Die Formel der ternären Lithiumbatteriematerialien erlebt eine Revolution, weniger Kobalt wird zum Trend, und kobaltfrei ist noch eine ferne Aussicht

Kürzlich gab der japanische Batterielieferant Panasonic bekannt, dass er kobaltfreie Batterien in Automobilqualität entwickeln werde. Während der Markt für Elektrofahrzeuge weiterhin boomt, steigen auch die Preise für deren Kernkomponente, die Antriebsbatterien. Die Nachfrage nach der derzeit gängigen Batterie, den ternären Lithiumbatterien, wächst weiterhin. Als eines der positiven Elektrodenmaterialien von ternären Lithiumbatterien ist Kobalt aufgrund seiner Knappheit zu einer strategischen Ressource für seltene Metalle geworden. 66 % der weltweiten Kobaltproduktion stammen aus der politisch instabilen Demokratischen Republik Kongo, was zu begrenzten Reserven und steigenden Preisen führt und die Entwicklung von Fahrzeugen mit alternativer Energie einschränkt. Daher entwickeln Automobilhersteller und Batterieunternehmen Methoden, um den Kobaltanteil in der Formel ternärer Lithiumbatteriematerialien zu reduzieren. Einige Unternehmen haben sogar begonnen, kobaltfreie Batterien zu entwickeln. Allerdings scheint es derzeit noch schwierig zu sein, kobaltfreie Lösungen zu erreichen.

Kobaltpreise steigen, da das Angebot die Nachfrage übersteigt

Kürzlich veröffentlichte Bloomberg New Energy Finance (BNEF) einen Bericht, in dem vorhergesagt wird, dass es früher als geplant zu einem Kobaltmangel kommen könnte. Der Mangel an diesem teuersten Material für Antriebsbatterien wird in den nächsten fünf bis zehn Jahren erhebliche Auswirkungen auf die Elektrofahrzeugindustrie haben. Daten zeigen, dass die Kobaltproduktion der Demokratischen Republik Kongo zwei Drittel der weltweiten Kobaltminen ausmacht und dass dringend neue Rohstoffquellen erschlossen werden müssen. Darüber hinaus horten viele oligopolistische Bergbauunternehmen große Mengen Kobalt, was die Beschaffung von Kobalt noch schwieriger macht.

Ein Analyst von BNEF sagte: „Ausgehend von der aktuellen Situation wird es lange dauern, neue Bodenschätze zu finden. Wenn wir uns nur auf die Kobaltvorkommen in der Demokratischen Republik Kongo verlassen, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass es bis 2020 zu einer Kobaltversorgungskrise kommt.“ Die BMW Group erklärte, dass sich Automobilhersteller, die intensiv auf die Einführung von Elektrofahrzeugen setzen, der Versorgungskrise bereits bewusst seien.

Erwähnenswert ist, dass die Marktwachstumsrate in China, dem weltweit größten Markt für Fahrzeuge mit alternativer Antriebstechnologie, schneller ist als erwartet und dass Kobalt in kurzer Zeit knapp werden wird. Analysten wiesen darauf hin, dass der Kobaltpreis stark steigen werde, wenn das Kobaltangebot nicht stetig erhöht werden könne, was schwerwiegende Auswirkungen auf die Entwicklung des Marktes für Elektrofahrzeuge haben werde. Daten zeigen, dass der Kobaltpreis an der Londoner Börse in Großbritannien seit Anfang 2016 um 270 % gestiegen ist und im März dieses Jahres einen Rekordwert erreicht hat. Pete Dineen, Leiter der Electric Vehicle Metals Resources Group, erklärte in einer E-Mail, dass unabhängig davon, ob die politische Situation in der Demokratischen Republik Kongo die Kobaltexporte beeinträchtigen werde, der derzeit hohe Preis den Kobaltmangel voll widerspiegele.

