纳米结构的TiO2改性PEO12–LiDFOB固体聚合物电解质，用于高性能且稳定的锂离子电池

《Next Energy》：Nanostructured TiO2-modified PEO12–LiDFOB solid polymer electrolytes for high-performance and stable Li-ion batteries

　　安吉·雷迪·波卢

能源设备材料实验室，物理系，BVRIT海得拉巴女子工程学院，海得拉巴，特伦甘纳邦500090，印度

摘要

开发安全、高性能的固体聚合物电解质（SPEs）对于推动下一代固态锂离子电池的技术进步至关重要。在这项工作中，我们设计了聚氧化乙烯-二氟草酸硼酸锂-二氧化钛（PEO12–LiDFOB–TiO2）纳米复合SPEs（NSPEs），以研究TiO2纳米填料对结构、机械性能和电化学性能的影响。X射线衍射结果显示，随着TiO2含量的增加，PEO的结晶度逐渐降低，有利于形成非晶相，从而促进Li?的传输。机械研究表明，添加8 wt%的TiO2后，材料的韧性显著提高，拉伸应力从0.076 MPa增加到0.095 MPa，断裂伸长率从474%提高到556%。在23°C下，PEO12-LiDFOB-8 wt% TiO2 NSPE的最大离子电导率为2.68 × 10?? S cm?1，激活能降低至0.398 eV，离子迁移数达到0.982，主要表现为离子传导。线性扫描伏安法测量显示其氧化稳定性窗口可延伸至4.51 V。将这种优化的NSPE组装在LiFePO4/Li电池中，能在0.1 C电流下实现163 mAh g?1的放电容量，并在23°C下经过100次循环后仍保持88.34%的容量。

1. 引言

全球对安全、高能量和长寿命储能技术的需求持续推动着锂离子电池的发展[1]。虽然传统液态电解质具有较高的离子电导率，但其易燃性和挥发性带来严重的安全隐患，如泄漏、热失控和设备故障[2]。因此，固体聚合物电解质（SPEs）因其更高的安全性和结构灵活性以及与简化工艺的兼容性，成为最有前景的替代方案之一[3]。在各种聚合物基体中，聚氧化乙烯（PEO）因其优异的溶解锂盐能力和形成稳定离子导电复合物的能力而受到广泛研究[4]。然而，纯PEO在室温下结晶度高且链流动性差，导致离子电导率不足，限制了其在固态锂离子电池中的应用。目前，提高PEO基SPEs中的非晶相含量和优化离子传输路径仍是重要的科学课题[5]。

锂盐决定了聚合物电解质的离子电导率、载流子解离、热稳定性和界面相容性。尽管LiPF6在商业电池中应用广泛，但其热不稳定性和吸湿性使其不适用于固态系统。其他盐类如LiBF4和LiBOB在低温和高温范围内的性能有所改善，但它们的溶解度较低且存在界面问题，限制了其应用范围[6],[7],[8]。最近，二氟草酸硼酸锂（LiDFOB）因具有多种优势而受到关注：高热稳定性、优异的溶解性能以及其特殊的双功能阴离子结构有助于Li?离子的有效解离。此外，LiDFOB有助于形成稳定的固态电解质界面层（SEI），抑制副反应并提高电极的高电压稳定性，使其成为先进固态电池系统的理想选择。尽管LiDFOB带来了这些好处，但PEO基聚合物电解质的能力仍受限于其固有的结晶度，任何进一步改进都需要对结构或功能添加剂进行改性[7],[9]。

在过去几十年中，人们尝试了多种方法来改进传统聚合物电解质的缺点，包括互穿聚合物网络、交联、嵌段共聚物和孔填充结构[10]。其中，将无机纳米填料引入聚合物基体已被证明能显著提高离子电导率以及热和机械性能。陶瓷纳米填料如TiO2、Al2O3、ZrO2和SiO2能影响聚合物微观结构、非晶相的形成和离子传输路径[11]。在各种纳米填料中，二氧化钛（TiO2）因其优异的介电常数、良好的化学稳定性和较低的成本而尤为重要。当TiO2纳米颗粒掺入PEO-盐基体中时，会破坏结晶结构，促进非晶相的形成，从而利于锂离子的传输。此外，TiO2提供了路易斯酸性位点，可以固定阴离子，从而提高锂离子迁移数[12],[13]。

