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为支撑微机电系统、微型医疗器械、无线通信、传感器及动力汽车等新兴领域的发展需求,锂离子电池亟待解决能量密度低、功率密度差等问题。提高锂电池能量密度最直接的方法是提高电极材料的比容量和电压平台。正极材料的比容量、氧化还原电位直接影响电池的能量密度,其中电子/离子传导动力学直接影响着电池内部电阻,进而影响电池容量释放效率和倍率性能。本文以LiCoO2为研究对象,通过引入Li0.35La0.56TiO3（LLTO）固态电解质薄膜改善锂离子在LiCoO2电极界面和LiCoO2薄膜体相的传输动力学。对于传统LiCoO2极片,沉积的LLTO固态电解质薄膜作为人造正极电解质界面（CEI）膜,它有效抑制了电极与电解液的界面副反应;降低了电极界面电荷转移阻抗,高离子传导特性又增强了电极界面离子传输;进而提升了LiCoO2电极的循环稳定性和倍率性能。基于LiCoO2薄膜体相离子传导能力远低于电子传导能力的问题,创新性地通过LLTO电解质薄膜与LiCoO2薄膜的叠层镀膜设计,优化周期性叠层结构实现了LiCoO2离子传导性能的提升,降低电池内阻和缓减电池极化,最终实现了LiCoO2薄膜单位面积比容量和功率密度的大幅度提升。详情如下:（1）LLTO电解质薄膜的影响因素研究:氧分压和退火温度。首先,合理的氧分压直接决定了LLTO的成分比例和锂离子电导率大小。一定的氧分压可以补偿溅射过程中氧的损失,但过高的氧分压会造成散射效应,从而导致轻质锂的损失,使得锂离子电导率下降;过低的氧分压会导致氧缺陷增加,造成精细结构扭曲,抑制锂离子传导。优化研究后发现30%的氧分压可实现氧补偿和锂损失之间的最佳平衡。其次,合理的退火温度可促进Li+导电短程结构的形成,并维持LLTO薄膜的非晶态特征。300℃的退火温度可实现非晶态LLTO团簇最佳均匀化需求。耦合氧分压（30%）和退火温度（300℃）的优化工艺,可控制备综合性良好的非晶LLTO薄膜:室温离子电导率为5.32×10-5 S/cm,活化能为0.26 eV。（2）基于LLTO表面修饰的LiCoO2电极性能调控研究。磁控溅射沉积LLTO固态电解质薄膜表面修饰后,LiCoO2电极片中固有导电网络保持完好,且增强锂离子在正极和电解质界面的传输特性。此外,系统研究循环后LiCoO2电极的表面特征,非晶的LLTO电解质薄膜稳定存在于LiCoO2电极表面,且抑制了电极中Co的溶解,从而提高了其界面稳定性。通过优化沉积时间,经LLTO表面修饰的LiCoO2电极在0.2 C下的稳定可逆容量为150 mAh/g,与初始放电容量相比,其放电效率仍有76.2%。且在5 C的大倍率放电下,修饰后的LiCoO2电极的放电容量比未进行修饰的LiCoO2提升了84.6%。LLTO修饰的LiCoO2电极的锂离子扩散系数为7.52?10-12 cm2/s,远高于未修饰的LiCoO2电极(2.3?10-12 cm2/s)。（3）LiCoO2/LLTO叠层复合薄膜电极制备及性能调控研究。引入纳米尺度LLTO固态电解质薄膜,构建LiCoO2/LLTO叠层复合结构正极薄膜。高锂离子传导的非晶LLTO薄膜不存在晶格取向,从而降低LiCoO2晶体颗粒之间的界面传输阻抗,使得LiCoO2/LLTO叠层复合薄膜电极具有高的锂离子传输能力,最终实现高倍率特性和良好循环稳定性。实验结果表明500?C退火处理的LiCoO2/LLTO叠层复合薄膜（LCO-LLTO-500）的锂离子扩散系数为1.32?10-14 cm2/s,远高于500?C退火处理的LiCoO2薄膜（LCO-500）的锂离子扩散系数(1.01?10-15 cm2/s)。LCO-LLTO-500表现出最佳的倍率特性:6.4 C倍率高达74.8 mAh/g的放电容量。且兼顾良好循环性能,70次循环后的容量保有率达到87.9%。叠层结构有助于抑制LiCoO2薄膜开裂现象,同时提高薄膜离子传输特性,从而提高薄膜电池的面容量密度。为高能锂离子电池的应用开发提供了一种有效的技术途径。