鋰空氣電池的研究動力，重要的來自于其高的驚人的理論比容量，但其存在的問題極多，最基本的氧化還原機理目前還并沒有清晰的論證。

(1)鋰空氣電池放電過程中氧化還原（ORR）和充放電產物分解反應（OER），反應過程很難發生，要催化劑協助。效果較好的貴金屬催化劑，成本太高；大環化合物也能發揮近似用途，但由于生產過程復雜，成本也不低。高效低價的催化劑是重要的研究對象。

(2)空氣電極載體形貌、孔徑、孔隙率、比表面積等因素對鋰空氣電池能量密度、倍率性能以及循環性能都有很大影響。有機系鋰空氣電池，放電產物存在堵塞氧氣擴散通道的風險，可能因此導致放電結束。空氣電極載體的物理特性優化可能是解決這方面問題的方向。

(3)電解質中有機溶劑穩定性問題，碳酸酯和醚等有機溶劑雖然具有較寬的電化學窗口，但是在有活性氧的條件下，很容易被氧化分解，反應生成烷基鋰、二氧化碳和水等物質。有機溶劑的分解直接導致電池容量衰減以及循環壽命迅速下降。因此，尋找穩定、兼容性好的有機溶劑是鋰空氣電池有一個迫切問題。

(4)發展高性能導電聚合物電解質，來提高鋰空氣電池的倍率性能以及循環性能。要的電解質：更高的鋰離子電導率、更好的阻氧能力、阻水能力以及寬的電化學窗口。

(5)由于鋰空氣電池在敞開環境中工作，空氣中的水蒸氣以及二氧化碳等氣體對鋰空氣電池危害極大。水蒸氣滲透到負極腐蝕金屬鋰，從而影響電池的放電容量、使用壽命；二氧化碳能和放電產物反應生成碳酸鋰，而碳酸鋰的電化學可逆性非常差。因此，要研制氧氣選擇性好的膜來防止水蒸氣的滲透以及電解液的揮發。