【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池，具体涉及一种硫-硅全电池的制备方法和硫-硅全电池。
技术介绍
1、现有的商用化锂离子电池的比能量大约为200wh/kg，很难满足人们对二次电池高比能量的需求。可充电锂金属-硫电池因其具有较高的理论能量密度(2500wh/kg)而受到广泛的关注和研究。同时，由于硫在自然界中含量丰富、廉价且无毒，与传统锂离子电池相比，锂金属-硫电池还具有更低的成本、环境更友好的特性。
2、尽管具有相当大的优势，锂金属-硫电池的实际应用也遭遇了许多挑战。其中，锂金属负极存在的问题便是其中之一。在充放电过程中，随着电流密度的增加，锂枝晶会在锂金属负极上快速生长，这会导致严重的安全隐患。此外，硫正极在充放电过程中形成的多硫化物也会穿梭到锂金属负极侧，与其发生反应，导致容量衰减、低库伦效率以及严重的锂金属腐蚀。目前，人们已经开发了类似人工涂层、电解质改性等锂金属保护的策略。然而，锂金属-硫电池距离实际应用仍存在一定的距离。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本专利技术提供了一种硫-硅全电池的制备方法，该方法制备的硫-硅全电池有较高的硫负载量以及循环后容量保持率、电池综合性能良好。
2、本专利技术还提供了一种硫-硅全电池。
3、本专利技术的第一方面提供了一种硫-硅全电池的制备方法，包括利用涂覆有硅碳浆料的极片a为半电池正极、以锂片为半电池负极，组装成半电池进行预嵌锂，将得到的极片a作为负极，以及利用涂覆有碳硫材
4、采用硅负极替代锂金属负极，与硫正极匹配，形成硫-硅全电池。硅负极的理论比容量为3600mah/g，与锂金属相当(3860mah/g)。此外，硅负极的脱锂电位较低，约为0.4vvs.li/li+。这些优势使硅负极成为了一种锂金属负极的潜在替代品。在硫硅电池中，根据锂离子的来源不同，可以分为两大类：1.正极型硫硅电池；2.负极型硫-硅电池。其中，正极型硫-硅电池使以硫化锂(li2s)作为锂离子的来源，而负极型硫-硅电池的锂源为预锂化的锂硅合金负极。
5、硫-硅电池具有一些潜在的优势，如较高的能量密度(理论比能量为2000wh/kg)、资源丰富、环境友好、安全性较高等。虽然硫硅全电池在研究和开发阶段，但它代表了一种有潜力的电池技术，特别是在追求更高能量密度和更环保、更安全的能源存储解决方案方面。
6、本专利技术关于硫-硅全电池的制备方法的技术方案中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
7、本专利技术的制备方法，相对于锂金属-硫电池，所得的硫-硅全电池的安全性能得到极大提高。短路测试中，锂金属-硫电池短路后无法恢复，而硫-硅全电池短路后可以充电恢复，并继续循环。
8、本专利技术的制备方法，从负极侧预嵌锂，避免了硅碳负极首圈库伦效率低的问题，进而避免了全电池中可逆锂的损失。
9、本专利技术的制备方法，以硅碳作为负极，嵌锂过程中形成锂硅合金，极大地减少了锂枝晶的产生。
10、本专利技术的制备方法，资源丰度高，电池成本较低。
11、本专利技术的制备方法，无需昂贵的设备和复杂的过程控制，反应条件不苛刻，原料易得，生产成本低，容易工业化生产。
12、根据本专利技术的一些实施方式，所述预嵌锂时施加的压力为300psi～650psi。
13、根据本专利技术的一些实施方式，所述预嵌锂时的电解液包括锂硫电解液。
14、根据本专利技术的一些实施方式，所述锂硫电解液的用量为5μl/mg～30μl/mg。
15、根据本专利技术的一些实施方式，所述预嵌锂时的电流密度为50ma/g～200ma/g。
16、根据本专利技术的一些实施方式，所述碳硫材料中，碳材料与硫的质量比为1～4:1。
17、根据本专利技术的一些实施方式，所述碳材料包括介孔碳、碳纳米管和导电碳中的至少一种。
18、根据本专利技术的一些实施方式，所述正极中，还含有催化剂。
19、根据本专利技术的一些实施方式，所述催化剂包括二硼化钛、二硼化锆、硼化铁、硼化钴和硼化镍中的至少一种。
20、根据本专利技术的一些实施方式，硫-硅全电池的制备方法包括以下步骤：
21、s1：将碳毡集流体进行热处理；
22、s2：配制硅碳负极浆料，涂敷于碳毡上，干燥后得到极片a；
23、s3：以极片a为正极、锂片为负极，组装扣式半电池，进行预嵌锂；
24、s4：将碳材料与硫混合后加热，得到碳硫正极材料；
25、s5：加入催化剂与碳硫正极材料均匀混合，也可以不加催化剂，直接使用碳硫正极材料配置成碳硫正极浆料，并均匀涂敷于碳毡上，干燥后得到极片b；
26、s6：拆除s3中的电池，得到预嵌锂的极片a；
