Die Verknappung des Angebots bringt Dynamik in die Batteriemetalle

Autoren

Coco Zhang

Eva Manthey

Rico Luman

Die Dynamik des knapperen Angebots und der steigenden Nachfrage nach Batterien für Elektrofahrzeuge wird immer fragiler. Batteriehersteller suchen derzeit nach neuen Technologien mit fortschrittlichen chemischen Zusammensetzungen, um die langfristige Versorgung mit Metallen sicherzustellen. Der Fortschritt wird jedoch durch die Aussichten für die Metallpreise beeinträchtigt

Der rasante Anstieg der Elektrofahrzeugverkäufe während der Covid-19-Pandemie hat die Besorgnis über Chinas Dominanz in den Lieferketten für Lithiumbatterien verschärft. Unterdessen hat der anhaltende Krieg in der Ukraine die Preise für Rohstoffe – darunter Kobalt, Lithium und Nickel – auf Rekordhöhen getrieben.

Die steigende Nachfrage nach Elektrofahrzeugen hat die Preise für Batteriematerialien auf Mehrjahreshöchststände getrieben

Die Abhängigkeit von bestimmten Lieferanten ist nicht das einzige Problem. Batterien machen einen großen Teil der Gesamtkosten eines Elektrofahrzeugs aus und machen in der Regel 30 bis 40 % seines Wertes aus. Dieser Anteil steigt jedoch mit größeren Batteriegrößen.

Die steigende Nachfrage nach Elektrofahrzeugen angesichts der Verschärfung der Lieferketten hat auch die Preise für Batteriematerialien (einschließlich Kobalt und Lithium) auf Mehrjahreshöchststände getrieben. Dies wirkt sich auf die Preise aus, was wiederum die Zurückhaltung der Verbraucher bei der Umstellung auf Elektrofahrzeuge erhöht.

Auch wenn die Preise für Nickel und Kobalt im ersten Halbjahr 2023 gesunken sind, liegen sie immer noch höher als in den Vorjahren. Beispielsweise stiegen die chinesischen Preise für Lithiumcarbonat (eine raffinierte Form des Metalls, das in Batterien von Elektrofahrzeugen verwendet wird) seit Ende 2020 um mehr als 1000 % und erreichten im November letzten Jahres einen Höchststand. Nach Angaben von Asian Metal verloren sie dann bis Ende April mehr als zwei Drittel ihres Wertes.

Die fünf Schlüsselmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion) sind Lithium, Kobalt, Nickel, Mangan und Graphit. Sie alle versorgen die Batterie mit der Energie, Energie für den Antrieb von Elektrofahrzeugen zu speichern und freizugeben.

Die meisten wichtigen Materialien für die Produktion von Elektrofahrzeugen werden in ressourcenreichen Ländern abgebaut, darunter Australien, Chile und der Demokratischen Republik Kongo (DRK). Wahrscheinlich gibt es in der Erdkruste genügend Mineralienreserven, um den künftigen Bedarf an Elektrofahrzeugbatterien zu decken, aber die Ausweitung des Abbaus ist ein langer und kostspieliger Prozess.

Allein für die Batterieproduktion werden wir nach einer konservativen Schätzung der Internationalen Energieagentur (IEA) bis 2030 50 zusätzliche Lithiumminen und 60 für Nickel benötigen. Wir müssen außerdem 50 neue Produktionsanlagen für Kathoden- und 40 neue Anodenaktivmaterialien hinzufügen, um Hochleistungsbatteriematerialien herzustellen. Derzeit kann der Bau einer neuen Fabrik je nach Technologie und Mitgliedsstaat zwischen zwei und sieben Jahren dauern. Es dauert durchschnittlich 10 Jahre, bis eine neue Mine ans Netz geht.

Lithium

Batterien sind mittlerweile der dominierende Treiber der Lithiumnachfrage. Für Li-Ionen-Batterien ist Lithium unersetzlich. Über 70 % der weltweiten Lithiumproduktion stammen aus nur zwei Ländern: Australien und Chile. Australien ist der weltweit größte Lieferant und produziert den größten Teil seines Lithiums durch den Abbau von Hartgesteinspodumen, im Gegensatz zu Argentinien, Chile und China, die es hauptsächlich aus Salzlake produzieren. Chile liegt an zweiter Stelle und verfügt über mehr als 40 % der weltweit bekannten Reserven.

