传统锂离子电池技术难以满足新兴能量存储领域对能量密度和安全性的要 求，迫切需要开发低成本、高安全以及高能量密度的下一代固态电池技术。固 态电池作为一种革新的电池技术，具有很大的发展空间和应用前景。有别于传 统液态锂离子电池在实际使用中存在的安全隐患问题，固态电池最突出的优势 即为其高安全特性。此外，与高理论比容量的锂金属电极匹配可有效提升其能 量密度。固态电解质有三种类型，其中复合电解质结合了聚合物电解质和无机 电解质的优势，很好满足储能器件的需求。虽然，以复合电解质代替液态电解 质具有一系列优点，但随之而来的电极/电解质界面兼容性也是亟待解决的难题。 因此，开发具有良好界面接触和长循环稳定性的固态锂金属电池尤为重要。本 论文构筑了不同类型的醚类复合固态电解质，并探究了固态锂电池电极界面的 调控机制，以提升固态电池的工作寿命。主要研究结果如下： 1. 基于偶氮化合物界面修饰的复合固态电解质 通过偶氮化合物分解在电极上原位形成界面保护层，有效提高了固态锂金 属电池中电极/电解质界面的兼容性，揭示了具有不同电子云密度的偶氮化合物 在复合电解质中调控电极界面的作用机制。其中，将偶氮化合物作为添加剂合 成了醚类复合电解质，组装的 Li/LiFePO4 固态电池表现出优异的电化学稳定性。 此外，该固态电解质可以与高压正极 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 以及高容量硫正极适配， 进一步提升锂金属电池的能量密度。该工作为通过有机化合物解决锂金属电池 的界面问题提供了一种新颖且通用的策略。 2. 基于 LLZTO 界面工程的复合固态电解质 针对 LLZTO在空气中的不稳定性，通过偶氮化合物将石榴石材料（LLZTO） 颗粒表面的 Li2CO3 污染物在 60 °C 下转化为芳香化合物纳米涂层，显著提升了 LLZTO 颗粒的杨氏模量和离子电导率（169.99 GPa 和 0.457 mS cm-1， 20 °C）。 随后，将改性后的 LLZTO 作为添加剂制备了醚类复合电解质，有效地提高了复 合电解质与固态锂金属电池电极的相容性。此外，基于此复合电解质组装的 Li/LiFePO4 和 Li/LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 固态电池表现出了优异的循环稳定性。这种 简单且低能耗的化学处理方法为固态锂金属电池的界面问题提供了一个简单有 效的解决方案，并为提升石榴石型电解质材料的界面稳定性提供了普适性的方 法。 3. 基于五氟苯乙烯构建梯度界面层的复合固态电解质 通过将五氟苯乙烯（PFS）作为嵌段应用于复合固态电池中并生成稳定的 梯度界面层，揭示了由富 C-F 键表层和富 LiF&Li3N 底层组成的梯度界面层，实 现了锂离子的快速迁移和均匀沉积。进一步，从锂固态核磁共振谱、密度泛函 理论和分子动力学计算结果来看，PFS 促进锂盐的解离，产生更多的游离锂离 子，从而极大的提高离子电导率（0.43 mS cm-1，25 °C）。因此，使用该复合电 解质组装的锂对称电池在 0.2 mA cm-2下，可以实现超过 3000 h 的稳定运行。组 装的 Li/LiFePO4固态锂金属电池在-20 °C、0 °C 和 25 °C 下表现出优异的电化学 性能，并且在室温下 Li/LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2固态电池也能稳定运行。 4. 基于原位构筑非对称双层的复合固态电解质 通过原位聚合过程中玻璃纤维隔膜的选择性吸附，在石榴石材料（LLZTO） 颗粒上包覆了聚离子液体固态电解质纳米层。LLZTO 表面的聚离子液体固态电 解质局部共轭形成了富电荷的空间电荷层，用于改善 LLZTO/电极界面的问题并 促进锂离子的传导。此外，高分辨率的固体核磁锂谱、模拟计算以及原位透射 电镜，证明了固态电解质和陶瓷氧化物之间的 Li+传导机制。这种复合电解质在 25 °C 时拥有 0.69 mS cm-1的高离子传导率。此外，组装的锂金属电池在-20 °C ~ 70 °C 的宽温范围内表现出优异的循环稳定性，并且在 0 °C 以 0.5 C 倍率充放电 条件下表现出较优的循环性能（>600 次）。双层电解质为解决 LLZTO/电极界面 问题创造了一条新路径，这将有助于推动宽温固态锂金属电池的商业化应用。