Derzeit versucht Panasonic, seine stabile Versorgung auf dem Kobaltmarkt sicherzustellen. Branchenkenner sagen voraus, dass der Kobaltverbrauch von Panasonic bis 2018 fast 8.000 Tonnen erreichen wird. Darüber hinaus suchen auch Unternehmen wie BMW, Volkswagen, Samsung SDI und LG Chem nach stabilen Bezugsquellen. Zuvor hatten Volkswagen und BMW gehofft, langfristige Verträge mit Kobaltlieferanten abschließen zu können, doch die Fortschritte verliefen nicht reibungslos. Xu Aidong, Generalsekretär der Kobaltabteilung der China Nonferrous Metals Industry Association, sprach auf dem kürzlich abgehaltenen China (Qinghai) Lithium Industry and Power Battery International Summit Forum speziell über das Thema der Endverbraucher, die Ressourcen von Vorlieferanten binden. Sie sagte: „Um ihre Preise zu sichern, müssen viele Unternehmen 10-Jahres-Verträge mit ihren Vorlieferanten abschließen. Dieses Verhalten ist nicht sehr rational. Obwohl der Kobaltmarkt derzeit sehr heiß ist, kann niemand garantieren, dass der aktuelle Preis niedrig ist. Einerseits lässt sich der Preis nicht fixieren, andererseits haben sich viele Kobaltbergbauunternehmen dem System der „verantwortungsvollen Lieferkette“ angeschlossen, in der Hoffnung, eine nachhaltige Mineralienbeschaffung in der Kobaltindustrie zu erreichen.“

Hoher Nickelgehalt und niedriger Kobaltgehalt sind der allgemeine Trend

Angesichts steigender Kosten versuchen Batterielieferanten weltweit, den Kobaltgehalt in ternären Batterien zu reduzieren. Sie haben das Formelverhältnis der positiven Elektrodenmaterialien der Batterie geändert und das Verhältnis von Nickel-Kobalt-Mangan oder Nickel-Kobalt-Aluminium in ternären Batterien von 6:2:2 auf 8:1:1 verändert. Viele chinesische Hersteller von Strombatterien planen außerdem die Entwicklung von ternären Batterien mit hohem Nickelgehalt. Ein hoher Nickel- und ein niedriger Kobaltgehalt werden verwendet, um einerseits die Energiedichte zu erhöhen und andererseits die Kosten zu senken.

Darüber hinaus arbeiten die Automobilhersteller intensiv an der Entwicklung fortschrittlicher Technologien, um den Kobaltgehalt in Batterien weiter zu senken. Derzeit plant BYD, das Verhältnis von Nickel, Kobalt und Mangan bis Ende dieses Jahres auf 8:1:1 anzupassen, und BMW wird dieses Formelverhältnis voraussichtlich im Jahr 2021 übernehmen. Es wird erwartet, dass solche Batterien mit niedrigem Kobaltgehalt bis 2020 7 % aller Batterien für Elektrofahrzeuge ausmachen werden, und dieser Anteil wird bis 2030 auf 57 % steigen, wodurch der Einfluss der Batterierohstoffe auf den Gesamtpreis der Batterie reduziert wird.

Panasonic ist offensichtlich radikaler und hofft, den Kobaltgehalt in ternären Batterien auf Null zu reduzieren. Ken Tamura, Leiter der Autobatterieabteilung von Panasonic, sagte: „Wir haben den Kobaltgehalt in Batterien stark reduziert. Der Kobaltanteil in ternären Batterien ist auf 3 % gesunken. Jetzt ist unser Ziel, kobaltfrei zu werden, und diese Technologie befindet sich bereits in der Entwicklung.“ Als exklusiver Batterielieferant für das Tesla Model 3 produziert Panasonic derzeit Batterien in seiner Gigafactory im US-Bundesstaat Nevada. Yoshiro Ito, Leiter des Automobilgeschäfts von Panasonic, sagte, dass Panasonic neben der Minimierung des Kobalteinsatzes in der Batterietechnologie auch aktiv mit Kobaltlieferanten verhandele und hoffe, langfristige und stabile Lieferverträge abzuschließen, „damit das Unternehmen Risiken durch steigende Rohstoffpreise vermeiden kann“.

