[发明专利]对炭黑表面进行有机磷修饰制备锂离子碳负极材料的方法

说明书

本发明涉及对炭黑表面进行有机磷修饰制备锂离子碳负极材料的方法，分别取炭黑羟基与羧基摩尔量总数倍数的亚磷酸三乙酯加入到二口烧瓶中，并加入无水二氯甲烷；向二口烧瓶中滴入氯化亚砜，其摩尔数为亚磷酸三乙酯摩尔数的0.5‑3倍，在25‑65℃下反应0.5‑24小时；将炭黑分散在二氯甲烷溶剂中，而后将其加入到步骤3)二口烧瓶中，再加入三乙胺，在25‑65℃下继续反应0.5‑48小时；反应结束后，将反应后的炭黑用三氯甲烷洗涤，真空干燥。优点是：本发明在炭黑表面引入了有机磷官能团，与原有炭黑相比，通过有机磷官能团修饰后的炭黑首圈可逆，储锂容量提升到950mAh/g。

技术领域

本发明涉及锂离子电池碳基负极材料领域，尤其涉及一种对炭黑表面进行有机磷修饰制备锂离子碳负极材料的方法。

背景技术

近些年来，锂离子二次电池负极材料的研究已经取得了重大进展，其中石墨负极材料已经被成功的商业化，但随着高功率电动汽车、混合动力汽车等产业的兴起，对电极材料的安全性能以及倍率性能提出了更高的要求。石墨材料由于较低的倍率性能已经不能满足未来锂离子电池的需求，新型负极材料，如新型碳材料、金属、金属氧化物及其硫化物等正逐渐从实验室走向工业化生产中，其中硬碳材料凭借其价格低廉、易于制备、对环境危害小等优点，成为最具商业化潜力的电极材料。

硬碳材料为无定形结构，具有更多的储锂位点，锂离子主要是通过扩散控制插层行为来进行储存，但受动力学限制其循环/倍率性能往往较差。炭黑(CB)是一种典型的硬碳材料，具有良好的导电性且价格低廉，目前主要作为生产橡胶的添加剂、生产染料等低附加值产品，应用较为单一，但其良好的导电性赋予了其作为高附加值电极材料的潜力。2020年，Wang等人在《Electrochemistry》上发表了《Enhanced Li Ion Storage Performancesof Carbon BlackbyIntroducing Organosulfur Groups on Surface》，其通过在炭黑表面引入-COSR及-CSR等有机官能团，有效地提升了炭黑的循环稳定性，但对其储锂容量提升并不明显，限制了改性后炭黑在实际电极材料生产中的应用。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种对炭黑表面进行有机磷修饰制备锂离子碳负极材料的方法，利用炭黑表面羟基及羧基等官能团的反应活性，在炭黑表面导入有机磷官能团，提高了炭黑的储锂容量及循环稳定性。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

对炭黑表面进行有机磷修饰制备锂离子碳负极材料的方法，包括以下步骤：

1)采用Boemh滴定法对炭黑表面的羟基与羧基官能团进行测定；

2)分别取炭黑羟基与羧基摩尔量总数倍数的亚磷酸三乙酯加入到二口烧瓶中，并加入无水二氯甲烷；

3)向二口烧瓶中滴入氯化亚砜，其摩尔数为亚磷酸三乙酯摩尔数的0.5-3倍，在25-65℃下反应0.5-24小时；

4)将炭黑分散在二氯甲烷溶剂中，而后将其加入到步骤3)二口烧瓶中，再加入三乙胺，在25-65℃下继续反应0.5-48小时；炭黑在二氯甲烷中质量浓度为1g/1000mL-100g/mL；三乙胺的加入量为炭黑羟基与羧基摩尔量总数的1-5倍；

5)反应结束后，将反应后的炭黑用三氯甲烷洗涤，真空干燥；

以上过程的反应方程式为：

步骤3)的反应过程中产生的气体导入到碳酸氢钠饱和溶液中。

步骤4)中所述的二氯甲烷溶剂中二氯甲烷质量浓度为98％-100％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：