对于纳米复合固体聚合物电解质（NSPEs）而言，最重要的因素是聚合物与填料之间的相互作用以及界面区域的形成，这些界面区域作为改善离子传导的通道。因此，TiO2纳米颗粒为盐的解离、链流动性和Li?传输提供了有利的环境，提高了室温下的离子电导率。同时，这些纳米颗粒还能增强材料的机械强度，防止变形并在电池循环过程中保持电极与电解质的良好接触。另一个关键要求是TiO2的高介电常数可以促进更多的盐解离，从而增加自由离子数量，进一步提高离子电导率。然而，过量添加纳米填料会导致颗粒聚集、聚合物流动性降低和界面电阻增加，从而影响性能。因此，在聚合物基体中使用TiO2纳米填料时，需要优化其浓度和分散性[14],[15],[16]。

TiO2填充的PEO基体中锂盐的存在会引发复杂的相互作用，影响盐的解离、聚合物链动态和填料-盐之间的相互作用，进而影响整体性能。机械稳定性也是一个重要参数，因为纯PEO的硬度较低，可能在操作过程中导致尺寸变化，削弱电极/电解质界面。TiO2的这种机械增强不仅提高了机械稳定性，还有助于抑制锂枝晶的生长，这是固态锂金属电池的关键问题之一[17],[18]。这些因素共同说明了系统理解LiDFOB盐和TiO2纳米填料如何共同影响PEO基SPE的结构、机械和电化学行为的重要性。

这些考虑促使我们开发PEO12–LiDFOB–TiO2 NSPEs，作为制造安全、机械稳定且高性能的固态锂离子电池电解质的有希望途径。尽管LiDFOB盐和TiO2纳米填料各自都表现出良好的性能，但对其共同作用对聚合物结晶度、离子传输、界面稳定性和电池整体性能的综合研究仍然不足。因此，本研究旨在通过系统研究TiO2掺入对PEO12–LiDFOB SPE的物理化学、机械和电化学性能的影响，来填补这一空白。通过详细的结构表征、阻抗谱和电化学测试，本研究提供了关于这些纳米复合系统离子传输和稳定机制的新见解，为设计高能量、耐用且安全的固态锂离子电池所需的下一代聚合物电解质提供了启示。

2. 材料与方法

2.1. 使用的材料

作为聚合物基体，我们使用了聚氧化乙烯（PEO，平均分子量约4,000,000 g mol?1，Sigma-Aldrich）。锂盐选用了二氟草酸硼酸锂（LiDFOB，纯度99%，苏州福赛新材料有限公司，中国）。陶瓷纳米填料使用了二氧化钛（TiO2）纳米颗粒（锐钛矿相，21 nm，Sigma-Aldrich）。电解质的制备主要使用无水乙腈（ACN，纯度≥99.8%，Sigma-Aldrich）。所有材料均未经进一步纯化。LiFePO4（LFP）正极材料、Super P碳和聚偏二氟乙烯（PVDF）粘合剂均为商业购买的产品。锂金属箔用作负极。

2.2. PEO12–LiDFOB-TiO2纳米复合固体聚合物电解质的制备

NSPEs采用溶液浇铸法制备。首先在40°C下通过磁力搅拌将PEO溶解在ACN中，得到透明的聚合物溶液。然后分别将LiDFOB溶解在ACN中并加入聚合物溶液中，使EO:Li的摩尔比为12:1。混合物在40°C下连续搅拌12小时，确保盐完全溶解且均匀。对于纳米复合SPEs，按预定量将TiO2纳米颗粒（0–10 wt%）加入ACN中并用超声波处理30分钟，以减少颗粒团聚。然后将所需量的TiO2分散体加入PEO12–LiDFOB溶液中，继续搅拌10小时，确保纳米填料均匀分布。将所得均匀溶液倒入特氟龙培养皿中，在室温下自然干燥24小时，同时逐渐蒸发溶剂。之后在50°C下真空干燥48小时以去除残留溶剂。干燥后的电解质薄膜从培养皿上剥离，并存放在充满氩气的手套箱中备用。

2.3. 表征技术

使用Rigaku D-MAX 2500仪器和Cu-Kα辐射（λ = 1.5406 ?）在室温下进行XRD分析，以确定SPE薄膜的结构特性。数据采集范围为2θ 10–50°，扫描速率为0.5° min?1，步长为0.05°。使用Lloyd Instruments LR5K Plus万能测试系统研究了SPE薄膜的机械强度。通过拉伸测试分析添加纳米填料后的耐久性和薄膜柔韧性变化。电化学阻抗谱和离子电导率测试在1–1 MHz频率范围内进行，温度范围为23–70°C，使用Iviumstat分析仪。每个SPE样品放置在两个金电极之间，施加恒定的弹簧压力以确保良好的界面接触。测试前使用千分尺测量薄膜厚度。

