【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池电解液制备，涉及一种新型电解液设计及包括使用该电解液的锌基电池，尤其涉及一种通过双相稳化策略提升电池性能的电解液及其应用。
技术介绍
1、基于能源需求的日益增长，绿色清洁能源(如风能、太阳能和潮汐能)引起了全世界的广泛关注。然而，它们的有效利用在很大程度上受到可再生能源固有的间歇性和不可扩散性的限制。将这些间断性电能存储(ees)起来是一种很有前途的方法，可以保证能源输出时的稳定与持续性。在现有的ees技术中，可充电锂离子电池(libs)无疑已成为主角，特别是在便携式电子产品和电动汽车的能源市场。然而，它们作为大规模ees系统的应用受到几个问题的严重困扰，包括有限的锂储量，高昂的原材料成本，以及与易燃有机溶剂相关的安全问题。这一困境促使研究人员寻求具有环保、经济效益、安全性和出色的循环稳定性/倍率性能的先进电池系统。
2、在安全性、生产力、经济和生态方面，水系电池被认为是在大规模应用中最有前途的储能系统。由于水系电解质的优点，即使电池短路，也没有火灾或爆炸等安全问题。电解质对水分和氧气的不敏感性也保证了电池的容易组装，这可以在环境气氛下进行，显著提高了电池制造的效率。相较于钠、钾、钙、镁和铝基水系电池，锌金属能够在潮湿环境保持相对稳定，并具有高安全性、低成本和高理论容量(820mah g-1,5851mah cm-3)的内在优势，因此水系锌基电池在大规模能储能领域成为最有竞争力的候选者。采用锌阳极不仅大大简化了电池的制造程序，而且还提高了水基电池的工作窗口，这使得水系锌基电池成为电网规模储能的一个有
3、然而，尽管水系锌基电池受到了广泛关注，但锌金属负极与水系电解液间仍面临严重的问题，这使得当前电池性能远无法满足实际应用。其中，锌枝晶生长与水系电解液导致的析氢腐蚀与副反应时当前水系锌基电池面临的两大挑战。理想情况下，锌负极界面应该保持光滑致密的形态，从而实现高度可逆的锌金属沉积与剥离。但在实际应用中，锌负极界面电场与锌离子通量并不均匀，因此锌在沉积过程中倾向形成不均匀、树枝状的锌金属。锌负极表面的突起比其他地方有更高的曲率，导致由于“尖端效应”而产生相当高的电场来吸引zn2+突起经过长期积累，最终演化为锌枝晶。这些锌枝晶一方面可能会刺穿隔膜引发电池内部短路失效，另一方面可能从基片上剥离引发库伦效率和电池容量的快速衰减。
4、以往对锌电池的研究策略集中在负极改性和电解液改性上。负极改性主要是在锌负极界面上人工涂覆改性材料或原位生长改性材料。而电解液改性主要是改善电解液性质，优化水合锌离子结构。综上，以往研究往往致力于研究负极或电解液单方面工作。而本专利技术将电池电解液与电极两相作为一个系统性单元，通过向电解液中引入双相稳化添加剂，同步实现了电解液与电极的原位优化，以往尚无此相关内容的研究工作。
5、相比与以往研究工作，本专利技术通过双相稳化策略系统性解决了锌电池所面临的严峻问题。本专利技术通过使用一种含有双相稳化添加剂的电解液能有效提升锌负极的循环稳定性，通过同步稳定锌负极与电解液，显著抑制锌枝晶与死锌的出现，极大提升了运行过程中锌沉积剥离的可逆性与稳定性。此外，本专利技术提出的制备方法简单高效，易于商业化生产实施，为提升锌电池电化学性能提供了新的思路，对高性能锌基电池的发展具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种通过双相稳化策略提升电池性能的电解液及其应用，该电解液尤其可用于锌基电池，可显著改善电池循环稳定性、解决锌枝晶生长与析氢问题，可对电池优化改性。本专利技术提出的双相稳化策略起到多重优化的高效作用，同步解决了锌负极界面锌沉积剥离可逆性差、电解液活性高导致析氢腐蚀严重等问题。使用本专利技术电解液的锌基电池循环稳定性得到显著提升，锌沉积剥离可逆性得到显著加强。同时，本策略成本低廉、工艺简单、效果显著，利于批量化生产，进一步推进了锌基电池在储能领域的实际应用进程。
2、为实现上述目的，本专利技术所采用的的技术方案是：
3、一种通过双相稳化策略提升电池性能的电解液，包括去离子水、主电解质与双相稳化添加剂。