Kobalt

Der Anteil von Kobalt in Li-on-Batterien ist in den letzten Jahren erheblich zurückgegangen, da Batteriehersteller auf Chemikalien mit höherem Nickelgehalt umgestiegen sind. Kobalt wird hauptsächlich als Nebenprodukt des Kupfer- oder Nickelabbaus abgebaut und mehr als 70 % davon werden in der Demokratischen Republik Kongo gefördert. Der handwerkliche und kleine Bergbau ist für etwa 10–20 % der Kobaltproduktion der Demokratischen Republik Kongo verantwortlich. Die Raffinerie konzentriert sich auf China und macht rund 80 % der weltweiten Kapazität aus, obwohl das Land nur über geringe Rohstoffvorräte verfügt.

Nickel

Bei Li-Ionen-Batterien verleiht die Verwendung von Nickel den Batterien eine höhere Energiedichte und mehr Speicherkapazität. Bei der Batterieproduktion wird Nickel der Klasse 1 (Reinheit >99,8 %) benötigt, während Nickel der Klasse 2 (Reinheit <99,8 %) nicht ohne weitere Verarbeitung verwendet werden kann. Nickel kommt hauptsächlich in zwei Arten von Lagerstätten vor: Sulfid und Laterit. Sulfidvorkommen befinden sich hauptsächlich in Russland, Kanada und Australien und enthalten tendenziell höherwertiges Nickel. Russland ist der weltweit größte Lieferant von Nickel der Klasse 1 in Batteriequalität und macht rund 20 % des weltweiten Angebots aus. Handelsbeschränkungen gegenüber Russland würden daher den Druck auf die Preise erhöhen. Laterit, das minderwertiges Nickel enthält, kommt hauptsächlich in Indonesien, den Philippinen und Neukaledonien vor. Indonesien, das über fast ein Viertel der weltweiten Nickelreserven verfügt, hat im Januar 2020 den Export von Nickelerz verboten und zieht nun Investitionen in höherwertige Verarbeitung an, hauptsächlich aus China.

Lithium und Kobalt waren von den Versorgungsunterbrechungen nach der russischen Invasion in der Ukraine relativ verschont. Bei Nickel sieht das anders aus. Russland ist der drittgrößte Produzent und liefert im Jahr 2021 etwa 9 % des weltweiten Nickels und verarbeitet etwa 6 % – aber am wichtigsten ist, dass es der weltweit größte Nickellieferant der Klasse 1 ist und etwa 20 % des weltweiten Angebots ausmacht, wovon der größte Teil ausmacht geliefert von Norilsk Nickel.

Die Volatilität auf dem Nickelmarkt ist im vergangenen Jahr immer häufiger geworden. Seit dem Short-Squeeze im März, als Ängste vor Sanktionen gegen Norilsk Nickel (nach der russischen Invasion in der Ukraine) mit einer riesigen Short-Wette des weltgrößten Edelstahlproduzenten Tsingshan zusammenfielen, ist die Liquidität gesunken. Dies führte dazu, dass sich die Preise innerhalb weniger Tage mehr als verdoppelten. Die LME war gezwungen, den Handel für eine Woche auszusetzen und Nickelgeschäfte im Wert von mehreren Milliarden Dollar zu stornieren.

Die Mengen haben sich stabilisiert, bleiben aber auf einem niedrigeren Niveau als vor der Nickelkrise im letzten Jahr

Seitdem sind die LME-Volumina zurückgegangen, da viele Händler aufgrund des Vertrauensverlusts in die LME und ihren Nickelkontrakt nach dem Short Squeeze im März ihre Aktivitäten reduzierten oder ihr Engagement reduzierten. Aufgrund dieser geringen Liquidität ist Nickel starken Preisschwankungen ausgesetzt – selbst bei geringfügigen Verschiebungen im Angebots- und Nachfragegleichgewicht. Doch als die Börse tägliche Preislimits einführte und die Margin-Anforderungen sanken, begannen die Volumina zu steigen. Die Wiederaufnahme der asiatischen Handelszeiten hat auch zu höheren Volumina und einer verbesserten Liquidität geführt, was wiederum die Volatilität des Kontrakts verringert hat. Obwohl sich die Mengen in den letzten Monaten stabilisiert haben, liegen sie immer noch auf einem niedrigeren Niveau als vor der Nickelkrise im letzten Jahr.

Die Batterietechnologie entwickelt sich rasant weiter. Die meisten Batterien für Elektrofahrzeuge basieren auf Li-Ionen und sind leicht, klein und speichern viel Energie. Obwohl Batterien in ihrer Zusammensetzung variieren können, basieren sie im Allgemeinen auf den gleichen Materialien.