离子迁移数通过计时安培法测定。在该配置下，NSPE薄膜夹在两个不锈钢离子阻挡电极之间，施加恒定直流偏压1 V持续1小时。使用WonATech WBCS 3000 L系统通过线性扫描伏安法（LSV）研究纳米复合SPE的电化学稳定性窗口，扫描范围为1–6 V vs Li?。还在Li/NSPE/Li对称电池中进行了循环伏安测试，扫描范围为–1–5 V，扫描速率为5 mV s?1，以进一步确认电化学稳定性。

LFP正极浆料通过将LiFePO4、Super P导电碳和PVDF粘合剂按80:10:10的重量比混合在N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）中制备。浆料均匀涂覆在铝箔上，并在80°C下真空干燥12小时[19]。随后冲压出直径12 mm的圆形电极用于硬币电池的制备。CR2032型硬币电池在充满氩气的手套箱中组装，使用锂金属作为负极，合成的纳米复合SPE作为电解质/隔膜，以及制备的LFP正极。在WonATech WBCS3000电池测试仪上以不同电流速率（0.1和0.5 C）在2.0–4.0 V范围内进行电化学循环测试。

3. 结果与讨论

3.1. XRD分析

图2展示了纯PEO、纯LiDFOB、纯TiO2纳米颗粒以及含有0%、8%和10% TiO2的PEO12–LiDFOB–TiO2纳米复合电解质的XRD衍射图。纯PEO在2θ ≈ 19.36°和23.72°处显示4个主要反射峰，分别对应于（120）和（112）晶面，这是其半结晶性的特征。除了这些强峰外，还在15.4°、22.5°、26.5°、27.2°、31.2°和36.6°处看到几个弱衍射峰，这些峰对应于聚合物层内的无序区域[20]。纯LiDFOB盐在15.3°、18.3°、20.5°、22.9°、24.6°、29°、30.5°和42.7°处显示多个强峰，表明其具有高度结晶性，因为其离子晶格排列有序。TiO2纳米颗粒的衍射峰位于25°、36°和48°，分别对应于锐钛矿相的（101）、（004）和（200）晶面，表明纳米晶体的结构完整性得以保持[21]。这些来自各组分的衍射特征有助于理解由于聚合物、盐和陶瓷填料在NSPE基体中的相互作用而引起的复合电解质的结构变化。

图2. NSPE的合成过程以及PEO聚合物、LiDFOB盐和TiO2纳米填料之间相互作用的示意图。纯PEO、纯LiDFOB、纯TiO2、PEO12-LiDFOB-0 wt% TiO2、PEO12-LiDFOB-8 wt% TiO2以及PEO12-LiDFOB-10 wt% TiO2的XRD图谱。当LiDFOB和TiO2掺入PEO基质中时，XRD图谱显示出显著的变化，这反映了聚合物电解质系统的结构演变。原始PEO12–LiDFOB薄膜中PEO的特征结晶峰强度大大减弱，这是因为锂离子与PEO的醚氧原子之间发生了强烈的配位作用，干扰了链的正常折叠，从而限制了晶体的生长。进一步添加8 wt%和10 wt%的TiO2后，PEO峰的抑制和宽化更为明显，表明其无定形特性增强。这种趋势可以从聚合物-盐-填料之间相互作用的观点来理解，其中分散的TiO2纳米颗粒作为物理交联位点，阻碍了PEO链的对齐过程，进而影响了结晶性[22]。另一方面，一些可能的TiO2反射仍然可见，但强度降低，表明TiO2纳米颗粒在聚合物基质中均匀分散，并部分嵌入无定形区域。随着TiO2含量的增加，结晶性的下降对于具有无定形区域的SPEs是有益的，因为这有助于提高离子的迁移能力[23]。因此，XRD数据表明，TiO2的添加有效地改变了PEO12–LiDFOB系统的结构框架，使其成为具有优异无定形特性的纳米复合电解质，在固态电池中具有潜在的性能。

