LGエナジーソリューションとソウル大学は、リチウムリッチマンガン（LMR）電池におけるガス発生を抑制し、サイクル寿命を改善する技術を共同で開発した。

同社は月曜日、この成果がソウル大学の林鍾宇（イム・ジョンウ）教授が率いる研究チームとの共同研究によるものだと発表した。研究成果は「Nature Communications」に掲載されている。

LMRは、比較的安価なマンガンをコバルトの代わりに使うことで材料コストを低減できる正極材である。また、材料内部の酸素を利用してエネルギーを蓄えることで、高エネルギー密度を実現できる。コバルトへの依存を減らすことは業界全体の目標でもある。コバルトは高価であり、そのサプライチェーンは少数の国に集中しているため、コバルトフリーまたはコバルト低減型の正極材は、大衆向け電気自動車向けに低コストのセルを求める電池メーカーの重要な焦点となっている。

しかし、充放電時の酸素の不完全な回復は、電池内部の構造を損傷し、ガス発生を引き起こす可能性がある。その結果生じる圧力の蓄積は、電気自動車用セルの性能を低下させる。ガス発生と短いサイクル寿命は、コスト面での優位性にもかかわらず、LMR正極材の広範な商用化を妨げてきた主な障害の一つだった。

研究者らは、さまざまな条件下での酸素の酸化還元挙動を分析し、充電上限電圧と放電下限電圧の双方が酸素の回復に影響を与えることを発見した。充電上限電圧を4.6ボルトから4.3ボルトに下げると、酸化された酸素の還元率は86％から97％に上昇した。さらに、2.0ボルトでの放電時に酸素はほぼ元の状態に戻った。

LGエナジーソリューションはこれらの知見を、商用電池製品に使われるサイズである40Ah級セルに応用した。具体的には、動作電圧範囲を再設計し、セル製造の初期調整工程であるフォーメーション（化成）プロセス中の温度を下げることで、ガス発生を低減した。特筆すべきは、この改善が正極材そのものを変更するのではなく、動作条件の調整によって得られた点である。最適化されたセルは、883回の充放電サイクル後も初期エネルギーの92.2％を維持しており、LMR材料の安定したサイクル寿命を実証した。

「本研究は、酸素の可逆性という観点からLMR電池劣化の原因を特定し、電気化学的なプロトコル設計だけでセルの安定性を向上できることを示した」と林教授は述べた。

LGエナジーソリューションの担当者は、本研究によりガス発生を抑制しながら安定したサイクル寿命を維持できることが示されたと話した。「この成果はLMR電池の商用化の推進に役立つだろう」と同担当者は述べた。同社は、中国や日本の競合他社と電気自動車向け電池のコスト低減を競う中、次世代正極材の一つとしてLMRの開発を進めていることを以前に表明している。