[发明专利]一种对炭黑表面进行修饰生产硅醚的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用炭黑生产硅醚的方法，特别是一种对炭黑表面进行修饰生产硅醚的方法。

背景技术

近年来，面临石油等不可再生能源的日渐枯竭，清洁能源和可再生能源的研发与利用已经引起各国的广泛重视。锂离子电池由于具有工作电压高，质量轻，比能量大，自放电小，循环寿命长，无记忆效应，无环境污染等突出优点，成为摄像机、移动电话、笔记本电脑以及便携式测量仪等电子装置小型轻量化的理想电源，也是未来汽车高能动力电池的首选电源。在锂电池制备过程中，通过添加导电剂来改善电极极板的电子导电性，降低电池内阻、提高锂离子迁移率。故导电剂是锂离子电池阴极中不可缺少的成分，选择最优的导电剂是保证电池有较高性能的重要因素。其中，炭黑是常用的锂离子电池导电剂，但是炭黑在生产过程中，表面常形成羟基，羧基等活性含氧官能团，这些官能团的存在影响炭黑的储锂机能。据报道，Si-O-C材料具有较高的可逆容量和较好的循环性能。最早将C/Si-O-C无定形材料应用于锂离子电池负极材料的是加拿大Dalhousie University的Dahn教授。Dahn教授认为，C/Si-O-C无定形材料既可以保持Si的高容量，又可以利用碳的延展性保持硅结构的完整性，从而制备出可逆容量较高、没有充放电滞后现象的Si/C负极材料。因此把硅原子引入炭黑表面，形成Si-O-C无定形材料成为炭黑在电极材料应用中的重要课题。

最近，华东理工大学的李秋影等发表在《复合材料》2012年第5期上的文章“炭黑的表面修饰及其对炭黑/硅橡胶导热性能的影响”，报道了用羟基硅油对炭黑表面进行修饰，在炭黑的表面导入了硅醚官能团。经硅油修饰后的炭黑，除了改善与橡胶之间的相容性之外，还具有较好的导热性。该法使用氯化亚砜等反应活性强的不稳定试剂，同时用甲苯抽提等方法对修饰后的炭黑进行精制。另外，南华大学的张恩贺等发表在《应用化学》2014年第1期上的文章“改性炭黑对复合材料介电性能的影响”一文，通过硅烷偶联剂对炭黑进行修饰，也在炭黑的表面导入了硅醚官能团，在改善炭黑相容性的同时，提高了其表面介电常数。但上述两种方法在扩大硅修饰的有机硅官能团的选择上存在着一定的局限性，且-OSi-键又存在着空气中的稳定性等问题，影响修饰后炭黑在实际电极材料生产中的应用。根据Ortega-Vinuesa J提出的空间位阻稳定机理，通过在炭黑粒子上导入带有空间位阻的硅原子使得粒子间彼此不能继续靠近，从而保持其分散稳定性的同时又能提高修饰后的-OSi-键的空气中的稳定性。因此，通过对炭黑表面羧基和羟基的硅修饰反应，可以提高修饰后炭黑作为电极材料的实际应用性。

发明内容

本发明提供了一种对炭黑表面进行修饰生产硅醚的方法，制备具有好的稳定性和导电性的锂离子电池导电剂。

本发明提供的一种对炭黑表面进行修饰生产硅醚的方法包括以下步骤：

a.常温下，将磁力搅拌器的转子置入反应器中，并打开磁力搅拌器开关；

b.将四氢呋喃和炭黑加入到反应器中，炭黑与与四氢呋喃的质量比为1：4.4；

c.在反应器中再加入二乙胺和三甲基氯硅烷，三甲基氯硅烷与二乙胺的质量比为6：1，反应器封口，在磁力搅拌器的转子搅拌下反应20-24小时，反应式为：

d.将反应生成物真空抽滤干燥，得到硅醚产品；

e.采用红外光谱仪对硅醚产品进行检测，硅醚产品在波数2924和1110cm^-1的特征峰分别对应于-CH₂-和Si-O-C的伸缩振动峰，表明在改性炭黑表面成功接枝了硅原子。

本发明与现有同类技术相比，其显著地有益效果体现在：本发明常温条件下，采用有机化学反应法，将炭黑与三甲基氯硅烷，在四氢呋喃溶剂中发生表面化学反应，使炭黑表面羟基与三甲基氯硅烷反应形成硅醚，在提高炭黑结构性的同时也提高了硅原子上的空间位阻。

附图说明

图1是一种对炭黑表面进行修饰生产硅醚的工艺流程图。

图2是硅醚的红外光谱表征图。

具体实施方式

下面结合附图，以实验室小型生产为例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种对炭黑表面进行修饰生产硅醚的方法的步骤如下：

a.常温下，将磁力搅拌器的转子置入锥形瓶中，然后将锥形瓶置于磁力搅拌器上，并打开搅拌器开关；

b.称量66.5g四氢呋喃加入到锥形瓶中，将15g炭黑(N330)加入到四氢呋喃溶液中；