3.2 机械稳定性
图3展示了纯PEO12–LiDFOB SPE和含有8 wt% TiO2的纳米复合薄膜的拉伸应力-应变特性。对于纯PEO12–LiDFOB薄膜，最大可达到应力约为0.0761 MPa，断裂伸长率为474%，显示出其高度柔韧但机械强度低的特性。这是基于PEO的SPEs的一般趋势，其中半结晶段贡献了有限的强度，而无定形区域则赋予了高变形能力。添加8 wt%的TiO2纳米颗粒显著提高了应力和伸长率。相比之下，复合薄膜的最大应力值约为0.095 MPa，断裂伸长率为556%，显示出机械强度和延展性的显著提升。

在这方面，TiO2纳米颗粒的添加带来的机械性能提升与其与聚合物链的有效相互作用有关。陶瓷填料通过控制聚合物链的移动性来增强材料，从而保证承载能力的提高[24]。同时，均匀分散的纳米级TiO2在拉伸过程中有助于能量耗散，从而提高了材料在断裂前的应变能力。这些综合效应使得电解质薄膜更加坚韧和有弹性，非常有利于固态锂离子电池的尺寸稳定性和防止界面失效[25]。

3.3 电导率研究
图4(a)显示了在23°C下PEO12–LiDFOB SPE与不同TiO2纳米颗粒浓度的离子电导率。作为对比，原始PEO12–LiDFOB系统的离子电导率基线为1.50 × 10^-5 S cm^-1，这与半结晶PEO基质中离子迁移性差有关。离子电导率(σ)通过以下关系计算：(1)σ=tRbA，其中t是电解质薄膜厚度，Rb是体电阻，A是电极-电解质接触面积。随着TiO2纳米颗粒掺入聚合物基质，σ逐渐增加至6 wt%，这是由于无定形含量的增加和 segmental 运动的改善，有助于Li?的传输。纳米颗粒与PEO链和LiDFOB阴离子相互作用，削弱了聚合物晶体的有序性，促进了离子对的解离。这种结构变化降低了Rb值，从而提高了电导率。在适量的填料负载下，TiO2还表现出路易斯酸表面的特性，与阴离子配位，有效增加了自由Li?载流子的数量，从而提高了电导率[26]。

图4(a)显示了在23°C下PEO12-LiDFOB和PEO12-LiDFOB-8 wt% TiO2的离子电导率随TiO2浓度的变化。(b)不同TiO2含量的PEO12–LiDFOB–TiO2 NSPE薄膜的离子电导率对数(log σ)与温度倒数(1/T)的关系。NSPE=纳米复合固态聚合物电解质。当TiO2含量为8 wt%时，离子电导率达到2.68 × 10^-4 S cm^-1，相比未填充的聚合物电解质提高了近一个数量级。这种前所未有的提升源于最佳的纳米颗粒分散效果，形成了连续的无定形路径，并在聚合物-填料界面增加了更多的Li?跳跃位点。界面区域的无序性和相对松散的聚合物链排列可能提高了段状灵活性，促进了离子的快速迁移。然而，当TiO2含量超过此值（例如10 wt%）时，电导率下降，表明高填料含量会导致颗粒聚集，有效表面积减少，从而影响离子传输[27]。因此，尽管TiO2的加入是有益的，但存在一个最佳的填料浓度，可以在增强无定形性的同时最小化颗粒聚集。电导率趋势进一步揭示了TiO2在促进离子解离和改善聚合物微观结构方面的双重作用，从而有利于Li?的有效传输。

图4(b)展示了含有不同TiO2纳米颗粒浓度的PEO12–LiDFOB聚合物电解质的Arrhenius图，显示了电导率对温度(1/T)的对数关系。所有样本都显示出电导率随温度线性增加，符合Arrhenius型热激活的离子传输机制。温度依赖性的电导率可以通过Arrhenius方程量化：(2)σ=σ0exp(?Ea/T)，其中σ0是前指数因子，Ea是活化能，k是玻尔兹曼常数，T是绝对温度。所有样本的线性曲线表明离子迁移遵循聚合物链的段状运动动态，这种动态在高温下更加明显。随着温度的升高，聚合物转变为柔性状态，使Li?离子能够更容易地通过无定形路径移动。所有含有TiO2的样本在整个温度范围内都显示出比未填充聚合物更高的电导率，表明陶瓷填料增强了链的移动性和离子解离能力。含有8 wt% TiO2的纳米复合材料在所有研究中表现出最高的电导率，证明了其优异的离子传输能力。

