煤焦油沥青作为一种优质的功能碳材料前驱体,具有残碳高、成本低、易石墨化的特点,其碳化材料在新能源行业被广泛应用。如何通过煤沥青改性,调整其碳化过程,优化碳材料的结构排列,更加易于石墨化,改善碳化材料的应用性能,是目前煤化工研究的关键技术问题。而将高分子聚合物直接加入煤沥青中,二者相容性较差,做不到均匀分散,如何实现聚合物单链段在煤沥青中的精细分散,从而通过聚合物结构调控煤沥青碳化过程和微观结构,是煤化工研究的关键科学问题。本论文基于原位自由基聚合原理,制备了聚合物改性煤沥青。探索了复配咪唑啉和自由基调节剂作为预处理剂时对煤沥青的影响,研究了最佳用量和预处理温度、煤沥青与单体比、聚合反应温度等因素对单体转化率的影响。在复配咪唑啉调节体系中,聚苯乙烯改性煤沥青（CTP-M1）的最高转化率为45.86%,聚苯乙烯聚丙烯腈共聚物改性煤沥青（CTP-M2）的最高转化率为25.54%;在自由基调节剂调节体系中,聚苯乙烯改性煤沥青（CTP-T1）的最高转化率为34.86%,聚苯乙烯聚丙烯腈共聚物改性煤沥青（CTP-T2）的最高转化率为22.75%,通过MALDI质谱对聚合物改性煤沥青结构作了进一步分析。本文也对聚合物改性煤沥青（CTP-M）、（CTP-T）和原煤沥青（CTP）进行了碳化研究。热失重分析（TGA）结果表明,聚合物加入煤沥青后,可以提高煤沥青的热稳定性能。红外光谱（FTIR）结果表明,碳化过程中,小分子逐渐消失,改性煤沥青脂肪类烷基链结构逐渐断裂消失,改性煤沥青的中的芳香度高于原煤沥青的芳香度。扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）与N2吸脱附测试结果表明,改性煤沥青碳化材料的微观形貌具有层状的流线型结构,碳分子结构排列有序度高,材料内部微晶含量增多。经过交流阻抗（EIS）测试分析,改性煤沥青碳化材料作为电极材料时,对于电子转移阻碍减小、导电性能提升。本文同时进行了聚合物改性煤沥青碳化材料的应用研究。结果表明:改性之后的煤沥青制备的预焙阳极碳棒样品,热膨胀系数降低,CTP-M1改性煤沥青制备的预焙阳极石墨棒的热膨胀系数最小,可以达到0.8×10-6℃-1。CTP-T2改性煤沥青基碳材料包覆石墨负极材料,放电比容量为362m Ah/g（电流密度372m A/g）,首次库伦效率为97.49%。经过3次循环充放电,该负极材料的放电比容量,基本维持在353m Ah/g,库伦效率保持在99.5%左右,表明电极材料拥有稳定的电化学性能。