Die Lithium-Ionen-Batterie – Ein Jahresrückblick

Autor: Benedikt Hürter

Veröffentlicht am: 15.03.2020

Vor zwölf Monaten ging Battery-News.de online: In dieser Zeit ist viel auf der Seite passiert. Wir durften spannende Partnerschaften schließen und uns auf hohem fachlichem Niveau austauschen. Genauso spannend sind die Entwicklungen im Bereich der Lithium-Ionen-Batterie, die wir im Folgenden stichpunktartig rekapitulieren wollen. Dass die Musik momentan sehr laut spielt zeigt schon ein Blick auf die aktuellen Zahlen:  Alleine Volkswagen plant die Fertigung von über 20 Millionen elektrisch angetriebenen Fahrzeugen bis 2028 und die geplante Fertigungskapazität beträgt für Lithium-Ionen-Zellen allein Europa rund 400 GWh.

Der Beschaffungsprozess von Materialien und Komponenten ist für jede Produktion essenziell. Ohne die richtigen Teile am richtigen Ort gerät die Produktion schnell außer Takt. Insbesondere wichtige Bauteile müssen eine hohe Versorgungssicherheit aufweisen. Jeder Fehler kostet Zeit und Geld. Dementsprechend umfassend erfolgen die Planung der Beschaffungsstrategie, die Auswahl der Lieferanten, das Aushandeln von Verträgen und Qualitätssicherungsoptionen. Mit dem Serienanlauf ist die Planung noch nicht abgeschlossen: Laufend muss die Qualität geprüft, Rückläufer aus dem Feld zur Verbesserung untersucht und mit dem Zulieferer abgestimmt werden.

Bei der Beschaffung von Batteriezellen stellt sich das Bild anders dar: Das Know-How und die Produktionskapazitäten sind vornehmlich in asiatischer Hand. Die Hersteller sind von den Automobilherstellern sehr umworben und besitzen mehrere Standbeine. Hier dreht sich das Machtgefälle oftmals um. Das Herzstück der Elektromobilität ist ein leistungsfähiges Batteriepack mit qualitativ hochwertigen Batteriezellen. Im Gegensatz zu den Verbrennungsmotoren ist das Herzstück aber bislang nicht die Kernkompetenz der deutschen Automobilhersteller. Sie sind auf die Versorgungssicherheit aus Asien angewiesen, um ihre Autos fertigen und verkaufen zu können. Im Falle von z.B. Samsung SDI ist die Batteriesparte ein kleiner Bestandteil in einem großen Industrieunternehmen und die automobile Anwendung von Lithium-Ionen-Batterien nur ein Anwendungsfeld von vielen.

Mittlerweile unternehmen die Automobilhersteller viele Anstrengungen, um die Abhängigkeit von seinen Lieferanten zu reduzieren und die Kerntechnologie Batteriezelle wieder in der eigenen Hand zu haben. Das Beispiel CATL in Erfurt zeigt jedoch: Der Aufbau einer Batteriezellfabrik in Deutschland ist kostspielig (momentane Angaben: 1,8 Mrd. Euro). Die Auslastung ist durch umfassende und langfristige Verträge im Umfang mehrerer Milliarden Euro beispielsweise mit BMW jedoch bereits gesichert. Auch Tesla arbeitet verstärkt an einer eigenen Zellfertigung und der Unabhängigkeit von Partner Panasonic. Ein Blick auf die Fabrikkapazitäten in Europa zeigt das starke Wachstum. Nicht weniger als 413 GWh an Kapazität ist nach der aktuellen Planung allein in Europa denkbar.
Weitet man die Betrachtung auf Packhersteller aus, so zeigt sich die Bedeutung noch eindrucksvoller: Unternehmen wie Kion steigen in die Märkte ein und versprechen sich deutliches Wachstum in den kommenden Jahren. Technologische und produktionstechnische Schwierigkeiten verhindern jedoch noch die durchgehende Elektrifizierung wie beispielsweise bei den Modell Porsche Boxster und Porsche Cayman.

Ein grundlegendes Thema bleibt bei all dem jedoch bestehen: Die Sicherung der Rohstoffe. Ohne die richtigen Mengen an Rohstoffen ist bereits beim ersten Prozessschritt keine Produktion möglich.  Stoffe wie Graphit, Binder, Additive und insbesondere Lithium, Nickel, Mangan und Cobalt werden in den entsprechenden Mengen und in der richtigen Reinheit benötigt, um einen homogenen Slurry für die nachfolgenden Schritte herzustellen. Unzulänglichkeiten bezüglich der Rohstoffqualität haben massiven Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der fertigen Batteriezellen und letztendlich auf die Leistungsfähigkeit des Batteriepacks.

