資源とコストの観点から採用が急拡大したLFP電池の弱点であるエネルギー密度を補い、NCM3元系電池代替の可能性を秘める技術として、リン酸マンガン鉄リチウム (LMFP) 電池が注目を集めています。本セミナーでは、技術・資源・市場の観点からLMFP電池の現状と展望を紹介します。

第1部 LMFP正極LiBや次世代蓄電池の最新展望

(12:45〜13:45)

　LFP正極LiB同様に低コスト、高安全、長寿命に対応しつつも三元系正極LiBに匹敵するエネルギー密度を有するLMFP正極LiBについて、M3P (CATL) やHLM (高リチウム・マンガン、ユミコア・BASF) といった競合技術を交えて最新動向を述べる。併せて、車載用で量産化が本格化しつつある新型円筒型LiBセル「4680」をはじめ、ナトリウムイオン電池、全固体電池などの次世代電池についても言及する。

1. LiB概要・市場動向
2. 電極 (正極、負極) トレンド
3. LMFP正極や競合技術の業界動向
4. 新型円筒型LiBセル「4680」や次世代蓄電池の実用化
   • ナトリウムイオン電池
   • 全固体電池
   • リチウム硫黄電池など

第2部 高電圧系Mn正極材と電池特性、LMFPなどの多様化と棲み分け

(13:55〜15:25)

　本講演は、マトを絞れば、講演タイトルの「高電圧系Mn正極材と電池特性、LMFPなどの…」であるが、そこに至る経緯は、かなりの伏線が存在する。その背景には、2022年グローバルで、年間1,000万台を越えたEVと、それに対する電池供給の問題、むしろ“ストレス“とも言える状況がある。2023年〜2024年においては、必要なリチウムイオン電池は1,000GWhの大台に乗るレベルである。それに対する正極材用のニッケルとコバルトのサプライは、恐らくかなりの不足が予測される。サプライの隘路は同時にコストアップを伴い、正極材コストは何らかの出口を求めて、NMC (Ni、Mn、Co) 三元系から、左記の元素を含まない鉄リン酸リチウムLFPへ殺到した。LFPは理論容量170Ah/Kgに対して、比較的に近い実用容量165Ah/Kgが可能であるが、出力電圧が、実用電池で3.2V程度と低い。電圧評価を含む、 (Wh/Kg正極材) 値は、NMC811の660に対して、LFPは540 ( – 18%) と低い。一方で代表的な汎用正極材であるマンガン酸リチウムs – LMOは、3.8Vと言う高い出力電圧が特徴である。
　今回のテーマであるLMFPは、LFPの遷移元素Feの一部を、Mnに置き換えて出力電圧のアップを狙った開発である。開発途上ではあるが、その4V級の高いレベルは注目されている。本講義では、上記の背景なども含めて、実用評価の視点で説明を進めたい。

1. (背景1) 正極材の元素、Ni/Co/Mn/Feと容量Ah/Kgと電圧V
   1. 単元系正極材
   2. 二元系正極材
   3. 三元系正極材
   4. 安全性と耐熱性
   5. 用途と選択、民生用とEVなど
2. (背景2) 正極材の選択とセル設計
   1. Ah/Kgと出力電圧V、エネルギーWh=Ah×V
   2. 負極と正極の関係、主役と脇役
   3. エネルギーWhとパワーW
   4. 設計の事例、EV用と定置蓄電池用
3. コバルトフリー系への転換
   1. 鉄リン酸リチウム系LFPの基礎特性、Wh/Kg
   2. LFPのメリット vs.デメリット、導電付与など
   3. マンガン置換LMFP系
   4. Mn/Ni系5V正極材
   5. 各社の開発事例
4. EV用電池における動向
   1. コストダウンとサプライ・チェーン
   2. 自動車各社の選択と電池メーカー
   3. 急速充電、走行距離との関係
   4. 廃電池リサイクルとの関係
   5. ハイニッケル系との棲み分け、Wh/Kg

第3部 LFP、LMFP活物質の特徴・課題と性能向上のための材料改質技術

(15:30〜17:00)

　リン酸鉄リチウム (LFP) 、リン酸マンガン鉄リチウム (LMFP) は、他のリチウム二次電池正極活物質に比較して、資源的に豊富な遷移金属元素で構成されている。このLFP、LMFP活物質の特徴・課題を明確にし、性能向上のための材料改質技術について解説する。LFP、LMFP活物質の大きな課題は、導電性の改善である。この導電性改善のための活物質粉体の改質技術を 形状的改質技術、材料的改質技術、表面改質技術の各材料改質技術の観点から解説する。

1. はじめに
2. LFP、LMFP活物質の特徴と課題
3. 形状的改質 (キャリアパス縮小)
   • 小粒子化
   • 非等方粒子化
4. 材料的改質 (バルク導電性付与)
   • 異元素置換
   • 異相析出形成
5. 表面改質 (表面導電性付与)
   1. イオン導電層形成
   2. 電子導電層形成
      1. 非炭素質層
         • 金属層
         • 金属酸化物層
         • 有機高分子
      2. 炭素質層
         • 被着方法
         • 出発炭素源
         • 被着炭素物性
6. まとめ