问题描述

石油基炭材料及其制备的石墨制品，在国防军工、航空航天、核工业、冶金、新能源汽车等诸多领域得到了广泛的应用，但在超高功率石墨电极本体及接头、高能量密度锂电池负极材料、各向同性核石墨、高性能沥青基碳纤维、优质炭素材料用石油沥青等产品国内还以中低端为主，高端产品还主要依赖进口，有些甚至受到严格管控。因此实现石油基炭材料的高端化发展，尤其在“双碳”目标下，实现炼油“油转特”转型升级具有很现实的意义。必须加大高端应用技术研发，打造具有自主知识产权的高端炭材料生产技术。

问题背景

石油基炭材料及其石墨类制品需求明显上涨，部分战略物资原料供应仍依赖欧美日等国外供应商，为解决“卡脖子”问题，中石化石油化工科学研究院一致致力于油系针状焦生产技术迭代升级、高性能沥青基碳纤维、高性能沥青产品和各向同性焦等技术的研发，以响应国家重大战略需求及产业链终端多样化消费诉求。石油基炭材料的高端化技术任重道远，仍需在原料结构及性质表征、制备过程反应机理研究、产品结构和应用性能构效关系等方面开展研究。

最新进展（截止问题发布年度）

为实现石油基炭材料高端化，仍需持续在以下五个方面开展科研攻关和技术研发。

一、高端油系针状焦

1、超高功率石墨电极用针状焦

大功率电炉炼钢配套使用的600mm及以上规格超高功率石墨电极本体和接头用高端油系针状焦是今后需求增长的重点。高端油系针状焦煅后焦要求硫含量<0.35%，氮含量<0.15%，石墨化后热膨胀系数（室温~600℃）<1.05×10-6/℃。需要开发催化油浆选择性脱硫脱氮技术和芳烃纯化技术，满足针状焦生产对原料的要求；开发针状焦质量调控和质量快速评价技术，满足生产装置稳定操作和产品质量提升的需要。研究原料组成和工艺条件对中间相形成的影响，指导针状焦生产技术开发；研究针状焦纳微结构与应用性能的关系，指导针状焦质量及应用性能评价，拓宽针状焦应用领域。

2、高能量密度锂电池负极材料用针状焦

我国新能源汽车动力电池快速发展，作为负极材料主要原料的优质油系针状焦市场前景广阔。能量密度358mAh/g以上负极材料电性能、使用寿命、能量密度等壁垒形成“卡脖子”技术。以石墨化度达到95%，能量密度达到358～360mAh/g高能量密度锂电池负极材料用针状焦生产技术是攻关的重点。研究石油焦前驱体结构调变、石油焦纳微结构与储锂性能的关系，指导电池负极专用焦质量及应用性能评价；开发锂电池负极针状焦质量调控和快速评价技术，满足生产装置稳定操作和产品质量提升的需要。

二、各向同性焦

1、核石墨用各向同性焦

以各向同性焦为原料制备的“三高”（高密度、高强度、高纯度）核石墨，要求煅后焦硼当量含量<0.1ppm，钒含量<15ppm，灰分<500ppm，硫含量<0.3%，需要开发催化油浆和乙烯焦油的芳烃纯化和杂质脱除技术，满足核石墨专用石油焦对原料的要求。开发致密性高的细镶嵌结构各向同性焦生产技术和性能评价技术。

2、锂离子电池负极材料用各向同性焦

以各向同性焦为原料组分，通过合适的配比制备复合负极材料有望助力提升锂离子电池的综合性能。各向同性焦应用于锂离子负极材料，可提升锂离子电池的快充、循环性能和低温性能。

三、中间相沥青基碳纤维

高性能沥青基碳纤维作为碳纤维产品中的高端产品，是航天、军工等领域的国家战略材料。开发纺丝级中间相沥青制备技术，实现碳纤维纺丝沥青连续生产，产品中间相含量100%，软化点260±20℃，残炭值≥80%，生产的碳纤维拉伸强度≥2000MPa，弹性模量≥600GPa，主要性能指标达到世界先进水平。重点开发以工业萘为原料的催化聚合法生产中间相沥青的制备技术；研究中间相沥青结构与纺丝性能的关系，研究中间相沥青结构与碳纤维的拉伸强度、弹性模量和导热性的关系。

四、炭素材料用石油沥青

高品质的浸渍剂沥青的喹啉不溶物含量<0.5%，结焦值>45%，包覆沥青的喹啉不溶物含量<1%，结焦值>50%。重点开发乙烯焦油的纯化技术及以乙烯焦油为原料的热聚法生产浸渍剂沥青、包覆沥青的制备技术；开发催化油浆的纯化技术及以乙烯焦油为原料的热聚法生产浸渍剂沥青、包覆沥青的制备技术。重点研究重质芳烃热聚生成喹啉不溶物的可控工艺。

五、普适性高端碳材料前驱体开发

开发碳材料前驱体制备技术，把脱油沥青加氢脱除杂原子（尤其是金属杂原子）和调结构，之后通过受控的催化裂化反应（FCC），把加氢DOA裂成带侧链的三环到五环（侧链长短可以通过反应程度调控、环烷环数量通过加氢程度调控）的芳烃化合物，之后通过精确分离，变成三环、四环和五环为主的芳烃化合物，再根据炭材料的需求，分别加工，是高端碳材料发展之路。

重要意义

如果实现以上石油基炭材料高端化技术突破，建立我国高端炭材料完整供应链，满足我国对高端炭材料产品的需求，打破优质炭材料生产供应壁垒和外国公司的市场垄断局面，将带来良好的经济效益和社会效益。