锂离子电池是最有效和广泛使用的电池技术之一。然而，电池的电解质主要含有有机碳酸溶剂，它们被认为是高度易燃的，温度窗口很窄。为确保它们在极端温度下运行时不会着火，工程师必须设计更安全的电解液，这些电解液不仅不易燃，而且能够在很宽的温度范围内运行。

加州大学圣地亚哥分校的ShirleyMeng小组和陆军研究实验室的研究人员最近开发了新的液化气电解质，可用于生产可在-60至55oC安全运行的锂金属电池。这些电解质具有独特的结构，在NatureEnergy上发表的一篇论文中进行了概述，这使得它们能够灭火。

“液化气电解质(LGE)是我们研究小组在2017年发表在《科学》杂志上的一篇论文中首先概念化的，并且已经开发了五年多，”孟教授实验室从事该领域研究的研究人员YijieYin，告诉TechXplore。“它由多种碳氟化合物气体组成，在压力下会液化，形成化学稳定、冰点低、成本低的电解质。”

与之前论文中介绍的许多最先进的电解质相比，Yin及其同事设计的LGE与锂金属电池具有高度的兼容性。在使用锂负极的初始测试中，它在500次循环中达到了99.6%的平均库仑效率(CE)，并且能够在极端条件下循环18650节电池。

该团队设计的初始LGE是基于氟甲烷(FM)和二氟甲烷(DFM)。尽管它们具有优势，但这些电解质在中等操作压力下仍然是易燃的。

“为了克服我们之前测试所揭示的安全问题，我们通过在其成分中加入清洁的灭火剂来体现LGE的安全特性，这是LGE系统独有的功能，”Yin解释说。“1,1,1,2四氟乙烷(TFE)和五氟乙烷(PFE)是灭火溶剂，还能保持低冰点，降低蒸气压，成本低。”

该团队最近的论文中介绍的新LGE大部分(即，其体积比的80%以上)由清洁的灭火成分TFE和PFE组成。这大大提高了它们的安全性，大大降低了锂金属电池在高温下着火的风险。

“我们还添加了二甲醚来溶解盐，并形成高浓度的盐醚比电解质，从而为锂和阴极提供宽广的电化学窗口和稳定的界面，”尹说。“由于它们的低蒸汽压(~5atm)，液化气溶剂可以很容易地根据它们在不同温度下的蒸汽压差进行回收。”

-20oC的温度下运行，并且会在过度充电期间使设备过热。未来，尹和他的同事们介绍的LGE可以替代其中一些电解质，有助于提高锂电池技术的安全性。

由于其独特的溶剂化结构，所开发的电解质不仅在超过130度的宽温度范围内保持接近恒定的电导率，而且确保了Li+阳离子而不是当前液体电解质中的阴离子是主要的传输物质.这两个因素都有助于提高电池倍率性能，从而允许电池在低温下运行。

在他们最近的实验中，Yin、Borodin和他们的同事展示了他们改进的LGE设计的许多优势，包括它们的性能、对宽温度的适应能力以及它们的可持续性。此外，他们的方法非常独特，因为它重新审视了电池技术电解质设计的一些基本原理。

“由于二甲醚是一种新报道的溶剂，它具有最简单的醚，可能与锂金属相容。它还具有出色的物理性能和电化学传输性能，”尹补充道。“我们现在计划在其他电池研究中挖掘二甲醚的潜力——例如，在超低温下运行的电池。追求高电压(>4.5V)电池也是我们的兴趣所在。我们的论文没有解决高电压-电压稳定性，我们将进一步开发我们的电解质以实现这一目标，并如我们的NatureEnergy论文所报道的那样保持性能多功能性。”