在全球碳中和战略目标的强劲驱动下，锂离子电池作为新型储能技术的核心载体，正经历持续高速迭代发展。负极材料作为锂离子电池四大关键材料之一，正经历从传统石墨体系向高容量、快速充放电型材料的技术革命性升级。其中，树脂基多孔碳材料凭借其可设计的多孔结构、优异的电化学性能及与硅基材料的卓越兼容性，成为新一代负极材料的核心支撑材料，正引领着锂电负极产业的升级浪潮。
树脂基多孔碳是以树脂为前驱体，通过碳化、活化等工艺制备的具有丰富孔隙结构（微孔、介孔、大孔）的碳材料，因高比表面积、良好导电性、化学稳定性及结构可调控性，被广泛应用于超级电容器、电池电极、吸附分离、催化载体等领域。
一、树脂基多孔炭分类
按照前驱体来源不同可以分为两类。
1）合成树脂基
酚醛树脂基： 最主流路线。原料易得，工艺相对成熟（溶液聚合/固化-炭化-活化）。可制得完美球形、类球形、块状无规则形多孔碳。优势在于孔结构（微孔/介孔比例）高度可控可调、机械强度高、抗膨胀和耐压性能优异（对硅沉积至关重要），能实现硅烷沉积的高度均匀性和一致性，带来高首效（>88%）和长循环。
其他合成树脂基： 如聚丙烯腈（PAN）基、环氧树脂基、聚酰亚胺（PI）基等。各有特点（如PAN基碳化收率高，PI基耐高温性好），但在电池负极领域应用规模不及酚醛树脂基。
2）生物质衍生树脂基 (重组树脂基)： 新兴绿色路线。以生物质精炼产物（如木质素衍生物、糖类衍生物）为原料合成树脂，再炭化制备多孔碳。兼具传统树脂基材料的结构稳定性与生物质碳的低成本优势。圣泉新能源利用其生物质精炼中间体开发的此类产品，是双技术路线之一，极具成本竞争力和可持续发展潜力。代表企业：圣泉新能源。
二、树脂基多孔炭的制备
核心在于高分子前驱体的选择、成型、固化（交联）、炭化及活化。工艺细节直接影响最终产品的结构、性能与成本。
1.前驱体合成
1）合成树脂制备： 如酚醛树脂通过苯酚与甲醛的缩聚反应合成。圣泉集团在此环节具有全球产能和成本优势。
2）生物质衍生树脂合成： 利用生物质精炼平台（如圣泉的“圣泉法”），将木质素、纤维素半纤维素解聚产物转化为可交联的树脂中间体。
2.成型
1）球形化： 乳液聚合（油包水/水包油）、悬浮聚合是制备球形酚醛树脂微球的主流方法。控制乳化剂/分散剂、搅拌速度、温度等是关键。
2）块状/其他形状： 溶液浇铸、模压、挤出等。
3）固化（交联）： 使树脂前驱体形成三维网络结构，确保在后续高温处理中保持形状和产生目标孔结构。酚醛树脂通常需要在150-200°C下进行热固化。交联度直接影响炭化收率和碳骨架强度。
3.炭化
在惰性气氛（N₂, Ar）下高温（600-1200°C）热处理，使有机高分子转化为无机碳骨架。此过程发生复杂的裂解、芳构化、脱除小分子（H₂O, CO, CO₂, CH₄等）反应。
碳化温度、升温速率、保温时间对碳的微晶结构、孔隙初步形成至关重要。
碳化温度：核心调控因素，通常在 600-1000℃。低温（600-800℃）下，树脂分解不完全，碳骨架无序度高，微孔为主；高温（800-1000℃）下，碳原子重排趋于有序，石墨化程度提高，微孔减少但导电性增强。
升温速率：一般 5-10℃/min，慢速升温可减少热解气体剧烈释放导致的结构坍塌，有利于形成均匀孔隙；快速升温可能因气体逸出形成大孔，但易导致骨架开裂。
保温时间：0.5-3 小时，保温时间过长可能导致微孔合并为大孔，降低比表面积；过短则碳化不完全，残留杂质多。
4.活化（造孔）： 是赋予材料高比表面积和丰富孔隙的关键步骤。
1）物理活化
