多孔碳材料是具有豐富孔隙結構（包括微孔、中孔和大孔）的碳質材料。其高比表面積、優異的導電性和化學穩定性使其成為理想的電極材料。在電池應用中，多孔碳為鋰離子的嵌入和脫出提供了更多的活性位點。此外，其多孔結構可減緩電極材料在充放電過程中的體積變化，進而提高電池的循環壽命。
傳統的多孔碳材料主要來自生物質（例如椰子殼和木材）或化石燃料。然而，這些原料的來源和品質往往不穩定，導致產品性能一致性差。而樹脂基多孔碳則以合成樹脂或生物質衍生樹脂為前驅體，透過精確控制的碳化和活化製程製備而成，具有結構可控、純度高等優勢。
樹脂基多孔碳的分類與特性
根據前驅體來源，樹脂基多孔碳可分為以下幾類：
1. 合成樹脂基多孔碳
酚醛樹脂是目前最常使用的合成樹脂基多孔碳前驅體。其原料易得，製程相對成熟。通常透過溶液聚合、固化、碳化和活化等步驟來製備。酚醛樹脂基多孔碳可製成正球形、準球形或塊狀不規則形狀。其孔結構（微孔/中孔比例）高度可控，具有高機械強度、優異的抗膨脹性和耐壓性。
這些特性對於矽碳負極材料至關重要，因為矽在充放電過程中會發生顯著的體積膨脹（約300%）。樹脂基多孔碳的剛性骨架有效地抑制了這種膨脹，從而提高了電極的穩定性。研究表明，以酚醛樹脂基多孔碳作為矽沉積載體，可實現高度均勻一致的矽烷沉積，使首次庫侖效率超過88%，並顯著延長矽碳負極的循環壽命。
2. 生物質衍生樹脂基多孔碳
這是一種新興的綠色方法，利用生物質精煉產品（如木質素衍生物和糖衍生物）為原料合成樹脂，再經碳化製備多孔碳。此方法兼具傳統樹脂基材料的結構穩定性和生物質碳的低成本優勢。聖泉新能源利用其生物質精煉中間體開發的此類產品就是該技術的典型案例。生物質衍生樹脂基多孔碳不僅更具成本效益，而且符合永續發展概念，具有廣泛的應用前景。
複合多孔碳材料的製備工藝
某公司的專利展示了一種融合多種技術優勢的複合多孔碳材料製備方法。製備樹脂基多孔碳的關鍵在於聚合物前驅體的選擇、成型、固化（交聯）、碳化和活化等製程步驟。這些製程細節直接影響最終產品的結構、性能和成本。
1. 前驅體合成
樹脂基多孔碳的合成通常是用酚醛樹脂，酚醛樹脂經由苯酚和甲醛的縮聚反應合成。而生物質衍生樹脂則利用生物質精製技術，將木質素和纖維素等解聚產物轉化為可交聯的樹脂中間體。
2. 成型和球形化
球形多孔碳材料因其較高的振實密度和優異的電極加工性能而受到研究者的青睞。噴霧乾燥是製備微米級顆粒的經典方法，具有製程簡單、成本低、可擴展等優點。在噴霧乾燥過程中，將奈米矽粉末、碳源（例如蔗糖）、碳奈米管分散液和CMC水溶液按特定比例混合，經超音波攪拌處理，使其分散均勻。然後，將混合物通過噴霧乾燥機乾燥成前驅體微球。噴霧乾燥的製程條件（例如溫度、噴霧量、霧化壓力等）需要精確控制，以獲得具有所需形貌和結構的微球。