Anfang Mai gab Tesla bekannt, dass bei den in seinem Model 3 verbauten Batterien der Kobaltgehalt stark reduziert und der Nickelgehalt erhöht wurde, wodurch die höchste Energiedichte aller Zeiten erreicht und eine extreme Hitzebeständigkeit erreicht wurde. Kürzlich erklärte Tesla-CEO Musk in den sozialen Medien, der Kobaltgehalt in den Batterien des Tesla Model 3 sei auf weniger als 3 % gesunken. Sie werden die Technologie weiter verbessern und danach streben, bei der nächsten Batteriegeneration vollständig auf Kobalt zu verzichten und den Ruf der „blutigen Batterien“ zu ändern.

Kobaltfrei ist kurzfristig unwahrscheinlich

Neben der Reduzierung des Kobaltanteils in Batterien ist auch das Recycling von Kobalt eine Lösung. Einem Bericht des BNEF zufolge liegt die derzeitige Recyclingrate von Kobalt bei lediglich 25 bis 50 Prozent. Wenn das Kobalt in allen Pkw-Batterien recycelt werden kann, dürfte die Gesamtmenge des recycelten Kobalts bis 2030 100.000 Tonnen pro Jahr erreichen. Derzeit erforschen Unternehmen wie Samsung SDI und BMW aktiv das Recycling von Kobalt aus Mobiltelefon- und Autobatterien. Eine Reduzierung des Kobaltgehalts in Batterien oder das Recycling von Kobalt können jedoch nur die vorübergehenden Schwierigkeiten lindern und das Versorgungsproblem nicht wirklich lösen.

Sind kobaltfreie Batterien also wirklich machbar? Als einer der wichtigsten Rohstoffe für Lithiumbatterien kann Kobalt die Energiedichte von Lithiumbatterien deutlich verbessern. Um Kobalt zu ersetzen, verwenden Batteriehersteller häufig mehr Nickel, um die Energiedichte der Batterien zu verbessern. Allerdings führt die vermehrte Verwendung von Nickel zu einer Verringerung der strukturellen Stabilität der entsprechenden Elektrodenmaterialien, was wiederum Auswirkungen auf die Lebensdauer und Sicherheit der Batterie hat. Einige Branchenkenner sind der Ansicht, dass Automobilhersteller und Batterielieferanten derzeit lediglich den Kobaltanteil in ternären Batteriematerialien reduziert haben, Kobalt jedoch derzeit nicht ersetzt werden kann.

„Aus der Perspektive der Lithiumbatterietechnologie erreicht die Batterieenergiedichte bei einem Verhältnis von Nickel, Kobalt und Mangan von 8:1:1 300 Wattstunden/Kilogramm, was eindeutig als ‚Obergrenze‘ angesehen werden kann und in den nächsten 10 Jahren möglicherweise nicht durchbrochen wird.“ Sun Xiaodong, Vizepräsident von Ningbo Shanshan Co., Ltd., sagte dies auf dem International Summit Forum on Lithium Industry and Power Batteries. Viele Branchenkenner sagten außerdem, dass zwar viele Batterielieferanten den Einsatz von Kobalt reduzieren, die meisten Hersteller jedoch die Anwendung der 8:1:1-Technologie in der Massenproduktion noch nicht realisiert haben. Bis kobaltfreie Batterien auf dem Markt sind, dürfte es sogar noch länger dauern.

