锂热电池一般采用熔融盐作为电解质,该电解质在工作温度下会发生熔融成为离子导体在正负极之间流动,因而容易产生“融溢”现象。固态电解质安全性高,热稳定性较好且电化学窗口宽,有望作为锂热电池电解质,从而解决熔融盐电解质高温下的“融溢”问题。目前固态电解质的类型有聚合物型、硫化物型、钙钛矿型、NASICON型和石榴石型等。其中,石榴石型Li7La3Zr2O12（LLZO）具有晶界电阻相对较小、热稳定性好、电导率较高且对金属锂稳定等优点,具有很好的发展前景。然而与锂热电池常用的熔融盐电解质相比,LLZO的电导率还有待进一步提高。因而本课题采用高温固相法制备LLZO固态电解质,并在此基础上对LLZO材料进行掺杂改性,以提高离子电导率;将制备的LLZO应用在锂热电池上,通过锂热电池的放电比容量等电性能来研究掺杂等对LLZO的影响。本实验采用高温固相法制备了LLZO,通过对所得材料的物相结构和微观形貌进行表征,并且采用EDX探究了其元素分布状况。结果表明,当Li OH·H2O为过量15wt.%时,制备的Li7La3Zr2O12的衍射峰强度较高,因而选择Li OH·H2O过量15wt.%进行后续研究;加入烧结助剂H3BO3后发现,在添加量为2wt.%时,LLZO的结晶度和形貌较好且加入H3BO3后可以使烧结温度降低到750℃;而Y3+的掺入使LLZO的结晶度低于未掺杂的LLZO且石榴石状也不明显;掺杂Ti4+后发现,LLZO的结晶度较高,石榴石状明显且颗粒较小;掺杂了Ce4+之后的LLZO组成没有发生明显改变,但是随着掺杂量的增加,石榴石状逐渐不明显;掺入Nb5+后发现随着掺杂量升高使得LLZO的结晶度也升高,石榴石状的颗粒更加圆润;同时在EDX中可以看到Y、Ti、Ce、Nb元素的存在。分别将制备的LLZO-H3BO3复合材料和掺杂Ti4+、Ce4+、Nb5+的LLZO作为电解质组装成锂热电池进行放电性能检测。结果表明,在550℃、80 m A/cm~2下,当电解质为Li7La3Zr1.7Ti0.3O12时,其放电比容量和利用率最大,分别为236 m Ah/g和89.54%,都远高于未掺杂的LLZO。此外,本文还探究了LLZO作为锂热电池电解质时,用陶瓷片代替粉末压制的装配方式。结果发现,在LLZO粉末用量为0.8 g、压片压力为20 MPa时得到的陶瓷片从外观上看完整度最佳。测得LLZO陶瓷片的电导率为2.26×10-6S/cm,Li7La3Zr1.7Ti0.3O12陶瓷片的电导率为3.97×10-6S/cm。以放电效果最好的固体电解质Li7La3Zr1.7Ti0.3O12为例,计算了制备该电解质的经济成本,同时计算了单个热电池的制作和使用成本。结果发现该材料的成本与LLZO相当,且远低于全锂电解质,有望在锂热电池上得到应用。