每个Arrhenius图都提供了离子传导的活化能，反映了Li?离子通过聚合物基质的难易程度。含有8 wt% TiO2的样本具有最低的活化能0.398 eV，意味着它在研究的组成中提供了最小的离子传输阻力。最佳填料加载下的活化能降低，这是由于TiO2纳米颗粒、PEO链和LiDFOB盐之间的协同作用。TiO2通过配位阴离子和自由Li?载流子，提供了路易斯酸表面。此外，它破坏了聚合物的结晶性，形成了有助于离子跳跃的柔性无定形区域。在更高的TiO2含量（如10 wt%）下，活化能增加（0.435 eV），这是由于颗粒聚集，阻碍了链的动力学并部分阻断了传导路径。因此，尽管TiO2的添加是有益的，但存在一个最佳的填料浓度，可以在增强无定形性的同时实现最小的颗粒聚集。电导率趋势进一步揭示了TiO2在促进离子解离和调整聚合物微观结构方面的双重作用，从而有利于有效的Li?传导。

图5(a)展示了使用不锈钢/NSPE/不锈钢配置测量的PEO12–LiDFOB聚合物电解质的离子电导率对数的Arrhenius图。在施加恒定直流电势时，由于离子和剩余电子载流子的共同作用，初始电流Ii很高。随着极化的进行，电流逐渐减小并达到稳态值If。此时，只有离子种类参与传导，因为阻挡电极完全抑制了电子传输[30]。离子迁移数通过以下公式计算：(3)tion=1?If/Ii，其中Ii是电压施加后立即的瞬时电流，If是最终的稳态电流。对于含有8 wt% TiO2的纳米复合材料电解质，测量得到的迁移数为0.982，表明在该系统中离子传导几乎占据了主导地位。

图5(b)显示了在296 K、5 mV/s扫描速率下PEO12–LiDFOB–8 wt% TiO2 NSPE的LSV曲线。高迁移数表明TiO2纳米颗粒的添加改善了离子迁移性，同时抑制了电子泄漏，使电解质非常适合用于固态锂离子电池。特别是，离子传输的改善可能源于TiO2对聚合物-盐复合物的修饰，促进了盐的解离和自由Li?离子的增加。此外，陶瓷填料引入了有利于离子跳跃的界面区域，减少了电极-电解质边界的电荷积累[31]。高迁移数证明了电解质优异的离子特性及其在电池运行期间最小化浓度极化的潜力。

图5(b)展示了在296 K下，以5 mV/s扫描速率记录的PEO12–LiDFOB–8 wt% TiO2 NSPE的LSV曲线。在1–6 V范围内对Li?/Li的电流响应几乎可以忽略不计（约4.51 V），表明在该电位窗口内没有明显的电化学分解或不希望的副反应发生，因此电解质保持了其结构和电化学的完整性。电流在4.51 V以上急剧上升是由于聚合物-盐-填料网络的氧化降解，代表了纳米复合薄膜的上限稳定性[32]。

图6展示了在23°C下，使用Li/NSPE/Li对称电池测量的PEO12–LiDFOB–8 wt% TiO2纳米复合材料的循环伏安图。电位在–1到5 V之间以5 mV/s的速率循环，分别进行了第1、5和10次循环，以评估电化学稳定性和可逆性。在第一次循环中，电流响应略高，这可能与锂金属和电解质之间的初始表面重排或轻微的界面调整有关。随着循环的进行，电流值下降并稳定下来，这是因为形成了稳定的界面层，抑制了副反应并提高了电极-电解质的兼容性。

图6展示了在296 K下测量的含有8 wt% TiO2掺杂纳米复合电解质的循环伏安图。由于没有出现明显的氧化还原峰或电流尖峰，表明在扫描的电位范围内没有发生严重的电化学分解。因此，上述趋势进一步证实了电解质在大约5 V以下的电化学惰性和稳定性。良好的电化学可逆性和稳定的离子传输行为通过第5次和第10次循环曲线的逐渐重合得到了证明。TiO2的添加通过稳定聚合物-盐复合物、增强离子通路和抑制高电压下的寄生反应，促进了这些改善[35]。

