LMR電池の30年課題を電圧プロトコルで突破、Seoul National UniversityとLG Energy Solutionが92.2%容量維持を達成

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。

注目される後続イベントと検証条件

事象の前提が成立するかを測る検証ポイントとして、まず論文で示された883サイクル・92.2%容量維持の結果が第三者機関で追試可能な水準まで詳細開示されるかが第1の関門。LG Energy Solution側の量産計画の中で、40Ah級セルの製造歩留り、平均コスト、Wh/kgベースのエネルギー密度がどこまで具体的に開示されるかが商用化進捗の指標となる。GMのSilverado EVとCadillac Escalade IQのLMR搭載モデルが2028年モデルとして市場投入されるためには、2027年後半までにLG Energy Solutionによる商用LMRセルの初回生産開始が必要となる構造。仮にLG Energy Solutionが2027年第3四半期までに商用LMRセルの初回生産を発表できない場合、GMの2028年搭載計画は後退する可能性が高まる。逆に量産開始が発表され、単価がkWh当たり100ドルを下回る水準で示されれば、LMRのNMCに対する経済的優位が実証される局面となる。競合側の反応として、CATLやBYDが同様の電圧プロトコル手法を採用するか、独自の別解を提示するかが2027年前半までに顕在化するとみられる。FordのIon Park LMRプログラムからの発表、米国エネルギー省による関連プロジェクトへの追加予算措置、Ultium Cellsの新工場稼働時期の開示なども、事象の広がりを判断する後続イベントとして注視されるとみられる。

免責事項

本記事は情報提供を目的としたものであり、特定の金融商品の売買を推奨するものではない。投資判断は自己責任で行うものとし、記載内容の正確性・完全性について保証するものではない。