Insbesondere Lithium und Cobalt sind entscheidende Komponenten mit einem teils sehr unsicheren Versorgungsweg und weltweit begrenzter Verfügbarkeit aus Sicht der Abnehmer. Für eine einzelne Batteriezelle werden nur wenige Gramm von Lithium benötigt. Gerechnet auf das Batteriepacks eines BEV werden Mengen im Kilogrammbereich benötigt (Tesla gibt 12 kg für das Model S an). Bei hoher Nachfrage und begrenztem Angebot steigen die Preise am Markt und verteuern wiederum das Produkt Batteriezelle. Rund 70 % des weltweiten Rohstoffbedarfs an Lithium wird für automobile Anwendungen verwendet (2015: 43% Quelle: https://roskill.com/market-report/lithium-ion-batteries/). Bislang wird noch von einem Ausgleich der Nachfrage durch Swing Producers ausgegangen. Hierbei handelt es sich um Bergarbeiter, die nur bei entsprechender Nachfrage und entsprechenden Preisen Erze abbauen und so Nachfragepeaks abfedern können. In den kommenden zwei Jahren und einer stetig steigenden Nachfrage wird dies jedoch nicht mehr ausreichend sein. Nach einem Preishoch im Jahre 2017 mit ca. 25.000 USD/t fiel der Preis auch aufgrund von Unsicherheiten bezüglich der langfristigen Nachfrage auf knapp über 10.000 USD/t im Jahre 2019. Dass eine steigende Nachfrage erwartet wird zeigt sich in den Investitionen: Insbesondere chinesische Firmen haben große Zukäufe im Rohstoffsektor in den vergangenen Jahren mit dem Fokus auf Batterierohstoffe getätigt.

Eine von der Unternehmensberatung McKinsey im Jahre 2012 publizierte Studie prognostiziert basierend auf einem Bottum-Up „Should Cost“ Modell einen durchschnittlichen Packpreis für automobile Anwendung von $200 pro kWh für 2020. Im Jahr 2012 wurden die Kosten mit $500 veranschlagt, was einer Reduktion von 60% entspricht. Seit dem Jahr 2010 untersucht BloombergNEF im Rahmen einer großen Umfrage die Preise für Batteriepacks auf Kilowattstunden gerechnet. Hierbei sticht sofort die Reduktion um nahezu 85 % zwischen den Jahren 2010 und 2018 ins Auge. Stetig sinken die berichteten Preise von Jahr zu Jahr zwischen 8 % und 35 %. Kostete im Jahre 2010 eine Zelle noch 1160$/ kWh (1033 €/kWh), so kostete sie im Jahre 2018 lediglich 176 $/kWh (156 €/kWh). Das Portal Statista veröffentlichte ebenfalls Zahlen zu der weltweiten Preisentwicklung ab 2013. Für 2018 werden 135 €/kWh ($148/kWh) angegeben. Für das Jahr 2013 werden 400 €/kWh ($437/kWh) veranschlagt. Die Zahlen weichen beispielsweise für dieses Jahr um ca. 40 % von den Zahlen von Bloomberg ab. Dennoch ist der Tendenz des starken Preisverfalls gleich. Statista differenziert leider nicht genauer sondern spricht nur allgemein von Batterien, ohne das genaue Produkt zu spezifizieren.

Die Investmentbank Goldman Sachs spricht im Zusammenhang mit der Lithium-Ionen-Technologie vom neuen Öl. Und gegen Öl muss sich die Technologie vor allem auch wirtschaftlich behaupten. Nur eine preisliche Vorteilhaftigkeit erlaubt die weitere Verbreitung. In Ländern mit hoher Wirtschaftskraft können größere Differenzen ausgeglichen werden. Forschungsberichte sprechen von einer magischen Grenze von 100 USD pro Barrel, um beispielhaft die Elektromobilität weiter zu entwickeln. Der momentane Preis von 37 USD zeigt die erschwerten Voraussetzungen. Neben dem direkten Vergleich, erscheinen auch die Recyclingmöglichkeiten weniger attraktiv.

Quellen:

https://www.panasonic.com/global/corporate/ir/pdf/2019_1q/1q_financial_results_note_e.pdf

https://docs.wixstatic.com/ugd/b8c660_7b9eb3cefa30489182a835cf67b392dd.pdf

Infinity Lithium

Battery-News.de Nachrichten/Datenbank

https://www.reuters.com/article/congo-cobalt-ahome/rpt-column-why-the-cobalt-market-needs-congos-illegal-miners-andy-home-idUSL8N24D2L0

https://www.manager-magazin.de/finanzen/boerse/oelpreis-freier-fall-nach-kurssturz-vorerst-gestoppt-a-1305320.html

https://www.tagesspiegel.de/wissen/ausgezeichnete-akkus-chemie-nobelpreis-fuer-entwickler-der-lithium-ionen-batterien/25098580.html

https://www.faz.net/aktuell/wissen/nobelpreise/nobelpreis-fuer-chemie-2019-der-ur-knall-in-volt-16425226-p2.html

https://www.isi.fraunhofer.de/content/dam/isi/dokumente/cct/lib/PRM-LIB2030.pdf

https://www.manager-magazin.de/finanzen/boerse/oelpreis-freier-fall-nach-kurssturz-vorerst-gestoppt-a-1305320.html

https://www.elektroniknet.de/markt-technik/power/stabil-bis-steigend-nachfrageschub-ab-2021-161107.html

https://www.bgr.bund.de/DE/Gemeinsames/Oeffentlichkeitsarbeit/Pressemitteilungen/BGR/bgr-170510_Kobalt%20Kongo.html

https://edison.handelsblatt.com/erklaeren/lithium-aus-lateinamerika-umweltfreundlicher-als-gedacht/24022826.html

https://www.elektroauto-news.net/2019/tesla-warnung-mangel-batterie-rohstoffe

Bericht LithoRec; C. Hoyer