高速用途向けの新しい正極材料への1つのアプローチは、3次元的に秩序化されたマクロポーラスまたはメソポーラス固体を合成することです.このような材料は、マイクロメートルサイズの粒子で構成されており、その中に直径2 – 50 nmの同一の規則正しい細孔が存在し、壁の厚さは2〜8nmです.サイクリング時に膨張または収縮するときに互いに切断される可能性があるナノ粒子とは異なり、メソポーラス材料は、従来のリチウム電池のインターカレーションカソードと同じ寸法であるため、切断の問題が少なくなります.さらに、それらは従来の材料と同じ方法で製造することができますが、内部の多孔性により、電解質が粒子を溢れさせ、高い接触面積、したがって界面を横切る容易なリチウム移動、および内部のLi +輸送のための短い拡散距離を保証しますインターカレーションが行われる壁[ブルース、PG （2008a）].

秩序だったメソポーラス固体は、シリカ構造で構築できます[Bruce、P.G. etal. （2008b）].秩序化されたメソポーラスリチウム遷移金属酸化物の最初の例であるLiCoO2の低温多形が合成され、ナノ粒子形態の同じ化合物と比較してカソードとして優れた特性を示すことが示されています.この材料は、40Åのサイズの細孔と70Åの壁の厚さを示しました.このサンプルの合成には、テンプレートとしてKIT-6シリカを使用することが含まれていました. Co前駆体溶液へのシリカの含浸、その後のアニーリング、およびシリカテンプレートの溶解により、メソ構造化されたCo3O4が生成されました.この多孔質酸化物は、固相反応によりLiOHと反応してLiCoO2を得た.秩序化されたメソポーラス材料は、50サイクルの連続的なインターカレーション/除去中に優れたリチウムサイクルを示します[Jiao、F.etal. （2005）].

柔らかいコロイド結晶をテンプレートとして使用することにより、メソポーラス構造を調製することもできます. 1997年、Velevは、シリカマクロポーラス構造を生成するためのテンプレートとして、150 nm〜1μmの範囲のコロイド状ラテックス球の使用を最初に報告しました[Velev、O.D. etal. （1997）].コロイド結晶は、繰り返しサブユニットが原子または分子である標準結晶に類似したコロイド粒子の規則正しい配列で構成されています[Pieranski、P.（1983）].それらは通常、ラテックス、ポリ（スチレン）（PS）、シリカ、またはPMMA（ポリ（メチルメタクリレート））マイクロビーズなどの最密球から形成されます.前駆体溶液をオパール構造に浸透させた後、アセンブリは通常、500〜700℃の温度で空気中で焼成されます.このようにして、粒子間の空隙が流体前駆体で満たされ、これらの前駆体は除去前に固体に変換されます.テンプレート材料の.

コロイド結晶テンプレートは、2002年にリチウムイオン電池の電極材料を形成するための添加剤として最初に報告され[Sakamoto、JS、Dunn、B.（2002）]、3D秩序化マクロポーラスLiMn2O4スピネルの調製にも使用されています[Tonti、 D. etal. （2008）].リン酸鉄リチウムは、直径100、140、および270 nmの球のPMMAのコロイド結晶テンプレートを使用してテンプレート化に成功し、メソポーラス（10〜50 nm）、メソマクロポーラス（20〜それぞれ80nm）、およびマクロポーラス（50-120 nm）範囲[Doherty、CM etal. （2009）].十分に積み重ねられたPMMAコロイド結晶は、LiFePO4前駆体溶液が浸透してから凝縮する堅牢な足場を提供しました. PMMA球が320〜800ºCの範囲のさまざまなアニーリング温度での焼成プロセスによって除去されると、LiFePO4は、分解されたコロイド結晶テンプレートから残った残留炭素を伴う開いた格子構造を特徴としました.図6は、この研究に使用された結晶コロイドシステムを示しています.よく組織化され、積み重ねられた均一な直径の球体と、長距離秩序の連続した開いた格子構造を持つテンプレートLiFePO4の開いた多孔質構造があります.イチジク.

図6.a）使用したコロイド結晶系の顕微鏡写真. b）270nmサイズのPMMA球でテンプレート化されたLiFePO4. c）最密充填ビーズから形成された通常のチャネル.これにより、LiFePO4表面への電解質のアクセスが良好になります. （Doherty、C.M.et al.（2009））.

製造されたすべての材料は、多孔質構造の収縮に悩まされていました.これは、各サンプルの細孔径が初期ビーズ径の約40％であるためです.焼成温度を500℃から800℃に上げたときに、成長する結晶子サイズが記録されました.最小のビーズ直径（100 nm）で作られた材料の表面積が大きいにもかかわらず、その電気化学的性能は3つのうちで最も劣っていました.これは、一部のLiFePO4表面を電気化学的に不活性のままにする、細孔間の相互接続性の低さによって引き起こされる電解質アクセスの制限が原因である可能性があります.サンプルの顕微鏡写真は、熱処理中に小さな細孔が崩壊して塞がれ、したがって、開いた格子が存在しなかったいくつかの領域を示した.このため、電解質の浸透と効率的な電荷移動には、細孔構造の相互接続性が不可欠であると言えます.このように、より大きな球（270 nm）で準備されたテンプレート化されたサンプルは、優れた相互接続性と、マイクロメートルサイズの大きなLiFePO4粒子内の表面への電解質アクセスの向上の両方を提供します.コロイド結晶テンプレートを使用して高出力LiFePO4電極を生成する利点は、合成条件を制御しながら細孔サイズを調整できることです.相互接続された多孔質構造を維持しながら、表面積を増やして拡散距離を減らし、効率的な電荷移動とインピーダンスの低減を実現します.

メソポーラス電極材料は、Li3Fe2（PO4）3などのフッ化物媒体中でカチオン性界面活性剤を使用することによっても製造されています[Zhu、S.etal. （2004）].この材料は、3.2nmの平均細孔径および2.2nmの壁厚を示した.この場合、メソポーラス材料につながる自己組織化プロセスは、界面活性剤（セチルトリメチルアンモニウムCTMA +）のヘッドグループとFe2 +種をカプセル化するF-イオンとの間のクーロン相互作用に基づいていました. Fe2 +イオンは、イオンペア[LiPO4Fe2 +]と[F-CTMA +]の間にあります.
この自己組織化Li3Fe2（PO4）3材料のカソード性能は、文献に記載されている他の研究で観察されたものよりも優れており、200mA・g-1で100mAh・g-1を超える比容量がありました.