國軒：樹脂基自活化多孔碳負極技術突破，硫醚鍵造孔

 

2025年6月3日，合肥國軒電池材料有限公司申請的“一種樹脂基自活化多孔碳材料及其制備方法和應用”。

 

專利正式公開（公開號CN120081369A），為鋰電池負極材料領域提供了創(chuàng)新解決方案。

 

該專利的核心在于利用含硫醚鍵的二苯酚單體合成酚醛樹脂前驅體，在碳化過程中，硫醚鍵高溫分解產(chǎn)生氣體，自動在碳骨架中形成孔隙，無需傳統(tǒng)化學活化所需的強腐蝕性試劑。  

 

這一技術摒棄了傳統(tǒng)氫氧化鉀等活化劑，從源頭上解決了設備腐蝕難題，同時實現(xiàn)了孔結構的精確調控。

 

一、多孔碳材料：鋰離子電池負極性能提升的關鍵鋰離子電池負極材料性能對電池能量密度、循環(huán)壽命和快充能力起著決定性作用。多孔碳材料憑借高比表面積、可調控的孔道結構以及良好的導電性，成為優(yōu)化負極性能的核心材料。其中，比表面積與孔容是衡量多孔碳質量的關鍵指標：高比表面積能提供更多活性位點，豐富的孔容則有助于電解液浸潤和鋰離子快速傳輸。然而，傳統(tǒng)制備方法存在諸多局限?；瘜W活化法，尤其是氫氧化鉀活化法，雖能有效造孔，但需在 500 - 900℃高溫下，使用高濃度強堿對碳前驅體蝕刻，強腐蝕性環(huán)境不僅損傷設備、帶來安全隱患，后續(xù)復雜的酸洗除雜步驟也增加了生產(chǎn)成本與環(huán)境負擔。物理活化法（如水蒸氣、二氧化碳活化）雖避免了化學腐蝕，但其造孔效率低、孔結構調控精度不足，難以滿足高端電池對負極材料一致性的要求。生物質基多孔碳雖原料成本低，卻因氧含量普遍偏高（≥8wt%），導致導電性下降和自放電問題。

 

二、國軒專利技術：硫醚鍵自活化的創(chuàng)新突破國軒專利的核心創(chuàng)新在于前驅體分子設計。制備過程如下：首先將二苯酚單體、含硫醚鍵的二苯酚單體與甲醛或多元醛，在催化劑 A 的作用下進行縮聚反應，合成特制酚醛樹脂；隨后將樹脂在惰性氣氛中高溫碳化，硫醚鍵分解產(chǎn)生氣體，自動在碳骨架中形成孔隙，最終得到樹脂基自活化多孔碳材料。硫醚鍵（-S-）作為 “自活化劑” 是該技術的核心。當碳化溫度升至 400℃以上，硫醚鍵斷裂，釋放出含硫氣體（如 SO?、H?S 等），氣體逸出過程在樹脂基體中形成大量孔隙。與傳統(tǒng)活化法需從外部添加腐蝕性活化劑不同，該方法實現(xiàn)了 “材料自我造孔”。專利強調，通過控制硫醚烷烴側鏈的結構和修飾比例，能夠精確調控多孔碳的孔徑分布。不同的硫醚側鏈長度、分支度及在樹脂中的占比，會使氣體產(chǎn)生量和釋放速率不同，進而實現(xiàn)對微孔、介孔比例的定向設計，顯著提升材料的比表面積和孔容，同時避免了傳統(tǒng)化學活化法帶來的設備腐蝕和環(huán)境污染問題。

 

三、國軒專利技術方案的關鍵細節(jié)國軒專利技術方案具有高度可操作性，對原料選擇和工藝參數(shù)進行了細致優(yōu)化。單體選擇上，推薦使用含硫醚鍵的二苯酚單體，其硫醚結構可為直鏈或帶支鏈的烷烴基，在與常規(guī)二苯酚、甲醛共聚時，硫原子可穩(wěn)定嵌入樹脂網(wǎng)絡，為后續(xù)碳化造孔提供基礎。縮聚反應是構建前驅體的關鍵步驟，需在特定催化劑（催化劑 A，具體類型因商業(yè)保密未公開）作用下進行，以確保硫醚單體充分反應并均勻分布在樹脂中，避免因硫分布不均導致后續(xù)造孔不均，影響材料一致性。碳化工藝決定最終孔結構質量。雖然未公開具體溫度曲線，但明確需 “高溫碳化”（酚醛樹脂碳化通常在 600 - 1000℃惰性氣氛中進行）。在此過程中，通過調節(jié)升溫速率和恒溫時間，可控制氣體釋放程度，防止因瞬時產(chǎn)氣過多造成碳骨架坍塌。該材料尤其適用于鋰電池負極，特別是作為硅碳負極的載體。其高比表面積和可調介孔結構可有效緩沖硅顆粒體積膨脹，豐富的微孔能提升鋰離子傳輸效率。通過精準調控硫醚側鏈，可獲得適配消費電子、動力電池等不同應用場景的孔隙特征。