针状焦的应用研究概述_1000005309916111

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1、万方数据·38·炭素CARBON2010年第1期总第14l期文章编号：1001--8948(2010)01—0038--05针状焦的应用研究概述刘书林，屈彬，程俊霞，何莹，高源，杨振邦(中钢集团鞍山热能研究院有限公司，辽宁鞍山114016)摘要：针状焦是炭素工业的一种优质原料，具有热膨胀系数低、易石墨化、杂质含量低、导热率高等优点，在国防和民用工业中有其特殊用途和意义。本文主要介绍近年来针状焦在电池电极、电容器、核工程炭材料等方面应用研究的概况。关键词：针状焦；锂离子电池；电容器；核石墨doi：10．3969／j．issnl001—8948．2010．01—008中图分类号：TQl75

2、．7l+4文献标识码：ABRIEFREVIEWoFAPPLICATIONRESEARCHoNNEEDLECoKE．．I。iuShu—lin，QuBin，ChengJun—xia，HeYing，GaoYuan，YangZhen--bang(SinosteelAnshanResearchInstituteofThermo--encrgyCo．，Ltd，LiaoningAnshan114016，China)Abstract：Needlecokeisakindofrawmaterialwithperfectquality’forcarbonindustry，whichisthemoreeasi

3、lygraphitizedanditpossessestheadvantagesofthelowercoefficientofthermalexpansion，fewerimpu—rities，andhigherthermalconductivity．Therefore，needlecokehasitsspecialsignificanceandapplicationsinnationaldefencesandcivilianindustries．Theapplicationresearchprogressofneedlecokeinlithiumionbatteries，capaci

4、tors，andnuclearengineeringisreviewedinthispaper．Keywords：needlecoke；lithiumionbattery；capacitor；nucleargraphite0引言针状焦是外观为银灰色、有金属光泽的固体，表面呈明显的细长针状或纤维状的纹理走向，有润滑感，内部孔大而少，略呈椭圆形[1]，在显微镜下具有明显的纤维状结构和较高的各向异性[2]，是20世纪70年代得到大力发展的一种优质炭素材料。它具有低热膨胀系数、低孔隙率、低硫、低灰分、低金属含量、高导电率及易石墨化等一系列优点。其石墨化制品化学稳定性好，耐腐蚀、导热率高、低温和

5、高温时机械强度良好，主要用于生产电炉炼钢用的石墨电极，它所制成的超高功率石墨电极与普通功率电极相比，可缩短电炉炼钢冶炼时间50％～70％，电耗可降低20％～50％uJ。材料的结构决定了性能，材料性能又决定其应用，针状焦优良的理化性能决定了它在国民生产各领域具有很大的应用潜力，就目前而言，其应用还很不够。所以，要进行针状焦应用方面的深入研究，使收稿日期：2009一09—30作者简介：刘书林(1978一)，河北唐山人，工程师，硬士，主要从事炭素材料研究．万方数据第1期刘书林等针状焦的应用研究概述·39·这一技术最大限度地为国民生产服务。1锂离子电池电极材料目前，已实用于锂离子电池负极的都是

6、炭素材料，如石墨、中间相炭微球、石油焦、炭纤维、热解炭等。国内外以针状焦作为锂离子负极材料的研究并不鲜见。谢辉H1等人认为，将针状焦作为锂离子电池负极材料必须进行石墨化处理，未经石墨化的针状焦是一种乱层结构的炭材料，它与层状结构的石墨有极大的差异，两者结构上的差异造成了两者充放电性能的不同，要减少这种差异，提高针状焦的冲、放电性能，就必须用高温热处理的方法使针状焦石墨化。他们的试验结果表明：当热处理温度小于等于l500‘C时对其微观结构和充、放电性能没有多大改变，当热处理温度大于等于2100。C时，石墨微晶迅速成长，充放电容量迅速增大，循环性能良好，当热处理温度为2700‘C时，材料具

7、有最佳的贮锂结构，充、放电性能最好。随着热处理温度升高，石墨微晶继续增大，由于其石墨化结构过高，能阻止溶剂化锂离子插入到石墨层间的SP3键减少，试样中石墨微晶的层状结构在溶剂化锂离子嵌入后发生层离现象，致使试样的充、放电容量下降，电化学性能变差。王文燕口3等用树脂包覆针状焦复合材料作为锂离子电池的负极材料，研究表明包覆形成核壳结构，以石墨化后的针状焦为核具有石墨的电化学优点，外面包覆的热解树脂炭，既能避免片层易于剥离的缺点，又可以减少热解炭的电