随着电子设备、电动车的大规模发展,储能设备的需求量快速提高。传统的锂离子电池已经无法满足需求,新一代的电池体系成为了重要的发展方向。无机固态电解质是一种新兴的、安全的电解质材料。相比于传统的液态电解质,它在安全性、化学稳定性方面有着极大的优势,是进一步提高锂离子电池能量密度的重要方向。石榴石电解质（Garnet）由于其离子电导率较高、电化学稳定窗口宽、空气稳定性良好等优点,成为了目前的研究热点,并已经成功在一些全固态电池上实现了应用。但其依然存在着一系列的问题需要解决,如高质量电解质片制备、离子与电子传输问题、锂枝晶、对锂金属不浸润等。这些问题限制了其进一步应用。本文分别对电解质片制备优化与界面改性两方面进行了研究,成功获得了高质量的Li6.4La3Zr1.4Ta0.6012（LLZTO）电解质片,并且通过在LLZTO表面引入电子绝缘的LiF修饰层抑制了其内部锂枝晶的生长。本文对传统的冷压烧结法进行了优化,分析了烧结过程中不同因素对电解质片质量的影响。升温程序的设计在整个烧结过程中至关重要。石榴石电解质烧结过程中有着三个重要的温度点,分别对应于两次相变与晶粒生长。为其提供合适的温度与保温时间,可以将三个过程分离开来,提高电解质片质量。实验结果表明,LLZTO烧结时应使用三步升温法,即900℃保温300min,1100℃保温300 min,1230℃保温960 min。使用该升温程序可以将离子电导率提高至4×10-4S cm-1。坩埚的选择上应兼顾热稳定性、密封性与化学稳定性,氧化镁坩埚是一个更好的选择。气氛的选择对电解质片的质量也极为重要。烧结过程中提供氧气气氛可以减少电解质片内部的孤立闭气孔,减小晶粒生长阻力,提高电解质片致密度。通入纯氧获得的电解质片离子电导率为6×10-4 S cm-1。经过烧结过程优化后,本文可以稳定的制备具有高致密度和高锂离子电导率的LLZTO电解质片。金属锂负极界面的浸润性与锂枝晶问题一直是石榴石电解质面临的大难题。为解决LLZTO本身电子电导导致的电解质片内部锂沉积和枝晶生长问题,本文使用高真空热蒸发镀膜法在电解质片表面沉积电子绝缘LiF层,以隔绝金属锂负极与LLZTO电解质间的电子传输,从而抑制电解质片内部锂沉积和枝晶生长。利用SEM、EDS、XPS及AFM等分析了 LLZTO表面沉积LiF的组成及形貌等信息。采用锂-锂对称电池及半固态全电池测试了 LiF层在改善LLZTO与金属锂负极界面浸润性及抑制锂枝晶生长上的效果。通过电子束辐射实验证明了 LiF层具有优异的绝缘性,能有效阻止金属锂负极与LLZTO电解质间的电子传输。同时,LiF修饰层可以显著改善LLZTO与金属锂负极界面浸润性,获得良好的界面接触,界面阻抗降低至12.7Ωcm-2。得益于界面接触的改善和LiF修饰层对电子的隔绝作用,LiF修饰后LLZTO电解质组装的对称电池可以在0.2 mA cm-2的电流密度下稳定工作超过1000 h。而未修饰LLZTO电解质组装的对称电池在0.05 mA cm-2的电流密度下工作数分钟后就发生了锂枝晶穿透导致的短路现象。LiF后LLZTO电解质组装的Li|LF-LLZTO|LiCoO2半固态全电池同样显示出优异的电化学性能。60℃的条件下循环,该电池0.1C的放电比容量可以达到155 mAh g-1。同时具有优异的循环稳定性,1C倍率下循环1700圈以后容量保持率达76%。