D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2013.01.003 第35卷第1期 北京科技大学学报 Vol.35 No.1 2013年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2013 磁场作用下煤系针状焦的制备与电化学性能 高成凤，王保成回，王树岗，李建华，许永霞 太原理工大学材料科学与工程学院，太原030024 三通信作者，E-mail:w-baocheng(@163.com 摘要以除去喹啉不溶物的煤沥青为原料，在自制的载磁反应釜中制备针状焦.通过改变体系聚合反应最大压力及最 高温度，对针状焦制备过程中施加磁场后中间相形成阶段的温度、体系最大压力等工艺条件进行了探讨，研究了不同条 件下制备的针状焦的结构与电化学性能.采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪表征产物的结构特点：采用循环伏安法及 电化学阻抗等分析方法表征了不同条件下制备的针状焦的电化学性能.在磁场作用下，体系最大压力为0.4MP、体系 最高聚合温度为520℃时制备的针状焦具有最佳的结构及电化学性能 关键词针状焦；结构：工艺条件；电化学性能：磁场 分类号TQ522.6 Preparation of coal-based needle coke under magnetic fields and its electrochemical properties GAO Cheng-feng,WANG Bao-cheng,WANG Shu-gang.LI Jian-hua.XU Yong-zia Department of Materials Science and Engineering.Taiyuan University of Technology.Taiyuan 030024,China Corresponding author,E-mail:w-baocheng@163.com ABSTRACT Medium temperature coal tar pitch with quinoline insoluble compounds removed was used as the raw material.Coal-based needle coke was prepared in a home-made reactor with a magnetic field.The temperature and the maximum pressure for the formation of the mesophase under the magnetic field were discussed during the preparation of the needle coke.The structure and electrochemical properties of the needle coke prepared under different conditions were studied by scanning electron microscopy (SEM),X-ray diffraction (XRD),cyclic voltammetry (CV),and electrochemical impedance spectroscopy (EIS).Under the action of the magnetic field,when the maximum pressure is 0.4 MPa and the maximum temperature is 520 C,the needle coke has the best structure and electrochemical properties. KEY WORDS needle coke;structure;process conditions;electrochemical properties;magnetic fields 针状焦是20世纪70年代炭素材料中大力发展 产品的依赖有重要意义. 的一个优质炭素原料，具有低热膨胀系数、低杂质 煤沥青针状焦作为中间相沥青的最终炭素产 含量、高导电率、易石墨化等一系列优点1-到在 品之一，其品质直接取决于前期中间相炭层结构以 偏光显微镜下观察针状焦具有明显的纤维状结构和 及发达的域组织结构的产生，因此中间相结构的形 较高的各向异性，不仅用于制备电弧炉炼钢、炼 成及其影响因素是人们研究的热点10-1川.由于煤 铝等所需的高功率石墨电极(HP)和超高功率石墨沥青成分复杂，经过不同工艺精制预处理以后，其 电极(UHP),而且作为超级电化学电容器)和高能 芳香性指数、软化点等各方面都存在差异，所以需 锂离子电池的负极材料也具有重要的应用前景6-9). 要对煤沥青中间相形成阶段的工艺参数进行正确 针状焦的生产原料通常有煤沥青和石油沥青，以煤 选择和优化.赵世贵等☑]发现加入磁场后制备的 沥青为原料制备高品质针状焦，对充分利用我国丰 针状焦结构更加有序，针状组织增多，焦体内部分 富的煤沥青资源，生产高附加值产品，减少对国外子排列更致密.因此，为了制备有序结构针状焦，本 收稿日期：2011-12-24 基金项目：国家自然科学基金资助项目(21043009)：山西省国际科技合作项目(2011081019)第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 磁场作用下煤系针状焦的制备与电化学性能 高成凤 , 王保 成 囚, 王树 岗, 李建 华, 许 永 霞 太原理工大学材料科学与工程学院, 太原 区 通信作者 , 一 一 摘 要 以除去哇琳不溶物的煤沥青为原料, 在自制的载磁反应釜中制备针状焦 通过改变体系聚合反应最大压力及最 高温 度 , 对 针状 焦 制 备过程 中施加磁场 后 中间相形成 阶段 的温度 、 体系最 大压力 等工艺条 件进行 了探 讨 , 研 究 了不 同条 件 下制备 的针 状焦 的 结构 与 电化 学性能 采用扫 描 电 子显微 镜 、 射线 衍射仪 表 征产物 的结构特 点 采 用循 环伏 安法及 电化学阻 抗等 分析 方 法表 征 了不 同条件 下制备 的针状 焦的 电化 学性能 在磁场 作用 下 , 体 系最大 压力 为 。, 、 体 系 最 高聚合 温度 为 ℃时 制备 的针状 焦具有最 佳 的结构及 电化 学性能 关键 词 针状 焦 结构 工 艺条件 电化 学性能 磁场 分类 号 一 介 , 恻 。一 困, 恻 、一 , 一肠 呵一 , , , 困 , 一 一 通 , , 、 、 , 一 一 一 川 , 一 一 , 、 , 一即 价 , , , , , 一 ℃ , 针状焦 是 世纪 年代炭素材料 中大力发展 的一个优质炭素原料 , 具有低热膨胀系数 、低杂质 含量 、 高导 电率 、 易石墨化等一系列优点 `一 在 偏光显微镜下观察针状焦具有 明显的纤维状结构和 较高的各 向异性 , 不仅用于制备电弧炉炼钢 、炼 铝等所需的高功率石墨电极 和超高功率石墨 电极 , 而且作为超级 电化学电容器阎和高能 铿离子电池的负极材料也具有重要的应用前影 一” 针状焦的生产原料通常有煤沥青和石油沥青, 以煤 沥青为原料制备高品质针状焦 , 对充分利用我 国丰 富的煤沥青资源 , 生产 高附加值产 品, 减少对国外 产品的依赖有重要意义 煤沥青针状焦作 为中间相 沥青 的最终炭 素产 品之一, 其 品质直接取决于前期中间相炭层结构 以 及发达的域组织结构的产生 , 因此 中间相结构 的形 成及其影响因素是人们研 究的热点阵。一川 由于煤 沥青成分复杂 , 经过不同工艺精制预处理 以后 , 其 芳香性指数 、软化点等各方面都存在差异 , 所 以需 要对煤沥青 中间相形成阶段的工艺参数进行正确 选择和优化 赵 世贵等 发现加入磁场后制备的 针状焦结构更加有序, 针状组织增 多, 焦体 内部分 子排列更致密 因此, 为了制备有序结构针状焦 , 本 收稿 日期 一 一 基金项 目 国家 自然科学基金资助项 目 山西省国际科技合作项目 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2013.01.003