発表内容の骨子

Nature Communications掲載論文の核心は、材料組成の変更ではなく電圧プロトコル最適化によるLMR電池の商用化到達点の再定義にある。従来のLMR研究は正極結晶構造の安定化、コーティング、ドーピングといった材料側からのアプローチが中心だったが、Seoul National UniversityとLG Energy Solutionのチームは充放電電圧窓の再設計という運用側の変数に着目した。上限4.6Vでは酸素回収率が86%にとどまり、残存酸素がガス化して膨張と容量劣化を引き起こしていたが、4.3Vへの引き下げで100%近い酸素回収を実現した。下限側は3.0Vから2.0Vへ拡張することで容量利用率を維持し、単位重量あたりのエネルギー密度を確保する設計とされる。実験は40Ah級プリズマティックセルという実車搭載形状で行われ、883回の充放電サイクル後に92.2%の容量維持を示した。従来の小型セル研究では良好な数値が大型セルで再現されない事例が多く、大型セル形状での長サイクル維持を確認した点で商用化への障壁を下げた成果とみられる。加えて既存NMC生産ラインの大幅改修を伴わずに転用が可能となる制御ベースの手法である点も、量産化における意義として位置づけられる可能性がある。

背景と文脈

LMR (Lithium Manganese Rich) 正極はLiCoO2やNMC (ニッケル・マンガン・コバルト) 正極に比べてマンガン比率を大幅に高めることでコバルト依存を減らし、材料コストを削減する系統として1990年代からArgonne National Laboratoryらが基礎研究を進めてきた分野。理論エネルギー密度は250Wh/kg以上とされ、NMCの200Wh/kg級を上回る次世代候補として長年注目されてきた。しかし高電圧域での酸化物イオン脱離とそれに伴うガス発生、電圧ヒステリシス、初回サイクルロス、長期サイクル劣化の4つの技術課題が同時に立ちはだかり、実用化は30年近く遅延してきた経緯がある。今回の研究は材料開発ではなく制御条件で課題を解く経路を示した点で、既存の生産設備を大幅に変更せずに商用化する道筋を提示した意義があるとみられる。EV業界にとってLMRはコバルト・ニッケル依存を減らす候補として位置づけられ、地政学的な原材料供給リスクの緩和という側面でも注目度が高い分野。米国のインフレ抑制法 (IRA) が対象とする重要鉱物要件との整合性の観点でも、マンガン主体のLMRは米国EVサプライチェーンの構造再編と親和性が高いとみられる。

業界構造への影響

LG Energy SolutionはLMR関連特許を200件以上保有すると報告されており、材料組成に加えて運用制御でも先行ポジションを固める形。GMとLG Energy SolutionはUltium Cells合弁を通じてEV向け電池を米国で量産しており、GMは2028年からのSilverado EVおよびCadillac Escalade IQへのLMR適用を公表している。FordもIon Park研究拠点でLMRを平行開発する動きが伝えられており、米国のEV OEM複数がLMRを次世代電池の中核技術と位置づけつつある構図。中国のCATL、BYDもLMR系正極開発を進めており、次世代化学の主導権争いが2027年から2028年にかけて集約局面を迎える見通し。今回の電圧プロトコル手法はハードウェアではなくソフト側の制御であり、既存NMC生産ラインをLMRへ転用する際の設備投資負担を軽減する可能性を示唆した点も重要と考えられる。上場企業への関連整理としては、韓国上場のLG Energy Solutionが直接的な受益企業となる位置づけ。米国の関連上場企業では正極活物質前駆体を扱うNanoOne Materials (NASDAQ: NNOMF) が該当領域に接点を持つが、売上比率でLMRが占める部分と契約の詳細は現時点で公開情報の範囲外の要素が多く、規模感の評価は限定的。