目前商业锂离子电池主要采用有机电解液，但有机溶剂易燃烧，在长期的循环过程中聚合物隔膜易被锂枝晶刺穿，形成电池内短路，导致传统锂离子电池的安全性、循环寿命等性能不佳。以无机固体陶瓷电解质为基础的锂水空气电池、锂硫电池、全固态电池等新型二次锂离子电池将大幅提升锂离子电池的能量密度和安全性，被认为是下一代高性能电源。新型锂离子电池要求其固体电解质具有高的离子电导率、宽的电化学窗口和对电极材料良好的化学稳定性。石榴石结构的锂离子固体电解质具有三维锂离子传输通道、电化学窗口宽(＞6V vs.Li/Li+)、对熔融金属锂稳定的特点，因而在无机固态电解质研究中备受关注。本论文的研究主要是在高电导率Li7La3Zr2O12(LLZO)体系基础上进行掺杂改进，研究锆基石榴石结构锂离子电解质的物理化学性能及在锂离子电池中的应用，并通过流延工艺向大规模产品化应用方向拓展。主要的研究成果如下:　　(1)从阴、阳离子两方面对LLZO进行掺杂改性。首次采用阴离子对LLZO进行掺杂，采用LiF为氟源通过固相法制备了F掺杂的LLZO，其室温总电导率达到5×10-4S/cm，接近立方LLZO的体电导率，电解质的电导活化能为0.26 eV，低于目前报道的阳离子掺杂锆基石榴石电解质的电导活化能。(321)，(400)，(642)和(800)晶面衍射峰由于晶粒的生长取向而显著增强，陶瓷内部晶界消失，形成由闭气孔构成的独特显微结构，导致该新型电解质的晶界阻抗的消失和总电导率的提升。通过固相法制备了Nb掺杂的Li7La3Zr2O12电解质陶瓷，其室温电导率达7.9×10-4S/cm，陶瓷的相对致密度达98％，对金属锂的电化学稳定窗口可达10V vs.Li/Li+。最后采用Al、Ta阳离子进行双掺杂，通过对烧结制度和掺杂含量的优化，陶瓷的电导率达到7.1×10-4S/cm。　　(2)从石榴石结构电解质陶瓷粉体和块体材料两方面对其在溶液中的化学稳定性进行研究。Li6.75La3Nb0.25Zr1.75O12(LLNZO)的陶瓷粉体在水溶液中锂离子交换率可达74.8％，但石榴石结构立方相仍然保持稳定，离子交换过程中仅发生晶格膨胀。基于锂离子局域占据的限制条件，提出了锂离子的极端分布，通过对锂离子交换格位的假设，推导出单位晶胞中锂离子含量与H+/Li+离子交换率之间的关系，将LLNZO的离子交换结论推广到所有锂填充石榴石结构化合物。通过设计的原位交流阻抗装置分析LLNZO陶瓷块体在溶液中阻抗的变化，在1M LiCl溶液溶液中，电解质与溶液界面层阻抗基本保持稳定。　　(3)通过三点弯曲法测试Ta、Nb、F掺杂体系的力学强度，其中Ta的力学强度最高，在水系和非水系溶液中经过长时间处理，力学性能不发生改变。从陶瓷致密度等方面实现力学增强。通过对Li6.4La3Ta0.6Zr1.4O12陶瓷素坯中过量锂源的富集现象的分析，改进球磨工艺并降低前驱体中锂源的过量程度，将陶瓷相对致密度提升至98％。　　(4)设计准全固态锂离子电池，以金属锂和Li4Ti5O12为电极材料，通过采用少量液体电解液对电池界面进行改性，避免高温共烧组装。电池活性物质的首次放电比容量达171mAh/g，库伦效率为97.7％，电池循环50次后电池活性物质的放电比容量保持为120mAh/g，与液体锂离子电池活性物质的140mAh/g放电比容量相当，两者电池的库伦效率都接近100％。电解质在经过50次充放电循环后，与金属锂接触的表面保持原有颜色，陶瓷的相成分和显微结构都没有发生改变，表明石榴石结构电解质在电化学反应过程中对金属锂和Li4Ti5O12电极材料良好的稳定性。　　(5)尝试对石榴石电解质进行流延法成型，从陶瓷粉体粒度、分散剂、粘结剂和增塑剂等方面对流延工艺进行优化，降低了流延浆料的粘度，提高了陶瓷粉体的固含量，制备了具有良好的可剥离性、韧性和强度的流延生坯，为生坯的后期成型加工奠定了良好的基础。最后，通过埋烧烧结方式制备出高密度的透明Li6.4La3Ta0.6Zr1.4O12电解质陶瓷薄膜。