沥青焦在煅烧过程中的微观结构演变及其电化学性能

《Journal of Fuel Chemistry and Technology》：Microstructure evolution and electrochemical properties of pitch coke during calcination

系统研究不同光学微结构的石油焦在600-1400℃煅烧过程中微观结构演变及其与宏观性能关系，发现各向异性结构提升热稳定性，镶嵌结构增强力学性能，XW-1400在锂电负极中展现72.5%首效和384.15mA·h/g容量。分隔符：

　　

Jiao HUANG|Jiaxing YUE|Yaming ZHU|Yuzhu ZHANG|Junxia CHENG|Xuefei ZHAO

辽宁科技大学化学工程学院，中国鞍山 114051

摘要

作为一种关键的功能性碳材料，沥青焦的微观结构特性直接决定了最终产品的物理化学性质和应用性能。系统研究沥青焦在煅烧过程中的微观结构演变过程以及微观结构与宏观性质之间的关系，对于沥青焦的高值利用具有重要意义。在本研究中，三种具有不同光学微观结构的沥青焦（XQ、XW、GY）在不同的温度（600?1400 ℃）下进行了煅烧，并利用偏光显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和拉曼光谱技术分析了这些焦样品的微观形态、碳微晶结构等特性。将1400 ℃下煅烧的三种沥青焦分别用于锂离子电池正极材料中，以评估其电化学性能。研究结果表明，煅烧温度显著影响了沥青焦微观结构的有序化过程：随着温度的升高，沥青焦的各向异性逐渐增强，碳层的取向也更加明显。XW系列焦样品中的有序针状结构有效降低了煅烧过程中的体积膨胀，表现出较高的真实密度和较低的粉末电阻率。而XQ系列焦材料中的马赛克结构显著提高了其微观强度。XW-1400在锂离子电池负极材料中表现出优异的初始库仑效率（72.5%）和可逆容量（384.15 mA·h/g）。因此，通过调控生焦的初始光学结构及煅烧过程的参数，可以有效地优化沥青焦的微观结构特征，从而实现对其宏观性能的精确控制。