過氧化鋰是無機化合物，化學式為Li2O2。 它是一種白色、不吸濕的固體。 由于其高氧：質量和氧：體積比，該固體已被用于從航天器中去除大氣中的二氧化碳。

由過氧化氫與氫氧化鋰反應制得。 該反應最初產生氫過氧化鋰：

LiOH + H2O2 → LiOOH + H2O

這種氫過氧化鋰也被描述為過氧化鋰單過氧水合物三水合物 (Li2O2·H2O2·3H2O)。這種材料脫水得到無水過氧化物鹽：

2 LiOOH → Li2O2 + H2O2

Li2O2 在約 450 °C 時分解生成氧化鋰：

2 Li2O2 → 2 Li2O + O2

固體 Li2O2 的結構已通過 X 射線晶體學和密度泛函理論確定。 該固體具有一個類似乙烷的 Li6O2 亞基，其 O-O 距離約為 1.5 ?。

它用于重量很重要的空氣凈化器，例如，航天器在反應中吸收二氧化碳并釋放氧氣：

Li2O2 + CO2 → Li2CO3 + 1?2 O2

它比相同重量的氫氧化鋰吸收更多的二氧化碳，并提供釋放氧氣的好處。 此外，與大多數其他堿金屬過氧化物不同，它不吸濕。

可逆的過氧化鋰反應是原型鋰空氣電池的基礎。 使用大氣中的氧氣可以使電池消除用于反應的氧氣儲存，從而減輕電池的重量和尺寸。

俄亥俄州立大學于 2014 年宣布成功將鋰空氣電池與透氣網狀太陽能電池組合在一起。與單獨使用相比，在一個設備（太陽能電池）中結合兩種功能有望顯著降低成本 目前使用的設備和控制器。