1754 工程科学学报，第43卷，第12期 的能量密度在很大程度上取决于负极材料，目前 转化、低温催化和熔盐电解等.其中，高温转化需 商用LIB的典型负极材料是石墨，这是因为它具 要消耗大量的能量，低温催化会带入大量的金属 有出色的电化学稳定性、理想的充电和放电平 杂质，而熔盐电化学转化可以克服上述缺点.HPC 台、高库仑效率和低廉的价格等优点.由于天然 由于杂质元素少，因此是熔盐电解的理想原料 的优质石墨储量十分有限，因此人造石墨是LIB 图4为通过高温电化学手段将HPC转化为石墨的 的负极材料的重要来源，主要生产方式包括高温 示意图) (a) Anthracite Purification Electrochemical Energy storage conversion device Bituminous coal Inferior coal Inferior coal HPC Graphite Battery (b) Purification Thermal extraction 350℃，1h Stirring Paddle CHSON NMP KL-Raw HPC Amorphous carbon structures Electrochemical Potentiostatic electrolysis conversion CaCl,molten salt Anode(graphite) Cathode(HPC) Graphite nanosheet 图4HPC在高温电化学中转化为石墨的示意图 Fig.Schematic diagram of HPC utiliion in high-temperature electrochemical conversion to graphite 2国内HPC的应用研究进展 质量比1：9制备混煤，并炼制坩埚焦.结果表明： 添加无灰煤后，混煤具有理想的塑性区间.坩埚焦 目前，国内对HPC的萃取过程研究相对较多， 但关于应用的研究相对较少，在一些领域仍处于 热性质得到改善，特别是380℃下洗油萃取所得 空白阶段.华北理工大学樊丽华教授研究团队长 无灰煤，其塑性区间与唐山1/3焦煤可良好的重 期从事煤的高温萃取研究，将萃取得到的无灰煤 合，混合后混煤热塑性显著提高，所得焦炭形貌平 用于制备双电层电容器的活性炭材料和配煤炼 滑致密，大孔减少，反应后强度可达84%以上 焦.郭秉霖等以内蒙古褐煤为原料，N甲基吡 安徽工业大学水恒福教授团队长期从事煤的 咯烷酮为萃取剂，在不同温度下萃取制备无灰煤， 液化和热溶研究，并将热溶物一HPC用于液化和 利用KOH活化法制备活性炭，以330℃下萃取出 炼焦配煤.Zou等以Ni-Mo-S/A1O3为催化剂 的无灰煤为原料，在碱煤质量比3：1，活化温度 对中国神府次烟煤和木质素的共同热溶物进行加 650℃，活化时间2h的条件下，对应的活性炭比表 氢液化，结果表明.几乎所有的热溶物都转化为高 面积高达1252m2g,在3 mol-L KOH电解液中 产油率，在4次循环使用的催化剂中几乎没有观 50mAg电流密度下比电容高达322Fg,2Ag 察到碳沉积.Sui等研究了在炼焦配煤中添加 的电流密度下比电容保持率仍可接近90%.樊丽 中国神府次烟煤的热溶物对焦炭性能的影响，结 华等啊将萃取的无灰煤用于配煤炼焦，将通过鄂 果表明，在炼焦混煤中加入质量分数为5%的热溶 尔多斯褐煤萃取得到的无灰煤与唐山13焦煤按 物，可以降低混煤的软化温度，从而提高焦炭质量的能量密度在很大程度上取决于负极材料，目前 商用 LIB 的典型负极材料是石墨，这是因为它具 有出色的电化学稳定性、理想的充电和放电平 台、高库仑效率和低廉的价格等优点. 由于天然 的优质石墨储量十分有限，因此人造石墨是 LIB 的负极材料的重要来源，主要生产方式包括高温 转化、低温催化和熔盐电解等. 其中，高温转化需 要消耗大量的能量，低温催化会带入大量的金属 杂质，而熔盐电化学转化可以克服上述缺点. HPC 由于杂质元素少，因此是熔盐电解的理想原料. 图 4 为通过高温电化学手段将 HPC 转化为石墨的 示意图[43] . (a) (b) Inferior coal Anthracite Purification Bituminous coal Inferior coal Electrochemical conversion HPC HPC Graphite Energy storage device Battery KL-Raw C H S O N Graphite nanosheet Thermal extraction NMP Potentiostatic electrolysis CaCl2 molten salt Cathode (HPC) Purification 350 ℃,1 h Stirring Paddle Anode (graphite) Amorphous carbon structures Electrochemical conversion 图 4    HPC 在高温电化学中转化为石墨的示意图[43] Fig.4    Schematic diagram of HPC utilization in high-temperature electrochemical conversion to graphite[43] 2    国内 HPC 的应用研究进展 目前，国内对 HPC 的萃取过程研究相对较多， 但关于应用的研究相对较少，在一些领域仍处于 空白阶段. 华北理工大学樊丽华教授研究团队长 期从事煤的高温萃取研究，将萃取得到的无灰煤 用于制备双电层电容器的活性炭材料和配煤炼 焦. 郭秉霖等[44] 以内蒙古褐煤为原料，N-甲基吡 咯烷酮为萃取剂，在不同温度下萃取制备无灰煤， 利用 KOH 活化法制备活性炭，以 330 ℃ 下萃取出 的无灰煤为原料，在碱煤质量比 3∶1，活化温度 650 ℃，活化时间 2 h 的条件下，对应的活性炭比表 面积高达 1252 m 2 ·g−1 ，在 3 mol·L−1 KOH 电解液中 50 mA·g−1 电流密度下比电容高达 322 F·g−1 ，2 A·g−1 的电流密度下比电容保持率仍可接近 90%. 樊丽 华等[45] 将萃取的无灰煤用于配煤炼焦，将通过鄂 尔多斯褐煤萃取得到的无灰煤与唐山 1/3 焦煤按 质量比 1∶9 制备混煤，并炼制坩埚焦. 结果表明： 添加无灰煤后，混煤具有理想的塑性区间，坩埚焦 热性质得到改善，特别是 380 ℃ 下洗油萃取所得 无灰煤，其塑性区间与唐山 1/3 焦煤可良好的重 合，混合后混煤热塑性显著提高，所得焦炭形貌平 滑致密，大孔减少，反应后强度可达 84% 以上. 安徽工业大学水恒福教授团队长期从事煤的 液化和热溶研究，并将热溶物—HPC 用于液化和 炼焦配煤. Zou 等[24] 以 Ni‒Mo‒S/Al2O3 为催化剂 对中国神府次烟煤和木质素的共同热溶物进行加 氢液化，结果表明，几乎所有的热溶物都转化为高 产油率，在 4 次循环使用的催化剂中几乎没有观 察到碳沉积. Shui 等[46] 研究了在炼焦配煤中添加 中国神府次烟煤的热溶物对焦炭性能的影响，结 果表明，在炼焦混煤中加入质量分数为 5% 的热溶 物，可以降低混煤的软化温度，从而提高焦炭质量. · 1754 · 工程科学学报，第 43 卷，第 12 期