Veränderungen bei Materialien
Das sind die aktuellen Trends im Lithium-Ionen-Batteriemarkt
IDTechEx hat die wichtigsten Materialtrends, die den Markt für Lithium-Ionen-Batterien prägen, näher unter die Lupe genommen. Dabei spielen insbesondere der Aufstieg von Lithium-Eisen-Phosphat (LFP) und Veränderungen bei Graphitmaterialien eine Rolle.
Die Elektroautoindustrie ist mittlerweile aus dem Early-Adopter-Stadium herausgewachsen und im Massenmarkt angekommen. Daher muss sie den Fokus nun auf Erschwinglichkeit legen. In diesem Zusammenhang hat sich Lithium-Eisen-Phosphat (LFP) aufgrund seiner geringeren Kosten im Vergleich zu Alternativen wie Nickel-Mangan-Kobalt (NMC) und Nickel-Kobalt-Aluminium (NCA) als eine überzeugende Option für Elektroauto-Batterien herausgestellt.
LFP ist eine deshalb für Automobilhersteller sehr attraktivl, da sie erschwinglichere Elektromodelle produzieren wollen. Mehrere Hersteller außerhalb Chinas planen derzeit, mehr LFP einzusetzen, darunter Hyundai, Volkswagen, Renault, Stellantis und Ford, um nur einige zu nennen.
Lithium-Eisen-Phosphat setzt sich immer mehr durch
Der Anteil von LFP am globalen Batteriemarkt ist stetig gestiegen, was vor allem auf die Wiedereinführung von LFP-Kathoden in China für Elektrofahrzeuge zurückzuführen ist. Der Einfluss dieses Materials breitet sich nun über China hinaus aus, mit einer frühen Annahme in Europa und den USA sowie einem zunehmenden Einsatz im Bereich der stationären Energiespeicherung, wo Preis und Kosten ebenfalls entscheidend sind.
Es gibt zwar Bestrebungen, LFP außerhalb Chinas zu produzieren, aber fast das gesamte aktive Kathodenmaterial und die Batteriezellen werden derzeit in China hergestellt, was bei Herstellern, die auf LFP angewiesen sind, Bedenken hinsichtlich der Sicherheit der Lieferkette und geopolitischer Risiken aufkommen lässt – dies gilt insbesondere für die USA.
LMFP als Antwort auf die Beschränkungen der Energiedichte bei LFP
LFP bietet zwar erhebliche Kostenvorteile sowie Vorteile in Bezug auf die Zyklenlebensdauer und die thermische Stabilität, hat aber einen Nachteil: Es weist eine geringere Energiedichte im Vergleich zu NMC- oder NCA-Batterien auf. Trotz Verbesserungen bei der Konstruktion von Batteriepacks ist die Reichweite von Elektrofahrzeugen, die mit LFP-Batterien betrieben werden, dadurch begrenzt.
Lithium-Mangan-Eisen-Phosphat (LMFP) hat sich als eine geeignete Lösung für dieses Problem erwiesen. LMFP bietet die Kostenvorteile von LFP und verbessert gleichzeitig die Energiedichte durch die Einbeziehung von Mangan in die Kathodenzusammensetzung. Dies könnte dazu beitragen, die Leistungslücke zwischen LFP- und NMC-basierten Batterien zu schließen und gleichzeitig die kostengünstige Struktur von LFP zu erhalten.
Inzwischen gibt es Pläne für die Entwicklung und den Ausbau von LMFP-Produktionskapazitäten von Kathodenherstellern wie Dynanonic und Ronbay bis hin zu neueren Anbietern wie Lithium Australia/VSPC oder Mitra Chem. In seinem Bericht »Li-Ion Battery Market 2025-2035: Technologies, Players, Applications, Outlooks and Forecasts« gibt IDTechEx Produktionsprognosen für aktives Kathodenmaterial und prognostiziert die GWh-Batterienachfrage nach Kathoden bis zum Jahr 2035.
Der Anteil von künstlichem Graphit gegenüber natürlichem wächst
Eine weitere Trendänderung bei den Batteriematerialien vollzieht sich auf dem Anodenmarkt, wo künstliches Graphit gegenüber natürlichem Graphit an Boden gewinnt. IDTechEx schätzt, dass künstlicher Graphit im Jahr 2023 etwa 73 Prozent des Graphitanodenmarktes für Lithium-Ionen-Batterien ausmachen wird, gegenüber etwa 60 Prozent im Jahr 2020.
Der Hauptgrund für diese Änderung sind die Kosten: In der Vergangenheit war künstliches Graphit aufgrund des Energiebedarfs für die Graphitierung teurer als die natürliche Form, bot jedoch eine größere Zuverlässigkeit bei der Materialherstellung sowie Leistungsvorteile hinsichtlich der Durchsatzleistung und der Zyklusdauer. Die niedrigen Energiepreise in China und der starke Wettbewerb haben jedoch die Preise für künstliches Graphit nach unten gedrückt, wobei für hochwertige Anoden Preise von bis zu 6 US-Dollar/kg gemeldet wurden.
Dies hat Kunstgraphit zu einer attraktiveren Option für Batteriehersteller gemacht, die sowohl Kosten als auch Leistung optimieren wollen. Wichtig dabei ist, dass dies auch ein Hindernis für die Einführung alternativer Anodenmaterialien für kostenempfindliche Anwendungen darstellt, wie zum Beispiel Materialien auf Siliziumbasis, deren Preise auf einer US-Dollar/kg-Basis um eine Größenordnung höher liegen können.
Der Batteriemarkt ist kostengetrieben
Egal, um welchen Trend es sich bei der Auswahl von Anoden- und Kathodenmaterialien handelt, ausschlaggebend sind stets die Kosten. Die Verwendung von LFP und die Entwicklung anderer kostengünstiger Kathoden wie LMFP sind ein Beispiel für die verstärkte Konzentration der Li-Ionen-Industrie auf Kosten und Preise.
Die jüngste Verlagerung von Naturgraphit zu künstlichem Graphit ist auch auf die sinkenden Preise zurückzuführen. Der starke Wettbewerb und die Überkapazitäten in der gesamten Wertschöpfungskette der Batterien werden die Preise weiter nach unten treiben. Dies wird für Batteriekäufer und -verbraucher von großem Vorteil sein, schafft aber auch große Hürden für Akteure, die in den Markt eintreten wollen. Dies wird insbesondere in Europa und Nordamerika der Fall sein, wo weniger entwickelte Lieferketten und Industrien ein zusätzliches Hindernis für den Wettbewerb mit etablierten asiatischen Akteuren und Herstellern darstellen.
Fazit
Um den Anforderungen einer schnell wachsenden Li-Ionen-Batterieindustrie gerecht zu werden, werden verschiedene Materialien und Technologien entwickelt. Der Schlüssel zur erfolgreichen Einführung eines jeden Materials und einer jeden Technologie sind die Kosten, wie die jüngsten Verschiebungen hin zu LFP und künstlichem Graphit zeigen.
Innovationen und Entwicklungen, die die Leistung, die Sicherheit und die Umweltvorteile vorantreiben und gleichzeitig niedrige und wettbewerbsfähige Preise beibehalten können, sind entscheidend für das weitere Wachstum der Batterieindustrie und der von ihr abhängigen Dekarbonisierungsprojekte.
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