国轩：树脂基自活化多孔碳负极技术突破，硫醚键造孔

 

2025年6月3日，合肥国轩电池材料有限公司申请的“一种树脂基自活化多孔碳材料及其制备方法和应用”。

 

专利正式公开（公开号CN120081369A），为锂电池负极材料领域提供了创新解决方案。

 

该专利的核心在于利用含硫醚键的二苯酚单体合成酚醛树脂前驱体，在碳化过程中，硫醚键高温分解产生气体，自动在碳骨架中形成孔隙，无需传统化学活化所需的强腐蚀性试剂。  

 

这一技术摒弃了传统氢氧化钾等活化剂，从源头上解决了设备腐蚀难题，同时实现了孔结构的精确调控。

 

一、多孔碳材料：锂离子电池负极性能提升的关键锂离子电池负极材料性能对电池能量密度、循环寿命和快充能力起着决定性作用。多孔碳材料凭借高比表面积、可调控的孔道结构以及良好的导电性，成为优化负极性能的核心材料。其中，比表面积与孔容是衡量多孔碳质量的关键指标：高比表面积能提供更多活性位点，丰富的孔容则有助于电解液浸润和锂离子快速传输。然而，传统制备方法存在诸多局限。化学活化法，尤其是氢氧化钾活化法，虽能有效造孔，但需在 500 - 900℃高温下，使用高浓度强碱对碳前驱体蚀刻，强腐蚀性环境不仅损伤设备、带来安全隐患，后续复杂的酸洗除杂步骤也增加了生产成本与环境负担。物理活化法（如水蒸气、二氧化碳活化）虽避免了化学腐蚀，但其造孔效率低、孔结构调控精度不足，难以满足高端电池对负极材料一致性的要求。生物质基多孔碳虽原料成本低，却因氧含量普遍偏高（≥8wt%），导致导电性下降和自放电问题。

 

二、国轩专利技术：硫醚键自活化的创新突破国轩专利的核心创新在于前驱体分子设计。制备过程如下：首先将二苯酚单体、含硫醚键的二苯酚单体与甲醛或多元醛，在催化剂 A 的作用下进行缩聚反应，合成特制酚醛树脂；随后将树脂在惰性气氛中高温碳化，硫醚键分解产生气体，自动在碳骨架中形成孔隙，最终得到树脂基自活化多孔碳材料。硫醚键（-S-）作为 “自活化剂” 是该技术的核心。当碳化温度升至 400℃以上，硫醚键断裂，释放出含硫气体（如 SO₂、H₂S 等），气体逸出过程在树脂基体中形成大量孔隙。与传统活化法需从外部添加腐蚀性活化剂不同，该方法实现了 “材料自我造孔”。专利强调，通过控制硫醚烷烃侧链的结构和修饰比例，能够精确调控多孔碳的孔径分布。不同的硫醚侧链长度、分支度及在树脂中的占比，会使气体产生量和释放速率不同，进而实现对微孔、介孔比例的定向设计，显著提升材料的比表面积和孔容，同时避免了传统化学活化法带来的设备腐蚀和环境污染问题。

 

三、国轩专利技术方案的关键细节国轩专利技术方案具有高度可操作性，对原料选择和工艺参数进行了细致优化。单体选择上，推荐使用含硫醚键的二苯酚单体，其硫醚结构可为直链或带支链的烷烃基，在与常规二苯酚、甲醛共聚时，硫原子可稳定嵌入树脂网络，为后续碳化造孔提供基础。缩聚反应是构建前驱体的关键步骤，需在特定催化剂（催化剂 A，具体类型因商业保密未公开）作用下进行，以确保硫醚单体充分反应并均匀分布在树脂中，避免因硫分布不均导致后续造孔不均，影响材料一致性。碳化工艺决定最终孔结构质量。虽然未公开具体温度曲线，但明确需 “高温碳化”（酚醛树脂碳化通常在 600 - 1000℃惰性气氛中进行）。在此过程中，通过调节升温速率和恒温时间，可控制气体释放程度，防止因瞬时产气过多造成碳骨架坍塌。该材料尤其适用于锂电池负极，特别是作为硅碳负极的载体。其高比表面积和可调介孔结构可有效缓冲硅颗粒体积膨胀，丰富的微孔能提升锂离子传输效率。通过精准调控硫醚侧链，可获得适配消费电子、动力电池等不同应用场景的孔隙特征。