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锂离子电池具备比能量大、电化学窗口宽、无记忆效应和环境污染小等特性,已成为众多领域首选的能源系统。然而,社会的进步和环境环保意识的提升促使着能源系统的安全标准也在不断提高。尤其是现阶段社会对能源动力以及能源储蓄系统方面的需求在推动锂离子电池朝着更高能量密度方向发展的过程中,突显出液态锂离子电池一系列的安全问题。其中,具有易挥发、易分解、易泄漏以及易燃等安全隐患的液态电解质是制约传统液态锂离子电池安全性能提升的关键因素。为了避免和解决传统锂离子电池所具有的安全隐患,近年来人们广泛设计并研究了具有较高安全性和电化学性能的固态电解质电池。相较于液态电解质,固态电解质不具有易挥发和易燃的问题,同时展现出高的室温离子电导率、较宽的电化学窗口、较强的循环稳定性以及抑制锂枝晶生长等优势。由无机固态电解质和聚合物电解质匹配而成的复合固态电解质因兼具前者的高离子电导率和后者的低界面阻抗与良好柔性,特别是其较高的能量密度和出色的安全性能促使其成为下一代最具潜力的电解质候选者之一。本论文工作旨在研究和开发高性能复合固态电解质。通过优化电解质中各组分含量的配比以及设计构建优势互补的有机-无机复合固态电解质,减小无机固态电解质较大的界面阻抗和提升聚合物电解质室温下较低的离子电导等问题,进而发掘复合电解质的功能效用。本论文进行了相关内容的探究,具体研究内容如下:无机快离子导体Li1.4Al0.4Ti1.6（PO4）3对双基质聚合物电解质的改性研究。基于两种较为成熟聚合物（PVDF和PEO）基质的稳定性、兼容性和高锂盐解离能力,以及快离子导体材料Li1.4Al0.4Ti1.6（PO4）3的高离子电导率,进行有机-无机复合改性研究以制备优势特性互补的复合电解质。通过制备聚合物电解质PVDF、不同含量配比的双基质聚合物电解质PVDF@PEO、梯度含量LATP改性的双基质复合电解质PVDF@PEO-LATP和添加不同质量Li PF6的复合电解质PVDF@PEO-LATP-Li PF6四种系列复合固态电解质,主要从离子电导率和离子迁移数两个参数指标进行复合固态电解质中各组分最佳含量配比的探究。进一步的物理/电化学表征结果显示改性后的电解质具有更为突出的循环稳定性能、倍率性能和安全性能等,进而系统地探究了双基质（PVDF和PEO）与改性材料（LATP和Li PF6）对复合固态电解质在物理与电化学性能方面影响的内在作用机理。实验结果表明复合固态电解质最佳含量配比的各组分间能产生良好的协同作用。双基质聚合物分子间形成的氢键能有效地降低聚合物的结晶度,同时加强分子间的联系;快离子导体LATP颗粒与聚合物网络间络合效应的产生以及有机-无机界面相的形成可进一步降低聚合物基质的结晶度和提升复合固态电解质的机械强度;无机锂盐Li PF6可有效地提供充足的锂源,直接提高复合固态电解质中自由锂离子的浓度,因此最佳含量配比的复合固态电解质在离子电导率、离子迁移数、电化学窗口以及机械性能等方面均有所增益,继而展现出更为突出的物理与电化学性能。虽然无机快离子导体LATP颗粒对聚合物电解质的改性具有一定的提升,但未能完全发挥其输运离子的能力,因此我们通过设计一种基于三维离子传导骨架（3D-LATP）的复合固态电解质以实现锂离子在电解质中的快速迁移,同时改变常见复合固态电解质中无机材料仅充当改性材料或骨架材料单一作用的现象。实验中首先构筑三维空间枝连结构的无机快离子导体材料3D-LATP,继而与溶解适量锂盐（LITFSI）的聚合物PEO进行充分复合。通过对三种电解质PEO-LITFSI（PL）、LATP@PEO-LITFSI（LPL）和3DLATP@PEO-LITFSI（3D-LPL）进行物理与电化学性能的表征和比较,系统地探究了三维离子传导骨架和聚合物PL对复合固态电解质的作用。测试结果显示,相较于无机固体电解质LATP,三维离子传导结构的电解质3D-LATP具有更高的离子电导率和更低的内阻,而聚合物PL的加入能有效地增强复合固态电解质的循环稳定性和安全性能,同时有效降低无机电解质与电极材料间较大的界面电阻以及避免3D-LATP与锂金属直接接触而引起的副反应。此外,有机-无机材料界面处产生的界面相可以有效促进锂离子的传导。故而复合固态电解质3D-LPL展现出好的物理和电化学性能。