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目前商业化的锂离子电池使用了有机电解液，存在着易燃易爆等危险。随着锂离子电池在大规模储能系统中的应用，电池的安全问题应得到更高的重视。使用固态电解质取代传统的有机电解液可大幅提升电池的安全性。固态电解质可分为无机材料和有机聚合物材料两种。无机电解质中Li7La3Zr2O12(LLZO)具有离子电导率高、对锂稳定性好、电化学窗口宽、机械性能优异等优点。但无机电解质存在较大脆性，且与电极间为固固相接触存在较大的界面阻抗，在短期内难以得到大规模应用。聚合物电解质与电极接触阻抗小，但室温下离子电导率过低限制了使用。此外还存在着对Li稳定性差、Li迁移数低等问题。本文通过将无机电解质材料LLZO与聚合物电解质PEO复合，结合两者的优点，制备出综合性能优异的复合电解质。并装配全固态电池进行电化学性能研究。主要研究内容包括：
(1)采用固相反应法制备Al掺杂立方相LLZO电解质片，探究了Li含量、Al2O3添加量、烧结温度、保温时间对LLZO成相的影响。通过在原料中添加20%过量Li源，1mass%Al2O3在1100℃下保温15h制备出了Al-LLZO立方相电解质片。离子电导率为4.84×10-4S/cm，致密度为90.8%，锂传导活化能为0.31eV。
(2)在前文的基础上，通过Al、Ta共掺杂进一步改性，提高电解质的性能。制备组成为Li6.35La3Zr1.8Ta0.2Al0.15O12的LLZO电解质，离子电导率提高到7.31×10-4S/cm，致密度为94.9%，锂传导活化能降低至0.29eV。装配Li|Li对称电池，通过共掺杂将极限电流密度提升至0.1mA/cm2。装配LiFePO4|LLZO|Li全电池，在0.5C电流下循环50圈后全电池放电比容量由152.3mAh/g降低至99.1mAh/g,容量保持率为65.1%。在1C的电流下循环50圈后，放电比容量由149.9mAh/g降低至92.8mAh/g，容量保持率为61.2%。
(3)制备了PEO/LiTFSI聚合物电解质，在EO∶Li的摩尔比为16∶1时得到综合性能最为优异的聚合物电解质，室温下离子电导率为1.16×10-5S/cm。将LLZO与PEO复合，制备复合电解质，当LLZO添加量为30mass%时性能最佳。通过添加LLZO活性填料，将室温下离子电导率提升至3.08×10-5S/cm。此外，复合电解质将对Li稳定电压由4.3V提升至4.8V，提高了Li界面的稳定性。装配LiFePO4|SPE|Li全固态电池在50℃下进行充放电循环测试，在0.5C的电流下循环100圈后，放电比容量由151.8mAh/g降至137.6mAh/g，容量保持率为90.6%。在1C的电流下循环50圈后，容量由142.9mAh/g降至126.9mAh/g，容量保持率为88.8%。
(1)采用固相反应法制备Al掺杂立方相LLZO电解质片，探究了Li含量、Al2O3添加量、烧结温度、保温时间对LLZO成相的影响。通过在原料中添加20%过量Li源，1mass%Al2O3在1100℃下保温15h制备出了Al-LLZO立方相电解质片。离子电导率为4.84×10-4S/cm，致密度为90.8%，锂传导活化能为0.31eV。
(2)在前文的基础上，通过Al、Ta共掺杂进一步改性，提高电解质的性能。制备组成为Li6.35La3Zr1.8Ta0.2Al0.15O12的LLZO电解质，离子电导率提高到7.31×10-4S/cm，致密度为94.9%，锂传导活化能降低至0.29eV。装配Li|Li对称电池，通过共掺杂将极限电流密度提升至0.1mA/cm2。装配LiFePO4|LLZO|Li全电池，在0.5C电流下循环50圈后全电池放电比容量由152.3mAh/g降低至99.1mAh/g,容量保持率为65.1%。在1C的电流下循环50圈后，放电比容量由149.9mAh/g降低至92.8mAh/g，容量保持率为61.2%。
(3)制备了PEO/LiTFSI聚合物电解质，在EO∶Li的摩尔比为16∶1时得到综合性能最为优异的聚合物电解质，室温下离子电导率为1.16×10-5S/cm。将LLZO与PEO复合，制备复合电解质，当LLZO添加量为30mass%时性能最佳。通过添加LLZO活性填料，将室温下离子电导率提升至3.08×10-5S/cm。此外，复合电解质将对Li稳定电压由4.3V提升至4.8V，提高了Li界面的稳定性。装配LiFePO4|SPE|Li全固态电池在50℃下进行充放电循环测试，在0.5C的电流下循环100圈后，放电比容量由151.8mAh/g降至137.6mAh/g，容量保持率为90.6%。在1C的电流下循环50圈后，容量由142.9mAh/g降至126.9mAh/g，容量保持率为88.8%。