另外，业内还进行了其他尝试，虽然仍使用有机溶媒，但不同的是以全新的构成来提高电池的能量密度。这就是锂-空气电池。在这种尝试下，日本产业技术综合研究所与日本学术振兴会开发出了新结构的锂-空气电池。
锂—空气电池的概念很早就提出来了。由于在正极上使用空气中的氧作为活性物质，因此理论上正极的容量密度是无限的，可加大容量。另外，如果负极使用金属锂，理论容量会比锂离子充电电池提高一位数。
不过，锂-空气电池至今都未普及。原因是存在致命缺陷，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。
日本产综研通过将电解液分成两种解决了这一问题。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。
负极采用金属锂条。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。
在该电池中，由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)。因此，氧化锂在空气电极堆积后，不会导致工作停止。另外，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。
以0.1A/g的放电率进行放电时，放电容量约为9000mAh/g。以前的锂-空气电池的放电容量仅为700～3000mAh/g，可以说实现了容量的大幅增加。
另外，如果使用水溶液取代水溶性凝胶，便可在空气中以0.1A/g的放电率连续放电20天，其放电容量约为5万mAh/g，比原来高一位数。由于金属锂电池的容量原本就比锂离子电池高一位数，因此该数值共比锂离子充电电池高两位数。水溶液的性能较高，但在易用性上凝胶更为出色。今后需要考虑对这两者中的哪一个进行开发。
这种技术还可考虑与单纯的充电电池不同的使用方法。如果不对电池进行充电，而是通过底座更换正极的水性电解液，以卡盒等方式补给负极的金属锂，汽车便可无需充电等待时间，立即行驶。通过回收用过的水性电解液，以电气方式重新生成金属锂，还可实现锂的反复使用。可以说是以金属锂为燃料的新型燃料电池。
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