4、以锌基电池的电解液为例，首先采用去离子作为溶剂超声溶解主电解质作为基础电解液。其中，主电解质成分为硫酸锌、三氟甲烷磺酸锌、氯化锌、溴化锌等锌盐中的至少一种。为制备双相稳化的高性能电解液，需要进一步向基础电解液中添加微量双相稳化添加剂并超声至完全溶解。所采用的双相稳化添加剂为3-溴-5-硝基苯甲酸、甲硝唑、羟基甲硝唑、2-硝基咪唑、4-甲基-5-硝基咪唑中的至少一种。
5、这些双相稳化添加剂具有高氧化性硝基基团，能够在与锌负极接触时氧化锌负极在界面处形成三维多孔网格界面。这些网格界面一方面可以保护锌负极免受腐蚀干扰，一方面作为锌沉积剥离基底实现锌金属的限域沉积与剥离。双相稳化添加剂反应后，其上的硝基基团被还原成氨基基团分散于电解液中，起到稳化电解液降低电解液活性的作用，进一步抑制了析氢腐蚀现象的发生。本方案将微量双相稳化添加剂引入电解液中，相较于传统界面改性与电解液改性，本方案更加高效便捷，同步实现了双相稳定，为构建高性能锌基电池提供了新的见解，对推动锌基电池的发展起到了重要作用。
6、本专利技术所述的用于锌基电池的含双相稳化添加剂的电解液，溶剂为去离子水，电阻为16～25mω。
7、进一步地，所述电解液的主电解质为硫酸锌、三氟甲烷磺酸锌、氯化锌、溴化锌等锌盐中的至少一种，浓度在0.5mol l-1～3mol l-1。
8、进一步地，所述电解液的双相稳化添加剂为3-溴-5-硝基苯甲酸、甲硝唑、羟基甲硝唑、2-硝基咪唑、4-甲基-5-硝基咪唑中的至少一种，浓度在0.1g l-1～10g l-1。
9、本专利技术所述含双相稳化添加剂的电解液可应用于锌基电池中。所述锌基电池包括锌负极、隔膜与含有活性成分的正极以及所述含双相稳化添加剂的电解液。所述的电解液也可用于其他电池中。
10、与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：(1)传统改性策略往往集中于电极改性与电解液改性单方面，常常顾此失彼，无法兼顾。本方案采用含双相稳化添加剂的电解液，可以通过双相稳化策略同步实现负极与电解液稳化，提升电池电化学性能。(2)电解液中的双相稳化添加剂可以诱导锌负极形成特有的三维网格界面，诱导锌金属在其内限域沉积剥离，锌沉积剥离可逆性得到显著改善。(3)电解液中的双相稳化添加剂与负极界面后，其上的硝基基团转变为氨基基团，降低电解液ph,弱化电解液活性，从而抑制析氢腐蚀，均匀化锌离子通量。(4)本策略相比于以往研究更加便捷，利于产业化应用生产。(5)所述含双相稳化添加剂的电解液可以同步解决锌负极与电解液面临的问题，提升锌基电池的循环稳定性。
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1.一种通过双相稳化策略提升电池性能的电解液，其特征在于，所述电解液包括去离子水、主电解质与双相稳化添加剂。
2.如权利要求1所述的通过双相稳化策略提升电池性能的电解液，其特征在于，所述的双相稳化添加剂，其成分为3-溴-5-硝基苯甲酸、甲硝唑、羟基甲硝唑、2-硝基咪唑、4-甲基-5-硝基咪唑中的至少一种。
3.如权利要求1所述的通过双相稳化策略提升电池性能的电解液，其特征还在于，所述双相稳化添加剂在电解液中的含量极其微量，为0.1gL-1～10g L-1。
4.如权利要求1所述的通过双相稳化策略提升电池性能的电解液，其特征在于，所述双相稳化添加剂能实现双相稳化效果，具体体现在：一方面，能在电池负极表面形成三维多孔网格基底，实现多孔网格中的限域沉积剥离；一方面反应后的双相稳化剂基团发生改变对电解液起到稳化作用，降低电解液活性，从而抑制析氢腐蚀。
5.一种锌基电池，其特征在于，所述电池含有如权利要求1-4任一项所述的电解液。
【技术特征摘要】
1.一种通过双相稳化策略提升电池性能的电解液，其特征在于，所述电解液包括去离子水、主电解质与双相稳化添加剂。
2.如权利要求1所述的通过双相稳化策略提升电池性能的电解液，其特征在于，所述的双相稳化添加剂，其成分为3-溴-5-硝基苯甲酸、甲硝唑、羟基甲硝唑、2-硝基咪唑、4-甲基-5-硝基咪唑中的至少一种。
3.如权利要求1所述的通过双相稳化策略提升电池性能的电解液，其特征还在于，所述双相稳化添加剂在电解液中的含量...
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