图7展示了在2个不同的C速率（0.1 C和0.5 C）下，使用含有0 wt%和8 wt% TiO2的SPE薄膜测量的LiFePO4/PEO12–LiDFOB–TiO2/Li电池的恒电流放电曲线。所有放电曲线在3.3–3.5伏特区域都显示出一个特征性的平台，这与LiFePO4的Fe2?/Fe3?氧化还原对相匹配，表明该活性材料与这两种聚合物电解质都表现出良好的性能。原始SPE（不含TiO2）在0.1 C时具有142 mAh g?1的比容量，而含有8% TiO2的电解质则达到了163 mAh g?1的更高值，这表明其离子传输性能和界面稳定性都有所改善。当电流速率增加到0.5 C时，容量分别降至128 mAh g?1（不含TiO2）和147 mAh g?1（含8% TiO2），这与在较高循环速率下离子扩散性降低的情况完全一致。另一方面，使用含有TiO2的复合电解质的电池显示出比未添加TiO2的聚合物电池更高的容量值。这归因于8% TiO2纳米复合电解质具有更高的离子导电性、更低的界面电阻以及更强的机械强度。TiO2纳米颗粒破坏了PEO的晶体结构，使其变得更加无定形，从而提高了离子传导性，即使在高电流速率下也能实现更快的锂离子移动。此外，改进的电极-电解质接触确保了更好的电荷传输和更少的极化，表现为更平坦的放电平台以及更好的容量保持能力[36]。总体而言，放电行为证实了TiO2的加入使聚合物电解质能够在保持稳定电化学性能的同时支持更高的电流密度，使其适用于固态LiFePO4电池的实际应用。

图7显示了在不同电流速率下LiFePO4/PEO12-LiDFOB/Li和LiFePO4/PEO12-LiDFOB-8 wt% TiO2/Li电池的放电曲线。由于8% TiO2纳米复合电解质表现出更高的离子导电性、更低的界面电阻以及更强的机械强度，因此电池的容量值更高。TiO2纳米颗粒破坏了PEO的晶体结构，使其更加无定形，从而提高了离子传导性，即使在高电流速率下也能实现更快的锂离子移动。而且，改进的电极-电解质接触确保了更好的电荷传输和更少的极化，反映在更平坦的放电平台和更好的容量保持能力上[36]。总体而言，放电行为证实了TiO2的加入使聚合物电解质能够在保持稳定电化学性能的同时支持更高的电流密度，使其适用于固态LiFePO4电池的实际应用。

图8显示了使用含8% TiO2的PEO12–LiDFOB纳米复合电解质的LiFePO4/Li电池在0.1 C和23°C下的循环性能。在100次循环测试中，比容量相对稳定，虽然从初始容量逐渐下降到最终容量。100次循环后，电池仍保留了88.34%的初始放电容量，证明这种纳米复合电解质在如此长的循环测试中具有出色的长期电化学稳定性，并且锂离子传输效率高。容量衰减曲线平滑，没有突然下降或波动，表明电极/电解质界面行为稳定，副反应较小，锂金属表面的SEI层也得到了很好的维护[36]。

根据上述讨论，TiO2纳米颗粒在聚合物基体中的有益作用可能促进了循环稳定性的提升。添加TiO2可以降低PEO的结晶度并增加其无定形含量，从而提高离子导电性，进而改善充放电动力学。此外，陶瓷填料还增强了电解质的机械强度，阻止了锂树枝晶在循环过程中的渗透，并保持了界面电阻[37]。均匀分散的TiO2形成了稳定的离子传导路径，并抑制了电解质的降解，从而有利于保持一致的容量。

4. 结论

在这项工作中，系统地开发并表征了PEO12–LiDFOB–TiO2纳米复合电解质（NSPEs），以提升固态锂离子电池的性能。结构研究表明，TiO2纳米填料有效地抑制了PEO的结晶度，并通过创建更有利的锂离子传输路径促进了无定形相的形成。机械测试表明，添加8% TiO2显著提高了拉伸强度和延伸率，从而得到了机械强度较高的电解质，能够在运行过程中保持稳定的电极-电解质接触。电化学研究显示，优化的纳米复合电解质在23°C下的高离子导电性为2.68 × 10?? S cm?1，活化能为0.398 eV，远低于其他所有组合。高离子转移数（0.982）和宽广的电化学稳定窗口（高达4.51 V）进一步验证了该电解质适用于高压应用。此外，在LiFePO4/Li电池中使用时，8% TiO2电解质表现出优异的放电容量，并在100次循环后仍保留了88.34%的容量。总的来说，结构、机械性能和电化学性能的协同改进表明，TiO2改性的PEO12–LiDFOB基电解质为实现高性能、安全和耐用的固态锂离子电池提供了非常有前景的途径。

关于作者贡献的声明：
Anji Reddy Polu负责以下方面的工作：写作——审稿与编辑、撰写原始稿件、数据可视化、验证、监督、资源准备、方法论制定、实验设计、数据分析、概念化。