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基于石墨负极的传统锂离子电池有限的比能量,已经不能满足快速发展的电动汽车的续航需求。此外,现阶段商用锂离子电池采用的有机液态电解液有毒、易燃、易泄露,带来安全性方面的挑战。金属锂负极材料具有非常高的比容量(3800 m A h g-1)以及最低的还原电位（相对氢标准电极为-3.04 V）,是极具前景的负极材料。采用具有一定机械强度且不可燃的固态电解质替代液态电解液可以有效缓解安全性问题,但是固态电解质的引入也带来了一系列新的挑战。首先,金属锂具有强还原性,与固态电解质发生化学反应而导致电解质失效;其次,在传统叠层电池结构中,固态电解质无法像液态电解液渗透到正极内部,而导致正极内部Li+导电性差及其与固态电解质之间的界面阻抗大;最后,一些固态电解质在较高电压下的稳定性较差,无法匹配高电压的正极材料。因此,在本文工作中,我们基于Li1.5Al0.5Ge1.5（PO4）3（LAGP）以及凝胶电解质材料,针对以上问题做了诸多改进与研究。基于固态电解质材料制备三维多孔的骨架,然后在结构中负载上正极材料以及电子导体,即可满足正极内部连续的Li+电导和电子电导。通过高温烧结将多孔骨架与固态电解质隔膜集成在一起,即可满足界面连续的Li+电导。本文基于LAGP固态电解质材料,通过一步压制和一步烧结方式制备了多孔LAGP层/致密LAGP层一体化的双层结构,整体的室温Li+电导率达2×10-5 S cm-1,多孔LAGP层中孔道直径在5μm以上。由于多孔正极有利于气体反应物扩散和固体反应产物积累,可以将这种结构用于固态锂空气电池体系。在多孔层中负载1.67mg cm-2的碳材料作为活性物质,在O2气氛以及5μA cm-2的电流下电池容量达到0.48 m A h cm-2,10μA cm-2的电流下容量达到0.38 m A h cm-2,且在10μA cm-2的电流下可以定容0.08 m A h cm-2循环6圈。除了多孔正极骨架的设计之外,在正极与固态电解质之间引入凝胶电解质,也能满足正极/电解质界面以及正极内部连续的Li+电导。我们在LAGP与正极之间引入了高Li+浓度的水凝胶（HG）,并在锂硫电池体系验证了HG对减小正极/LAGP界面阻抗以及对电池综合性能提升的效果。引入HG后,固态锂硫电池在60℃和0.05 C的电流下可以得到1400 m A h g-1的充放电容量,而没有HG的电池无法充放电。此外,金属锂和LAGP会发生有害副反应而导致界面阻抗增大,电池性能迅速衰减。我们在LAGP和金属锂之间引入基于PEO的凝胶聚合物电解质（GPE）,缓解金属锂和LAGP之间的副反应,减小Li/LAGP界面阻抗。引入GPE的Li-Li对称电池可以在0.1 m A cm-2的电流和0.1 m A h cm-2的容量下循环600 h以上。同时引入GPE和HG的固态锂硫电池,在60℃和0.1 C的电流下循环100圈容量保持率为70%。本文还基于Li Ni0.5Mn1.5O4（LNMO）正极材料制备了高电压固态电池。为了提高PEO-Li TFSI聚合物体系的高电位性能,我们在该体系分别掺入LAGP和LLZTO材料,发现LAGP的掺入不能提高体系的电化学氧化窗口,且使得原本稳定的Li/PEO界面变得不稳定;LLZTO的掺入虽然提高了体系的电化学氧化窗口,但并没有达到LNMO可以工作的电压范围。我们也基于LAGP组装了高电压固态电池,采用耐高压的离子液体电解液减小正极/电解质界面阻抗。结果表明LAGP本身在4.5 V以上也会被电化学氧化而导致电池无法工作。这些结果与文献报道的结论相矛盾,此外LNMO在高电压下脱锂之后会不会化学氧化固态电解质也仍然有待研究。