27、s7：以预嵌锂的极片a为负极，极片b为正极，组装成硫-硅全电池。
28、步骤s1中：
29、碳毡为商用的碳毡。
30、碳毡的厚度可以为1mm～3mm。
31、热处理的温度可以为800℃～1200℃。
32、热处理的时间可以为1h～3h。
33、热处理后，可以将碳毡切成直径为12mm左右的圆片。
34、对碳毡进行热处理，提高了碳毡的石墨化程度和导电性。
35、使用碳毡为三维集流体，可以得到较高硫负载的硫-硅全电池。
36、步骤s2中：
37、硅碳负极与粘结剂和导电剂的质量配比可以为8：1：1。
38、配制硅碳负极浆料所用的粘结剂包括聚偏二氟乙烯(pvdf)、聚丙烯酸(paa)、羧甲基纤维素(cmc)、聚丙烯腈(pan)中的一种。
39、导电剂包括碳纳米管(cnt)。
40、所述粘结剂与溶剂的质量比可以为1:10～30。
41、步骤s3中：
42、组装扣式电池时，不同厚度(1mm～3mm)碳毡组装电池时对应施加不同的外压(300-650psi)，所使用的电解液为锂硫电解液(1.0m litfsi in dme:dol＝1:1vol％with0.2m lino3)，用量为5μl/mg～30μl/mg，预嵌锂时所用电流密度为50ma/g～200ma/g。
43、步骤s4中：
44、碳材料与硫的质量比为1～4:1。具体碳材料与硫的质量比可以是6:4、7:3或8:2。
45、加热温度可以为100℃～300℃。
46、加热时间可以为6h～12h，所使用的碳材料为介孔碳cmk-3、碳纳米管cnt、导电碳bp2000中的一种或几种。
47、步骤s5中：
48、碳硫正极浆料与粘结剂和导电剂的质量配比可以为8:1:1，所使用的粘结剂可以为聚偏二氟乙烯(pvdf)，导电剂可以为碳纳米管(cnt)，粘结剂和溶剂的质量比例可以为1:20～本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硫-硅全电池的制备方法，其特征在于，包括利用涂覆有硅碳浆料的极片A为半电池正极、以锂片为半电池负极，组装成半电池进行预嵌锂，将得到的极片A作为负极，以及利用涂覆有碳硫材料的极片B作为正极，将所述极片A和极片B组装成硫-硅全电池的的步骤。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预嵌锂时施加的压力为300psi～650psi。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预嵌锂时的电解液包括锂硫电解液。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述锂硫电解液的用量为5μL/mg～30μL/mg。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预嵌锂时的电流密度为50mA/g～200mA/g。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳硫材料中，碳材料与硫的质量比为1～4:1。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述碳材料包括介孔碳、碳纳米管和导电碳中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述正极中，还含有催化剂。
<...【技术特征摘要】
1.一种硫-硅全电池的制备方法，其特征在于，包括利用涂覆有硅碳浆料的极片a为半电池正极、以锂片为半电池负极，组装成半电池进行预嵌锂，将得到的极片a作为负极，以及利用涂覆有碳硫材料的极片b作为正极，将所述极片a和极片b组装成硫-硅全电池的的步骤。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预嵌锂时施加的压力为300psi～650psi。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预嵌锂时的电解液包括锂硫电解液。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述锂硫电解液的用量为5μl/mg～30μl/mg。
5.根据权利要求1所述的制备...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢昭天，何欣，彭乐乐，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：
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