程俊霞,满梦瑶,褚宏宇,吴秋萍,宋帅超,文锡量,朱亚明,赵雪飞

(辽宁科技大学 化学工程学院,辽宁 鞍山 114051)

0 引 言

可再生能源的规模化、连续化利用是助力我国实现“双碳”战略目标的重要途径,因此高效能量储存器件的开发迫在眉睫。碳电极材料是储能器件中常见负极部分,对储能器件性能提高至关重要。碳电极材料前驱体来源丰富,如有机化合物、树脂、生物质、煤、沥青及其衍生物等[1-7]。其中沥青基碳电极材料因碳收率高、来源丰富、价格低廉等优点被认为是最理想的前驱体[8]。尽管沥青类碳结构均属于“涡轮”无定型非石墨化碳,但同类型碳不同结构炭制品高度依赖于前驱体[9]。而沥青是一种热塑性物质,高温下沥青由固态转化为液态,仅靠改变热转化温度很难控制炭制品结构。因此,对前驱体沥青进行改性处理是制备理想炭材料的关键环节。

沥青改性处理方法有热聚合法[10]、共聚合法[11]、预氧化法[12]、化学交联法[13]等。其中前几种方法采用较高温度(大于250 ℃)或较长时间才有明显改性效果。化学交联利用亲电取代反应原理,通过加入一定量交联剂和催化剂即达到很好的改性效果,同时反应条件比较温和,操作过程易控制,常用于沥青树脂制备。随着储能用大层间距炭材料需求增加,对沥青进行化学交联是实现炭材料碳层间距扩大的显著方法[14]。沥青经过化学交联后,由于形成的多环芳烃结构中连接芳香核的基团因交联剂不同而存在差异,交联剂为对苯二甲醇时,连接缩合芳香核的为亚甲基;以苯甲醛为交联剂时,连接芳香核的是次甲基,而以对苯二甲酰氯为交联剂时,连接芳核的是羰(酮)基[15]。……