相对于传统的锂离子电池而言，锂空气电池因具有更高的理论能量密度已成为世界关注的焦点。其中水系锂空气电池具有开路电压高、循环性能好等优点，且不存在有机体系锂空气电池中锂金属易被 H2O及 CO2腐蚀、有机电解液氧化分解、空气电极堵塞等关键性的问题。然而由于H2O与Li接触会发生剧烈的化学反应，因此水系锂空气电池的研究重点在于锂电极的保护，研究开发在水溶液中稳定存在的高性能无机固态锂离子电解质隔膜是保护锂电极的关键。　　论文选择无机固态锂离子电解质为研究目标，研究Li1+xAlxGe2-x(PO4)3(LAGP)电解质的制备工艺及其电化学性能，探讨烧结温度及离子掺杂对LAGP电解质离子电导率的影响，研究其离子电导率的提升途径、工艺和机理。同时探讨LAGP电解质在不同pH值水溶液中的稳定性以及与不同阳极材料界面之间的相容性。利用流延成型方法探索 LAGP电解质薄膜的制备工艺以及无机-有机树脂复合电解质薄膜的制备方法，并优化水系锂空气电池的结构。最后成功将其应用于碱性电解液-水系锂空气电池。研究得到的主要结论如下：　　(1)采用溶胶-凝胶法制备了不同Al3+掺杂量的LAGP电解质粉体。当Al3+掺杂量为0.4时，LAGP在900 oC恒温烧结11 h具有最高的离子电导率和密度。Al3+掺杂量较低时，LAGP电解质由于晶格中Li+含量以及密度低而造成其离子电导率较低；而过高的Al3+掺杂会在烧结过程中析出较多的二次绝缘相，将降低电解质的离子电导率。电解质的晶界处存在适量的 AlPO4能够形成 AlPO4:Li+空间电荷层，有利于提高电解质的离子电导率。烧结时间过短不利于陶瓷的致密化，导致晶界阻抗过大；而烧结时间过长时，在热应力的作用下陶瓷晶界之间会产生微裂纹，将增加电解质的晶界阻抗，而降低了电解质的离子电导率。　　(2) LAGP电解质在弱碱性溶液中性能稳定，同时其与Li7Ti5O12接触界面稳定。在LiCl饱和的LiOH溶液中浸渍后离子电导率没有明显的变化；在LiCl溶液中浸渍后离子电导率变高，主要原因是在浸渍后电解质的晶界之间出现二次导电相LiCl?xH2O；在去离子水中浸渍后晶粒阻抗增大，主要原因是晶格中的Li+与H+发生了离子交换。LAGP与Li以及Li-In合金接触界面会发生化学反应Ge4++Li→ Ge3++Li+；而LAGP与Li7Ti5O12接触界面是稳定的。　　(3)采用流延成型法成功制备了LAGP电解质膜片，流延浆料固含量高达84％。通过流延成型制备的LAGP在900 oC恒温烧结12 h后，总离子电导率为3.38×10-4S cm-1，高于Ohara公司生产的商业LATP电解质膜片(3.3×10-4S cm-1)；样品厚度可以控制在75?m左右。同时，掺杂适当比例的纳米氧化物TiO2、ZrO2、GeO2均有利于提高电解质的离子电导率以及抗弯强度。当掺杂5wt.% TiO2时，电解质的离子电导率提高到8.37×10-4S cm-1，其抗弯强度也从48.02 N mm-2提高到74.60 N mm-2。主要是因为Ti4+离子半径与Ge4+相近，部分取代增加了晶格中原子之间的间隙，有利于 Li+的迁移，从而提高了锂离子电导率；同时纳米氧化物的添加有助于流延素坯带的烧结，提高了电解质的致密度，降低了电解质的晶界阻抗。　　(4)采用间苯二铵与双酚 A型液体环氧树脂混合溶液固化后可有效填充LAGP-5wt.% TiO2电解质中的开孔结构，解决了电解质的透水问题。LAGP-5wt.%TiO2树脂复合电解质膜片的晶粒阻抗相对于之前的电解质膜片的晶粒阻抗变化不大，然而晶界阻抗明显增大，室温总离子电导率降低到4.19×10-4S cm-1，主要是因为树脂绝缘相存在于电解质的晶界以及空隙之间。复合电解质中有机树脂的含量约为4 wt.%，其抗弯强度提升到111.16 N mm-2。LAGP-5wt.% TiO2树脂复合电解质膜在50℃饱和LiCl溶液以及LiCl饱和的LiOH溶液中浸渍一周后，电解质的晶粒以及晶界阻抗没有明显的变化。我们利用该LAGP-5wt.% TiO2树脂复合电解质膜作为水系锂空气电池水稳定锂电极保护材料制备了水系锂空气电池，在60℃时显示出良好的循环性能。