對原子質量最輕的金屬元素，而氧氣則來自空氣中，鋰空氣電池擁有著電化學電池中最高的理論能量密度換句話說，單位質量的鋰空氣電池可以儲存并釋放的能量，要比所有其它電化學儲能介質都要多。

非液態的鋰-空氣電池的理論能量密度可達12kWh/kg，是現有鋰離子電池的5~10倍，幾乎可以與汽油的約13kWh/kg相媲美。假如鋰空氣電池可以最終走向市場，電動汽車也將擁有和汽油車同樣級別的續航里程，將會徹底打破由于鋰離子電池能量密度過低而導致的續航里程瓶頸，關于清潔能源未來的發展有著重要的意義。

工作原理

4Li+O2+2H2O→4LiOH（1-1）

放電過程中Li、H2O和O2被消耗，在Li表面生成了一層保護膜而阻礙電化學反應的快速進行。在開路或低功率的狀態下，Li的自放電率很高，并伴隨著Li的腐蝕反應：

Li+H2O→LiOH+1/2H2（1-2）

在水系電解液中，金屬Li極易和水反應，因此對鋰離子隔膜的阻水性有很高要求，目前還沒有商業化的產品。綜合考慮實用性和安全性，水系鋰空氣電池并非最終實際應用的首選。