固态电池兼具高能量密度、高功率密度和高安全性,被认为是最具潜力的下一代储能器件。虽然目前固态电池被广泛认为具有超越液态电池的能量密度的潜力,但评估实际电池的能量密度需考虑所有活性材料以及非活性材料,有必要对固态电池的能量密度进行更为系统、详细和实际的计算,以对固态电池的开发和应用提供更为深入的理解。为了尽可能提升固态电池的能量密度,减薄固态电解质膜的厚度是其中一个可行的策略。而所制备的固态电解质膜在固态电池的实际应用中,仍存在诸多问题,例如硫化物电解质膜的空气稳定性问题,与金属锂的界面匹配性问题等。在本文中,首先为了对固态电池的能量密度进行系统、详细和实际的探究,对固态电池的能量密度与材料体系、电解质层厚度以及固态电解质在复合电极中的分布模型等因素的关系进行计算。基于硫化物固态电解质和商业化软包电池的实际参数,我们对8种常规正/负极材料体系所构建的实际全固态电池进行质量/体积能量密度的计算。固态电解质在复合电极中的典型空间分布模式也被考虑其中,以进一步精确评估其对能量密度的影响。结果表明,对于Li Co O2/硫化物固态电解质膜（厚度为50μm）/Li全固态电池体系,96.5–67.5wt%的活性材料含量对应于410–280 Wh kg-1(820–560 Wh L-1)的质量（体积）能量密度。通过合理假设和基于实际条件的能量密度计算,该部分工作对于实际条件下以硫化物固态电解质为代表的全固态电池的的能量密度有了深入理解和预测。在此基础上,本章工作对于制备薄型硫化物电解质膜的方法进行初步研究。以湿法制膜为基本方法,对于与硫化物兼容的粘结剂-溶剂体系进行探索,并对粘结剂-溶剂对硫化物电解质离子电导率的影响进行初步探究。第二部分的工作针对硫化物材料的空气不稳定问题,从电解质膜层面开发了一个通用的、适用于所有类型硫化物固态电解质的改性方法,以实现对水稳定的硫化物电解质膜。该方法通过在干法制备的硫化物电解质膜上喷涂含氟聚硅氧烷（F-POS）包覆的Li1.4Al0.4Ti1.6（PO4）3（LATP）纳米颗粒,以形成一层超疏水且传导锂离子的保护层而实现。F-POS@LATP纳米颗粒通过原硅酸四乙酯（TEOS）分子和1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷（PFDTES）分子在LATP颗粒表面的水解和缩合形成。LATP颗粒提供Li+传输的通道和微米尺度的粗糙度;F-POS将LATP颗粒粘结起来并粘附于硫化物电解质膜的表面,形成纳米尺度的粗糙度和低表面能的表面。所构造的F-POS@LATP涂层表现出优异的超疏水性能（水的静态接触角＞160°）以抵抗极端暴露环境的性能（直接喷射水）。经过极端环境暴露后的改性Li6PS5Cl电解质膜所组装的全固态电池具有和使用空白未经暴露的电解质所组装电池相近的电化学性能(首周可逆容量为147.3 m Ah g-1)。因此,超疏水的Li+传导保护层被证明是一种有效的保护硫化物电解质膜的方法,使其在极端环境仍能保持稳定并提供好的电化学性能。该构造涂层的方法为所有类型的硫化物固态电解质和其它对空气/水分/水敏感的材料提供了一种不牺牲电化学性能的改性思路。第三部分针对金属锂在固态电池中应用时面临的严重的界面反应所引起的高界面阻抗以及锂枝晶生长等问题,通过原位反应能生成的富含Li3PS4的固态电解质界面（SEI）层的思路,在硫化物-聚氧化乙烯复合固态电解质（CSE）和锂金属之间构建了化学/电化学稳定、机械相容、Li+传导和电子绝缘的SEI层。所设计的可以溶解于乙腈的聚磷硫化锂（LPS）通过简单的搅拌过程即均匀分散于PEO基质中,从而有利于形成均匀的SEI层。通过LPS与锂金属的反应原位生成了Li3PS4/Li2S/Li F层,具有高Li+传输能力的CSE/Li稳定界面得以迅速构建,并能有效抑制锂枝晶生长。加入LPS的复合固态电解质膜所构建的Li/Li对称电池在在60℃下的循环过程中表现出10Ωcm~2的极小且恒定的界面阻抗,在0.2 m A cm-2的电流密度可以稳定循环3475小时,并能耐受0.9 m A cm-2的高临界电流密度。所组装的Li Fe PO4/CSE/Li全固态电池表现出令人印象深刻的电化学性能(在1 C倍率下循环1000次后仍具有127.6 m Ah g-1的可逆容量。此外,Li6PS5Cl/CSE双层固态电解质膜在固态电池体系中的应用也被探究,其中具有相对较高化学/电化学稳定性和致密的复合固态电解质层应用于锂金属侧,与Li Co O2等高电压正极材料相对稳定的Li6PS5Cl膜应用于正极侧,为Li Co O2/Li全固态电池体系的长循环提供有效的策略。