锂离子电池由于具有能量密度高、循环寿命长等优点,而迅速成为便携式电子设备、电动汽车和储能系统的主流电源。然而,由于含有易燃的液体电解质而导致电池存在安全问题,是以限制了锂离子电池的应用,特别是在高容量设备方面,如电动汽车和储能系统。为了解决锂离子电池的安全问题,采用非易燃固体电解质全固态锂电池来替代液态电解质锂离子电池是一个很好的解决方式。无机固体电解质是一种非常有发展前景的电解质,它不仅不存在电解质泄露以及有机溶剂挥发的问题,还具有较高的电化学稳定性和热稳定性高,并且还不易燃。近几十年来,NASICON结构无机固体电解质LiM2(P04)3(M = Sr,Ti,Ge,Zr,Sn等)得到了系统研究。其中,Li1.5Alo.sGe1.u(PO4)3(以LAGP表示)玻璃陶瓷电解质由于具有较高的锂离子电导率、较好的化学稳定性、较宽的使用温度范围和低成本等优点而成为最有前景的无机固体电解质之一。锂离子导电微晶玻璃是在高温条件下对其基础玻璃进行晶化处理而制得的,在退火处理过程中容易发生变形。所以LAGP无机固体电解质要想应用到全固态锂电池中必须解决以下问题:首先,LAGP难以制成致密、均匀的电解质膜;其次,块体LAGP材料与电极材料之间的接触性能非常差;最后,LAGP与金属锂直接接触时会发生反应。基于以上问题,本文主要针对电解质以及电解质与电极间的界面问题开展了研究工作。具体研究内容如下:1.采用高温固相熔融法制备了 LAGP玻璃陶瓷电解质。为了将LAGP应用到全固态金属锂电池中,我们将LAGP与聚氧化乙烯(PEO)与双(三氟甲磺酰)亚胺锂盐(LiTFSI)构成的聚合物电解质组合制备了 LAGP-PEO(LiTFSI)复合固体电解质。并研究了不同PEO含量对LAGP-PEO(LiTFSID复合固体电解质的影响。研究结果表明,PEO含量为1%时,制备的LAGP-PEO(LiTFSI)复合固体电解质电化学性能最佳。在该复合电解质中PEO的分解电势为5.12 V(vs.Li/Li+)。2.采用PEO(LiTFSI)膜修饰金属锂负极来阻止LAGP与金属锂之间的反应。并研究了不同分子量的PEO修饰金属锂负极对锂枝晶形成的影响。研究结果表明,PEO-500000(LiTFSI)聚合物膜具有很好的机械性能以及界面性能,并能够阻止LAGP与金属锂之间的反应。此外,在PEO-500000(LiTFSI)聚合物膜与LAGP-PEO复合固体电解质联合作用下还能够有效抑制金属锂表面锂枝晶的形成。3.以Li3P04为靶材,采用射频磁控溅射法在金属锂表面直接沉积一层LiPON薄膜电解质层来阻止LAGP与金属锂之间的反应。并研究了不同厚度的LiPON薄膜电解质层修饰金属锂负极对金属锂枝晶形成的影响。研究结果表明,采用500 nm的LiPON修饰金属锂能够同时与LAGP-PEO复合固体电解质和金属锂保持良好的界面性能。在全固态金属锂电池中,LiPON能够有效抑制金属锂负极表面锂枝晶的形成,并能够阻止LAGP与金属锂之间的反应。此外,全固态金属锂电池Li(LiPON)/LAGP-PEO(LiTFSI)/LiFeP04在50 ℃时的首周放电比容量为154.4 mAh g-1,并且具有较好的循环性能和倍率性能。4.对不同正极材料与复合固体电解质间的界面性能进行了研究。研究结果表明,LiFeP04和LiFeMnPO4正极材料与复合固体电解质间具有良好的界面性能。此外,研究还发现复合固体电解质能够有效阻止材料中Mn元素的Jahn-Teller效应的进一步发展。最后,通过对全固态金属锂电池进行搁置性能测试发现,全固态金属锂电池不存在自放电现象。