[发明专利]锂离子电池负极材料结构、锂离子电池及其制备方法

权利要求书

1.一种锂离子电池负极材料结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

1)将硅纳米材料、碳纳米材料及添加剂置于有机溶剂中配制出分散液，所述有机溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、乙醇或异丙醇中的至少一种，所述添加剂包括导电添加剂、稳定剂和粘结剂中的至少一种；

2)提供金属催化衬底，将所述分散液涂覆于所述金属催化衬底的上表面，所述金属催化衬底的材料为金、铂、钯、铱、钌、镍、铜中的一种或至少两种的合金材料、或具有以上金属镀层或合金镀层的其他金属箔衬底材料；

3)将步骤2)得到的结构置于还原气氛中加热至500℃～1000℃，并向所述还原气氛中通入碳源气体以在步骤2)得到的结构的上表面形成石墨烯薄膜，所述还原气氛中包括氢气、氢气与氮气的混合气体或氢气与氩气的混合气体。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料结构的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述硅纳米材料包括硅纳米颗粒、硅纳米线或硅纳米纤维中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料结构的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述碳纳米材料包括碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯粉体或富勒烯中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料结构的制备方法，其特征在于：所述导电添加剂包括乙炔黑或石墨中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料结构的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述分散液中所述硅纳米材料的浓度为3mg/ml～300mg/ml；所述分散液中所述碳纳米材料的浓度为0.1mg/ml～30mg/ml。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料结构的制备方法，其特征在于：步骤2)中，将所述分散液涂覆于所述金属催化衬底的上表面之前还包括将所述金属催化衬底进行清洗及抛光处理的步骤。

7.根据权利要求6所述的锂离子电池负极材料结构的制备方法，其特征在于：采用醋酸、硝酸或盐酸对所述金属催化衬底进行化学抛光或在磷酸条件下对所述金属催化衬底进行电化学抛光。

8.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料结构的制备方法，其特征在于：步骤2)中，采用浸渍提拉、旋涂、刮刀、喷涂、湿涂、丝网印刷、滚轮涂布或板式涂布中的任一种将所述分散液涂覆于所述金属催化衬底的上表面。

9.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料结构的制备方法，其特征在于：步骤2)与步骤3)之间还包括将步骤2)得到的结构进行热处理步骤，以将涂覆的所述分散液进行固化。

10.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料结构的制备方法，其特征在于：将步骤2)得到的结构置于还原气氛中加热至反应温度，并向所述还原气氛中通入碳源气体以在步骤2)得到的结构的上表面形成所述石墨烯薄膜具体包括如下步骤：

3-1)将步骤2)得到的结构置于管式炉中；

3-2)向所述管式炉中通入还原性气体，将步骤2)得到的结构加热至所述反应温度保温，并在保温过程中向所述管式炉中通入碳源气体，以在步骤2)得到的结构的上表面形成所述石墨烯薄膜。

11.根据权利要求10所述的锂离子电池负极材料结构的制备方法，其特征在于：步骤3-1)与步骤3-2)之间还包括对还原性气体管路进行清洗的步骤。

12.根据权利要求10所述的锂离子电池负极材料结构的制备方法，其特征在于：步骤3-2)中，向所述管式炉中通入的碳源气体包括甲烷、乙烯、乙炔、乙醇或环己烷中的至少一种。

13.根据权利要求10所述的锂离子电池负极材料结构的制备方法，其特征在于：步骤3-2)中，保温时间为5min～30min。