リチウムイオン電池用シリコン/炭素負極のための多孔質炭素ホストの合理的設計：制御合成、シリコン導入、炭素被覆、および電気化学的応用

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:電池材料研究者は、多孔質炭素ホスト設計の体系的な枠組みと各合成法の長所・短所を把握できる。

🏢実務担当者:電池メーカーの材料開発担当者は、実用的な性能指標（初期クーロン効率、サイクル安定性）と量産化の課題を理解するのに有用。

🏛政策担当者:エネルギー貯蔵技術のロードマップ策定に資する、次世代電池材料の現状と課題を俯瞰できる。

シリコン/カーボン（Si/C）複合材料は、シリコンの高い理論比容量と、カーボンの電子伝導性、構造安定性、および体積緩衝能を組み合わせることで、次世代の高エネルギー密度リチウムイオン電池の有望な負極候補となっている。しかし、繰り返しの充放電プロセスにおけるシリコンの大きな体積変化は、電極/電解質界面を継続的に擾乱し、その結果生じる界面不安定性は、実用化への主要な障壁のままである。多孔質カーボンホストの設計とSi/C界面の制御は、構造的堅牢性と電気化学的性能を向上させるための重要な経路となっている。既存のレビューのほとんどは、シリコン系負極の劣化メカニズムまたはSi/C複合材料の構造分類に焦点を当てており、多孔質カーボンホストの構造制御的役割は体系的にまとめられていない。本レビューは、多孔質カーボンホストを分析の中心に据え、ハードテンプレート法、ソフトテンプレート法、ハード・ソフト複合テンプレート法、テンプレートフリー合成、およびエッチング戦略を含む主要な調製戦略を、その細孔形成メカニズム、構造制御特性、および工業化の可能性に重点を置いてまとめている。このホスト中心の枠組みに基づき、シリコンの導入およびカーボンコーティング戦略について、シリコンの分布、Si/C界面の安定性、電子輸送、および体積膨張の緩和に対するそれらの影響の観点からさらに議論する。本レビューはさらに、初回クーロン効率、サイクル安定性、および実用的な電極性能の観点から、リチウムイオン電池用Si/C負極の最近の進歩を評価する。最後に、スケーラブルな調製、構造の一貫性、電極プロセス適合性、および産業適応に関連する主要な課題を特定し、多孔質カーボンホストベースのSi/C負極の今後の方向性を提案する。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Silicon/carbon (Si/C) composites combine the high theoretical specific capacity of silicon with the electronic conductivity, structural stability, and volume-buffering capability of carbon, making them promising anode candidates for next-generation high-energy-density lithium-ion batteries. However, the substantial volume variation of silicon during repeated charge/discharge processes continuously perturbs the electrode/electrolyte interface, and the resulting interfacial instability remains a major barrier to practical application. Porous carbon host design and Si/C interface regulation have become key routes for improving structural robustness and electrochemical performance. Most existing reviews focus on the failure mechanisms of silicon-based anodes or the structural classification of Si/C composites, whereas the structural regulation role of porous carbon hosts has not been systematically summarized. This review places porous carbon hosts at the center of analysis and summarizes the main preparation strategies, including the hard-templating method, soft-templating method, combined hard- and soft-templating method, template-free synthesis, and etching strategies, with emphasis on their pore-forming mechanisms, structural regulation features, and industrialization potential. Building on this host-centered framework, silicon incorporation and carbon coating strategies are further discussed in terms of their effects on silicon distribution, Si/C interfacial stability, electronic transport, and volume-expansion accommodation. This review further evaluates recent advances in Si/C anodes for lithium-ion batteries from the perspectives of initial Coulombic efficiency, cycling stability, and practical electrode performance. Finally, key challenges related to scalable preparation, structural consistency, electrode-processing compatibility, and industrial adaptation are identified, and future directions for porous-carbon-host-based Si/C anodes are proposed.

• openalex https://doi.org/10.3390/molecules31142483first seen 2026-07-18 05:48:57