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固态锂电池尤其是固态锂空气电池是近来的研究热点,固态锂空气电池的深度研发有望解决锂金属二次电池的安全性、实用性等一系列问题。制备出高输出性能和高稳定性的固态锂空气电池的前提是开发具有良好离子电导率、较高机械性能及可加工性的电解质材料,可以对锂金属阳极实现全密封。具有石榴石结构的Li7La3Zr2O12（LLZO）固体电解质是近年来提出的一种具有较大潜力的陶瓷基电解质,其具有优异的电化学稳定性,表现在该固体电解质可以与锂金属负极直接接触应用,在室温下就能表现出良好的离子电导率和优异的化学稳定性。本论文中以（i）LLZO,（ii）Ta掺杂的LLZO,（iii）Al掺杂的LLZO为研究对象,系统研究陶瓷电解质支撑体材料的制备及物理、化学、电化学特性,测试分析这三种材料作为陶瓷电解质支撑体用于构筑锂空气电池后的综合性能。本论文采用固相法和冷等静压方法合成LLZO、Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12（LLZTO）和Li6.9Al0.1La3Zr2O12（LALZO）样品。结果表明LALZO电解质支撑体的致密度最高是96.4%,并且三种材料的离子电导率都随着测试温度的升高而增加,在室温下LLZO的锂离子电导率能达到10-55 S cm-1数量级,对三种材料的高温烧结过程进行系统分析、比对,用于指导优化后续的高温烧结过程。针对传统水系锂空气电池中水溶液不断消耗但不能及时补充的问题,提出设计一种“新型自吸水式固态锂空气电池”。为此,本论文详细研究了三种陶瓷电解质在水系电池中的物理、化学、电化学性能,以及水系电解液挥发对电池性能的影响和电池的底层结构设计与优化。针对于固态电池最为关心的电解质厚度大和电解质-电极接触界面少的问题,提出一种新型“三层梯度孔隙结构电池”。将优化完成的致密陶瓷电解质支撑体历经酸刻蚀后得到中间为致密层,两边为梯度多孔层的三层陶瓷结构,经电子导电层和催化剂层内部原位沉积后,将其用于构筑固态锂空气电池。电池的放电总比容量可达2386 mAh g-1,电池有稳定的充放电电压平台,有力的提升了电池放电容量和库伦效率,有效的解决了锂空气电池固有的充电电压过高和能量效率过低的问题。酸刻蚀后的电解质支撑体,由于内部有较多孔径小且密的孔洞可以增加正极活性物质和固态电解质的接触界面,解决了电极与固态电解质间的接触界面少的问题,提高了电池的输出性能;三层结构对称梯度孔的设计也为后续锂金属的熔注过程,固态产物的沉积、存储过程和氧气深度输运过程提供了空间优势。