IBM空气锂电池的结构如图所示，阳极为锂金属板，阴极为表面碳层，中间有两层电解质，其中靠近锂金属电板一侧的电解质负责接收由锂金属板释放的锂离子，而靠近碳层一侧的电解质则负责把接收到的锂离子更好地渗透至碳层。两种电解质中间有阻挡膜，用以阻止不同层面物质之间的相互渗透与污染。
在负极(金属锂)一侧使用有机电解液，在正极(空气)一侧使用水性电解液。在两种电解液之间设置只有锂离子穿过的固体电解质膜，将两者隔开。这样便可防止电解液混合，并促进电池发生反应。
负极用电解液组合使用的是含有锂盐的有机电解液。虽然不能弃用有机溶媒，但却限定了使用方法。正极用水性电解液使用碱性水溶性凝胶，与微细化后的碳和低价氧化物催化剂形成的正极组合。
在锂-空气电池中，由于放电反应生成的并非是固体的Li2O，而是容易溶解在水性电解液中的LiOH(氢氧化锂)。氧化锂在空气电极堆积后，不会导致工作停止。水及氮等也不会穿过固体电解质的隔壁，因此不存在与负极的锂金属发生反应的危险。而且，在充电时，如果配置充电专用的正极，还可防止充导电致空气电极的腐蚀和老化。
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