使用水蒸气、CO₂等在高温（700-1000°C）下与碳发生氧化反应（C + H₂O -> CO + H₂； C + CO₂ -> 2CO）选择性刻蚀碳原子造孔。工艺相对环保，孔结构以微孔为主，介孔较少。
2）化学活化
在炭化前或炭化后，将前驱体与化学活化剂（KOH, NaOH, ZnCl₂, H₃PO₄）混合浸渍，再于惰性气氛中加热（450-900°C）。活化剂起到脱水、氧化、插层、催化石墨化等作用，造孔效率高，能产生大量微孔和介孔，比表面积可达3000 m²/g以上。KOH活化最常用，但对设备腐蚀性强，后处理废水需处理。精准控制活化剂种类、比例、温度、时间是调控微孔/介孔比例的核心。圣泉新能源报道中“孔结构微孔介孔可控可调”即指此工艺的精湛控制。
3）模板法：
在树脂合成或成型阶段引入模板剂（如纳米SiO₂球、嵌段共聚物），炭化/活化后再去除模板，可精确复制模板形貌，获得有序介孔碳。孔结构均一但成本高、步骤复杂，大规模生产有挑战。
5.后处理：
活化后的多孔碳需经过后处理去除杂质、调整表面性质或成型包括酸洗/水洗（去除活化剂残留及灰分）、干燥、筛分、表面改性（如氮掺杂提升导电性和表面润湿性）等。
三、多元化应用场景
能源存储领域应用
利用树脂基多孔炭高比表面积、可调孔结构特性，实现电能、氢能等能源的高效存储。与植物基多孔炭相比，树脂基材料具有更高的碳纯度（>99%）和结构可控性，更适合高端能源存储场景。
超级电容器
多孔炭电极材料占据市场份额80%，酚醛树脂基多孔炭因高导电性（电导率>100 S/m）和循环稳定性（>10万次），在车用启停电源中应用占比达65%。
锂离子电池
作为硅碳负极包覆材料，可缓解硅体积膨胀（300%→150%），提升循环寿命至1000次以上（比亚迪2024年量产数据）。
氢能存储
77K下，树脂基多孔炭氢吸附容量可达5.2 wt%（美国DOE 2025年目标为5.5 wt%），通过掺杂氮/氧官能团可提升吸附热至8-10 kJ/mol，降低解吸能耗30%
能源转换领域应用
通过催化、气体分离等功能，提升能源生产（如制氢、燃料电池）和转化效率。
树脂基多孔炭在能源场景中面临的难点主要是性能及成本。性能方面，在高比表面积与高导电率难以兼顾（比表面积>3000 m²/g时，电导率下降至<50 S/m）。成本方面，树脂原料占总成本60%（如酚醛树脂价格达2万元/吨），规模化生产后仍比生物质基多孔炭高30%-50%。
环境领域应用
利用高孔隙率和表面官能团（如-OH、-COOH）实现污染物高效吸附与催化降解。
在废水处理领域，对重金属离子（如Pb²⁺、Cr⁶⁺）吸附容量可达200-500 mg/g，吸附速率比传统活性炭快1.5倍。在气体分离领域，孔径0.5-2nm的微孔结构可选择性吸附CO2，分离系数>20，有望替代传统胺吸收法。
电子领域应用——高性能电极材料
用于超级电容器、传感器等电子元器件，提供高导电性（电导率>100 S/m）和机械稳定性。
树脂基多孔炭制备工艺的核心是 “前驱体结构 - 工艺参数 - 孔隙性能” 的精准匹配，通过优化树脂类型、活化方法及调控参数，可实现从实验室研究到工业化生产的转化，满足不同领域的功能需求。
树脂基多孔炭市场竞争激烈，技术迭代与成本控制是关键。中国企业在规模化生产、生物质技术应用等方面取得突破，正逐步改变全球竞争格局。未来，随着硅碳负极渗透率提升和钠电商业化加速，树脂基多孔炭市场空间广阔，但需持续创新以应对技术迭代和成本压力。
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