Li-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge basieren entweder auf Nickel – Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid (NMC) und Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid (NCA) oder Lithium-Eisenphosphat (LFP). Batterien auf Nickelbasis haben eine höhere Energiedichte, was ihnen eine größere Reichweite verleiht, und sie machen den Großteil der Elektrofahrzeugbatterien außerhalb Chinas aus. Im Allgemeinen gilt: Je höher der Nickelanteil in der Batterie, desto höher ist die Energiedichte, die die Batterie bereitstellen kann. Auch Batterien auf Nickelbasis sind teurer, vor allem aufgrund der Verwendung von Kobalt und Lithium.

Im Jahr 2022 blieb NMC mit einem Marktanteil von 60 % die dominierende Batteriechemie, gefolgt von LFP mit einem Anteil von knapp 30 % und NCA mit einem Anteil von etwa 8 %, so die IEA. Während Nickel-basierte Batterien nach wie vor die dominierende Batteriechemie darstellen, kam es in den letzten Jahren zu einem Wiederaufleben der LFP-Batteriechemie, was vor allem auf die zunehmende Verbreitung von LFP in Elektrofahrzeugen in China zurückzuführen ist. Batteriehersteller haben sich aufgrund der hohen Kosten, der Knappheit und der Bergbauethik von Nickel und Kobalt abgewendet. Nickelbatterien erfordern einen umweltschädlichen Abbauprozess, während es für den handwerklichen Kobaltabbau an Vorschriften mangelt.

Bisher war die Produktion größtenteils auf China beschränkt, soll aber weltweit zunehmen

LFP-Batterien unterscheiden sich von anderen Chemikalien durch die Verwendung von Eisen (das reichlich vorhanden und billig ist) und Phosphor anstelle von Nickel, Mangan und Kobalt, die in NCA- und NMC-Batterien vorkommen. Sie haben eine geringere Energiedichte, sind aber auch günstiger in der Herstellung, da sie kein Nickel, Kobalt und Magnesium enthalten. Sie bleiben jedoch den hohen Lithiumpreisen ausgesetzt. LFP-Batterien basieren auf Lithiumcarbonat anstelle von Hydroxid, das für nickelreiche Chemikalien verwendet wird.

Bisher war die Produktion größtenteils auf China beschränkt, soll aber weltweit zunehmen. Laut Benchmark Mineral Intelligence waren chinesische Hersteller, darunter BYD Co. und Contemporary Amperex Technology Co., im Jahr 2022 für bis zu 99 % der weltweiten Produktion von LFP-Kathoden verantwortlich. Tesla, Volkswagen und andere große Autohersteller stellen in einigen ihrer Elektroauto-Modelle bereits auf LFP-Batterien um.

In den letzten Jahren sind auch Alternativen zu Li-Ionen-Batterien entstanden, insbesondere Natrium-Ionen-Batterien (Na-Ionen). Na-Ionen basieren auf kostengünstigeren Materialien als Li-Ionen, was zu günstigeren Batterien führt. Na-Ionen-Batterien verzichten zudem vollständig auf kritische Mineralien. Natrium ist eine der am häufigsten vorkommenden und geografisch am weitesten verbreiteten Ressourcen auf der Erde, und die vom chinesischen Unternehmen CATL entwickelte Na-Ionen-Batterie kostet schätzungsweise 30 % weniger als eine LFP-Batterie. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass diese Batterien nicht die gleiche Energiedichte wie ihre Li-Ionen-Pendants haben (75 bis 160 Wh/kg im Vergleich zu 120 bis 260 Wh/kg).

Da der dramatische Anstieg der Preise für Lithium und andere Batteriematerialien in den letzten zwei Jahren das Interesse verstärkte, haben sich nun mehrere andere Zellhersteller CATL angeschlossen, um eine Na-Ionen-Lieferkette aufzubauen. Derzeit sind fast 30 Fabriken zur Herstellung von Na-Ionen-Batterien mit einer Gesamtkapazität von über 100 GWh in Betrieb, geplant oder im Bau, und fast alle davon befinden sich in China. Zum Vergleich: Die aktuelle Produktionskapazität von Li-Ionen-Batterien liegt laut IEA bei rund 1.500 GWh.

Na-Ionen-Zellen reagieren wahrscheinlich weniger empfindlich auf steigende Kosten für Lithium, Kobalt und Nickel, wobei die geringeren Packungskosten ein wichtiger Grund dafür sind, Li-Ionen-Anwendungen durch Na-Ionen-Batterien zu ersetzen. Während sich Lithium-Ionen weiter verbessern, geht BNEF davon aus, dass die Energiedichte von Natrium-Ionen im Jahr 2025 mit der von LFP in den frühen 2020er Jahren vergleichbar sein wird, als sie einen erheblichen Anteil der weltweiten Batterienachfrage ausmachten. BNEF geht davon aus, dass der Einsatz von Natriumionen in Autos im Jahr 2025 beginnen wird, wobei in diesem Jahr über 15 GWh eingesetzt werden sollen.