Xu Aidong sagte außerdem: „Tatsächlich macht die aktuelle Produktion von 8:1:1-Ternärbatterien weniger als 10 % der Gesamtproduktion aus, da Batterieunternehmen bei der Kostensenkung auch Sicherheitsaspekte berücksichtigen müssen.“ Sie ist der Ansicht, dass aus strategischer Sicht ein hoher Nickel- und ein niedriger Kobaltanteil definitiv die Entwicklungsrichtung ist, Kobalt jedoch kurzfristig nicht ersetzt werden kann. Einerseits bringt die Änderung des Formelverhältnisses Herausforderungen für die Batterieverpackungsmethoden mit sich. Derzeit werden Lithiumbatterien noch überwiegend in zylindrischer Form verpackt und Softpack- sowie quadratische Technologien sind noch nicht ausgereift. Wenn andererseits die Kosten für Elektrofahrzeuge gesenkt und die Entwicklung vorangetrieben werden soll, müssen weiterhin Sicherheit und Qualität gewährleistet sein. „Wir können nicht einfach alles überstürzen, nur um Kosten zu senken“, sagte sie.

■ Mittel- und langfristig dürften sich die Kobaltpreise stabilisieren

Die gute Nachricht ist, dass die Kobaltpreise nicht weiter steigen werden. Die neuesten Daten zeigen, dass die inländischen Kobaltpreise seit dem 1. Juni weiter gefallen sind und der notierte Kobaltpreis am 26. Juni bei 542.600 Yuan/Tonne lag. Der seit über einem Jahr rasant steigende Kobaltpreis ist nun endgültig gestoppt. Xu Aidong sagte, dass die Entwicklung von Fahrzeugen mit neuer Energie und der Batterieindustrie erhebliche Auswirkungen auf die vorgelagerten Materialien gehabt habe. Der Kobaltpreis ist seit dem letzten Jahr deutlich gestiegen, was auf dem Markt für große Aufmerksamkeit gesorgt hat. Wenn die Preise jedoch ein bestimmtes Niveau erreichen, werden sie durch Anpassungen in der Lieferkette stabilisiert.

Wang Zidong, Leiter des Batterielabors des China North Vehicle Research Institute, sagte in einem Interview mit einem Reporter von China Automobile News, dass die Kobaltpreise zu fallen begonnen hätten, was darauf hindeute, dass der Einfluss von Kobalt auf Autobatterien nicht so groß sei und dass ternäre Batterien kein „Allheilmittel“ seien. Auch Lithium-Eisenphosphat-Batterien räumen seiner Meinung nach gute Entwicklungschancen ein. Luo Huanta, Präsident des Gaogong Industry Research Institute, vertritt die gleiche Ansicht. Er glaubt: „Seit der Produktion im ersten Quartal hat die Wachstumsrate der inländischen ternären Batterien 63 % erreicht. Da jedoch die Preise für positive Elektrodenmaterialien, insbesondere Kobalt, gestiegen sind, denken viele Unternehmen nun darüber nach oder versuchen, die Veränderung des Anteils ternärer Materialien zu verlangsamen oder den Weg über Lithiumeisenphosphat zu gehen. Einige Unternehmen haben bereits begonnen, dies zu versuchen.“

Xu Aidong wies abschließend darauf hin, dass mit der Entwicklung ternärer Lithiumbatteriematerialien die Verbrauchsintensität von Kobalt sinken werde, der Gesamtverbrauch jedoch dennoch steigen werde. Im Vergleich zu Lithium und Nickel wird sich die Wachstumsrate des Kobaltverbrauchs verlangsamen. Gleichzeitig wird sich der Trend zu einem hohen Nickelgehalt aufgrund steigender Kobaltpreise und enger werdender Lieferketten auch auf die Aussichten für den Kobaltverbrauch und die Investitionen auswirken. Solange der Kobaltpreis auf ein moderateres Niveau zurückkehrt, wird dies das Konsumwachstum weiterhin ankurbeln. Generell ist sie davon überzeugt, dass mit der zunehmenden Verbreitung von Elektrofahrzeugen auch die Batterietechnologie große Veränderungen erfahren wird und dass die Kombination verschiedener Aspekte dazu beitragen wird, die stetige Entwicklung der Batterieindustrie aufrechtzuerhalten.

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