氧化物锂离子固体电解质因其具有高锂离子电导率、宽电化学窗口、高热稳定性和高机械强度等优点,在下一代储能电池—固态锂金属电池中被广泛研究。使用氧化物固体电解质的固态锂金属电池有望同时兼具高能量密度和高安全性,突破使用液态电解液的锂离子电池的瓶颈问题。当前由于氧化物电解质的密度较大和自身高的刚性带来的界面问题使得使用氧化物电解质的固态锂金属电池仍存在电极/电解质固-固界面阻抗高和能量密度低这两大难题。本文从氧化物固体电解质的制备和结构设计优化上出发展开研究工作。针对电极/电解质界面问题,我们设计了一种一侧具有垂直有序微孔道,另一侧具有超薄致密层的非对称结构的固体电解质膜,通过降低致密层的厚度和提高电极/电解质的接触面积来降低界面阻抗。在提升固态电池能量密度方面,本文发展了流延成型技术制备超薄自支撑的氧化物固体电解质膜,通过大幅降低氧化物固体电解质膜的厚度和电解质的用量来提高固体锂金属电池的能量密度。此外,本文还利用氧化物锂离子导体膜仅传导锂离子的特性,将其应用拓展到对盐湖卤水中锂的分离提纯、浓缩上,以实现低成本、高效分离获得高纯锂产品。具体工作如下:1.采用相转化技术构筑了一种具有垂直有序微孔道,另一侧具有超薄致密层的非对称结构的钙钛矿型Li3xLa2/3-xTi O3（LLTO）电解质膜。相比于平板型LLTO电解质,这种非对称结构的LLTO电解质在保证电解质机械强度的同时可大幅缩短锂离子在电解质中的传输路径,并有效增大电解质与正极材料的接触面积,实现正极与电解质之间更高效的锂离子传输,使得电解质与正极间的界面阻抗降低了84%,由853Ωcm~2下降到133Ωcm~2。将这种具有非对称结构的氧化物电解质用于全固态锂金属电池组装,电池在0.05C的电流密度下表现出了127 m Ah g-1的充放电比容量,循环50圈后容量保持率高达98%,且电池倍率性能也会得到明显提升。2.发展了流延成型及后续烧结工艺制备自支撑的钙钛矿型Li0.34La0.56Ti O3电解质薄膜,实现薄至25μm的LLTO固体电解质膜的制备。所得到的LLTO电解质膜具有非常紧密的晶粒结构,其致密度与轴向压制成型的电解质相当,弯曲强度高达264 MPa。目前这种方法制备的41μm厚的电解质膜已可以用于固态电池的组装而不破碎。受益于电解质膜厚度的降低,锂离子从电解质膜一侧到另一侧仅需穿过两到三颗较大晶粒,可降低LLTO电解质中的晶界阻抗占比,有利于发挥出LLTO体相锂离子电导率高的优势。厚度为41μm的LLTO电解质膜的总离子电导率相比厚的电解质可提高至2.0×10-5 S cm-1。将这种流延成型的电解质薄膜与Li Fe PO4正极、锂负极共同组装的全固态锂电池的充放电容量已可达到150 m Ah g-1并具有较高的容量保持率。3.选择Li1.5Al0.5Ge1.5（PO4）3（LAGP）固体电解质膜作为分离膜构建电渗析分离装置,用于锂的提取和浓缩。由于氧化物锂离子导体膜的高致密性,锂离子是通过膜晶格内载流子传输,因此得到的渗析液纯度高且浓度高。在电场驱动的作用下,0.1 mol L-1的阳极锂溶液在电渗析提锂后浓度可降低到0.002 mol L-1,库伦效率高达90%。研究中发现,LAGP膜虽然已能稳定浓缩纯锂溶液,但若分离浓缩液中含Mg2+,Ba2+等混合离子时,这些杂离子在锂离子传输界面会形成空间位阻效应,使锂离子的传输效率大大降低。此外,Mg2+,Ba2+等离子在渗析过程中会腐蚀LAGP的结构,而降低LAGP分离膜的使用寿命。