Batteriematerialien spielen nicht nur eine entscheidende Rolle für die Leistung von Batterien, sondern auch für die Kosten. Bei LFP-Zellen beispielsweise machen die Materialien 30 % der Batteriepackpreise aus. Der Lithiumpreis spielt eine relativ große Rolle bei der Bestimmung der Endkosten der Batteriechemie. Im Jahr 2022 war der drastischste Anstieg der Batteriematerialpreise bei LFP-Batterien mit über 25 % zu verzeichnen, während bei NMC-Batterien laut IEA-Daten ein Anstieg von weniger als 15 % zu verzeichnen war. Dies lässt sich dadurch erklären, dass der Preis für Lithium stärker steigt als der für Nickel und Kobalt. Dennoch bleiben LFP-Batterien pro Einheit Energiekapazität günstiger als NCA- und NMC-Batterien.

Auch der Preis für Batterien variiert je nach Region. China hat im Durchschnitt die niedrigsten Preise und stellt laut IEA rund 65 % der Batteriezellen und fast 80 % der Kathoden her.

Eine alternative Art des Ladens von Elektrofahrzeugen entsteht in Form von Batteriewechseln, bei denen eine leere Batterie an einem bestimmten Ort durch eine voll aufgeladene ersetzt wird. Der Batteriewechsel könnte für Lkw besonders attraktiv sein, da er die Ladezeit eines Schwerlastfahrzeugs erheblich verkürzen kann; Aufgrund der Flexibilität und in einigen Fällen niedrigeren Gesamtbetriebskosten (z. B. für Zwei- und Dreiräder) könnte es auch für leichte Nutzfahrzeuge wie Taxiflotten und Privatwagen nützlich sein.

Der Batteriewechsel könnte die Ladeszene für Elektrofahrzeuge revolutionieren

China ist führend beim Batteriewechsel sowohl für Lkw als auch für Pkw, wobei die Zahl der Wechselstationen in China im Vergleich zum Vorjahr um 50 % auf fast 2.000 Ende 2022 ansteigt. Der Elektrofahrzeughersteller NIO deckt zwei Drittel dieses Marktes ab. mit seinen batteriewechselbereiten Modellen und speziellen Wechselstationen. In den USA betreibt das Startup-Unternehmen Ample inzwischen 12 Batteriewechselstationen in San Francisco, die hauptsächlich Uber-Mitfahrgelegenheiten bedienen.

Wenn es zum Mainstream wird, könnte der Batteriewechsel die Ladeszene für Elektrofahrzeuge revolutionieren. Pro Fahrzeug wird mindestens eine Batterie benötigt, sodass die Ausweitung eines solchen Geschäftsmodells den Druck auf die ohnehin schon enger werdende globale Lieferkette für Elektrofahrzeugmetalle noch weiter erhöhen könnte. Unternehmen, die solche Dienste anbieten, bräuchten mehr Partnerschaften, um ein höheres Versorgungsniveau sicherzustellen, oder sie müssten als Kompromiss die Kapazität jeder austauschbaren Batterie verringern.

Bisher stützte sich der Markt für Elektrofahrzeuge auf Modelle der oberen Mittelklasse wie das Model 3 von Tesla sowie auf SUVs wie den KIA EV6, den Volvo C40 Recharge und den BMW IX.

Laut einer Studie von Transport and Environment for Europe könnte ein regulatorischer Anreiz für kleinere Modelle die Nachfrage nach Batteriemetallen erheblich senken. Analysen des KiM Niederländischen Instituts für Verkehrspolitik deuten auch darauf hin, dass ein größerer Zustrom kleinerer und erschwinglicherer Elektrofahrzeuge der Mittelklasse – wie der Volkswagen ID2 oder die BYD-Modelle Dolphin und Seagull – eine Voraussetzung für einen echten Durchbruch auf dem Massenmarkt ist. Auch die Reichweiten werden sich weiter verbessern, aber angesichts des zusätzlichen Gewichts ist es fraglich, ob die Effizienz weit über 500 km hinaus reicht.

Auf dieser Grundlage gehen wir davon aus, dass der Batteriebedarf pro Einheit auf dem Weg zum Jahr 2030 unter dem aktuellen Durchschnitt liegen wird.

26. Juli 2023Vor 9 Minuten aktualisiert

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