石榴石型固体电解质Li₇La₃Zr₂O₁₂（LLZO）在锂离子电池的应用上具有良好的前景,与有机液体电解质相比,其具有良好的热稳定性,宽的电化学窗口和高的安全性等优点,但离子电导率相比于液体电解质仍然较低,有待提高。本文选用了性能优异的LLZO为研究对象,期望通过元素掺杂及烧结工艺的改进制备出致密度高且离子电导率优异的LLZO陶瓷。主要工作如下:首先对LLZO陶瓷的制备工艺进行了研究,粉体的制备方法采用了传统的固相法,通过对粉体物相、形貌的分析确定了最佳的粉体制备工艺,之后又研究了陶瓷烧结温度和保温时间对LLZO陶瓷致密度和性能的影响,确定了最佳制备工艺为:采用普通球磨法制备LLZO粉体,经过900℃,7h预烧后,添加质量分数为5%的PVA粘结剂,造粒压片,在550℃保温1h排胶后,在1230℃下保温15h,由此获得的LLZO陶瓷的致密度为90.4%,离子电导率σ为1.08×10^-4S·cm^-1。为了提高LLZO的性能,本研究采用了离子掺杂的方法,在LLZO的基础上,掺杂Al₂O₃,Al³⁺取代Li⁺进行Li位掺杂,产生Li空位,从而使陶瓷稳定在高导电的立方相。在1220℃烧结4h得到的0.2Al-LLZO陶瓷的离子电导率最佳,σ为2.3×10^-4S·cm^-1,致密度为92.5%。对于LLZO的掺杂研究还有Zr位取代。本研究选择Nb₂O₅作为掺杂物质,Nb⁵⁺取代Zr⁴⁺进行Zr位掺杂。Nb⁵⁺掺杂LLZO陶瓷时对陶瓷的影响与Al³⁺掺杂相似。当Nb⁵⁺掺杂量为0.2mol时,在1220℃烧结8h得到的陶瓷的致密度和离子电导率最优,分别为91.5%和2.64×10^-4S·cm^-1。由于Al元素的掺杂,Al³⁺占据Li⁺的位置,一方面会产生Li空位,从而使其稳定在立方相,同时Al³⁺因占据Li位也会阻碍Li⁺的传输,对其离子电导率产生不利影响。故针对x Al-y Nb-Li_7-3x-y-3x-y La₃Zr_2-yO₁₂一系列陶瓷的烧结进行了探究,结果表明当Al的掺杂量为0.05mol,相应Nb的掺杂量为0.45mol时,在1220℃下保温4h得到的0.05Al-0.45Nb-Li_6.4La₃Zr_1.55O₁₂固体电解质的致密度为93.5%,离子电导率最佳:σ=3.33×10^-4S·cm^-1。致密的组织结构可以降低晶界电阻,低熔点的物质的加入可以在烧结过程中形成液相促进陶瓷致密化过程;同时,也可以通过改变晶界组成来获得较低电阻的晶界。本试验选择Li₄SiO₄和LiBO₃两种添加剂来探究添加剂的掺杂量对0.05Al-0.45Nb-Li_6.4La₃Zr_1.55O₁₂陶瓷性能的影响。在Li₄SiO₄的添加量为1wt.%时,陶瓷的致密度和离子电导率均有提高并达到最大,分别为95.6%和4.48×10^-4S·cm^-1。而LiBO₃的加入并没有提高0.05Al-0.45Nb-Li_6.4La₃Zr_1.55O₁₂陶瓷的离子电导率,这是因为在晶界处玻璃相的形成增加了晶界电阻。另外,本试验研究了热压烧结对0.05Al-0.45Nb-Li_6.4La₃Zr_1.55O₁₂陶瓷密度的影响,从而观察陶瓷离子电导率的变化。结果表明:热压烧结陶瓷的致密度为97.7%,离子电导率达到7.43×10^-4S·cm^-1,可见陶瓷密度的提高使离子电导率大大增加。