Auf den Punkt gebracht: Graphit – das unterschätzte Batterie-Anoden-Material – China zieht die Daumenschrauben gegenüber den USA und Europa an

Lithium-Ionen-Batteriepack für Elektrofahrzeuge oder Hybridautos; Bild: Ivan Milovanov / IM Imagery OU (AdobeStock)

Die Ankündigung erfolgte nur wenige Tage, nachdem die USA zusätzliche Beschränkungen für bestimmte Halbleitertypen eingeführt hatten, die amerikanische Unternehmen an chinesische Firmen verkaufen dürfen. Druck erzeugt eben Gegendruck, gemäß dem dritten Newtonschen Gesetz.

China, das die weltweite Produktion und Verarbeitung von Graphit dominiert, reguliert ab Dezember 2023 durch Ausfuhrgenehmigungen für synthetisches Graphitmaterial – einschließlich hochreiner, hochfester und hochdichter Versionen – sowie für natürlichen Flockengraphit den Export (Abb. 1).

Abb. 1: Übersicht des Graphitmarkts; Bild: Deutsche Rohstoffagentur

Graphit – ein Allerwelts-Mineral?

Graphit ist ein sehr häufig vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der „Elemente“. Es ist eine der natürlichen Erscheinungsformen des chemischen Elements Kohlenstoff in Reinform und kristallisiert äußerlich gesehen im hexagonalen Kristallsystem, erklärt Wikipedia.

Das optimale Material für die Anode ist Graphit

Es wird zusammen mit Bindemitteln und in der Regel mit Leitadditiven auf eine Kupferfolie aufgetragen und zwingt die Lithium-Atome, sich in der Gitterstruktur des Materials einen festen Platz zu suchen. Das bringt folgende Vorteile: höhere Zyklenstabilität, bessere Performance beim schnellen Laden und höhere Qualitätskonsistenz im Vergleich zu anderen Batterietypen wie etwa Blei-Akkus. Je reiner das Graphit, desto besser funktioniert dieser Mechanismus. Der synthetische Graphit erfüllt diese Aufgabe dank seiner optimierten und anpassbaren Eigenschaften besonders gut.

China hat das Monopol

Auch wenn Graphit auf den ersten Blick ein Allerwelts-Mineral ist, das selbst in einem Bleistift vorkommt, so ist es doch in seiner aufbereiteten hochreinen Form als Anode durch die deutsche Rohstoffagentur als ein sogenanntes ‚kritisches Material' eingeordnet worden.

Betrachtet man die Produktionskapazitäten nach Ländern in Prozent, so dominiert China mit 92,6 % den Batterie-Anoden-Markt. Asien folgt mit sehr weitem Abstand mit 6,7 % Kapazitätsanteil und die USA und Europa mit unter einem Prozent (Abb. 2–4).

Abb. 2: Graphit-Kapazität für Li-ION Batterie-Anoden 2023 (Daten: Benchmark Mineral Intelligence)

Abb. 3: Graphit-Kapazität für Li-ION Batterie-Anoden 2025 Prognose (Daten: Benchmark Mineral Intelligence)

Abb. 4: Graphit-Kapazität für Li-ION Batterie-Anoden 2030 Prognose (Daten: Benchmark Mineral Intelligence)

Erst ab 2030 sollen hier nach einer Analyse von Benchmark Minerals Kapazitäten in anderen Ländern aufgebaut werden, die den chinesischen Anteil auf 86,5 % reduzieren. Es bleibt aber ein Monopol.

Dabei sollen sich die Kapazitäten für hochveredeltes Anodenmaterial von heute 1,8 Mio. Jahrestonnen auf 6,8 Mio. tpa in 2025 fast vervierfachen und noch einmal bis 2030 auf 12,8 Mio. tpa verdoppeln.

Chinas Einfluss bei Rohstoffen

China hat einen massiven Einfluss auf die weltweite Lieferkette von wichtigen Mineralien, die für die Herstellung von EV-Batterien benötigt werden. Nach Angaben des US-Energieministeriums raffiniert China 60 % des weltweiten Lithiums und 80 % des Cobalts.

Bei Seltenen Erden, ebenso essentiell für Chips, Smartphones, LEDs, Windkraftanlagen und Elektromotoren, dominiert China weit vor Vietnam, Brasilien und Russland. So kommen zum Beispiel 95 % des Galliums und 67 % des Germaniums aus chinesischer Produktion, eine fatale Abhängigkeit bei Störung der Versorgung.

Bei Graphit bilden Batterien die Ausnahme des Anwendungsfeldes, wo sowohl Flockengraphit in Form von Spherical Graphite als auch synthetischer Graphit als Anodenmaterial eingesetzt werden. Die Herstellung von batterietauglichem Spherical Graphite aus Flockengraphit erfolgt über eine Reihe von Prozessschritten und ist mit Verlusten zwischen 30 und 70 % verbunden. Seine Erzeugung sowie die nachgelagerte Wertschöpfungskette der Produktion von Anodenmaterialien ist wie vorbeschrieben aktuell stark auf China konzentriert. Aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften eignen sich beide Graphittypen für unterschiedliche Anwendungsbereiche der Batterien. Im wichtigen Marktsegment der Lithium-Ionen-Batterien (LIB) ist aktuell von einem Verhältnis von natürlichem zu synthetischem Graphit von 40:60 gemittelt über alle Anwendungsbereiche auszugehen.

Elektroautoabsatz ist Treiber der Anoden-Nachfrage

Treiber ist der rasant steigende Absatz von batterieelektrischen Pkw und Hybrid-Pkw. Im vergangenen Jahr wurden mehr als 10 Mio. E-Fahrzeuge verkauft, ein Plus von 55 % gegenüber 2021, und in diesem Jahr wird mit einem Anstieg auf fast 14 Mio. E-Fahrzeuge gerechnet.

Der europäische Batteriemarkt

Der europäische Batteriemarkt wird vom südkoreanischen Hersteller LG Energy Solution sowie vom chinesischen Hersteller CATL dominiert. 50 % der Zellen in verkauften Elektrofahrzeugen wurden von LG hergestellt, 25 % von CATL. Die weiteren Batterielieferanten Samsung SDI (10 %), SK On (9 %), Panasonic (2 %) und Envision AESC (2 %) stammen ebenfalls aus Asien. Damit werden mehr als 98 % der in Europa verkauften Batteriezellen von asiatischen Unternehmen produziert. Weitere Daten finden sich in meiner Kolumne 3-2023 ‚Batterie-Rohstoffe'.

Abb. 5: Durchschnittliche Batteriekapazitäten in KWh 2020–2023 YDT für BEVs in China, Deutschland und USA (Daten: AlixPartner)

Auf den Punkt gebracht

1. China ist mit 93 % Kapazitätsanteil der absolute Weltmarktführer für hochveredeltes und besonders reines Graphit für Batterie-Anoden
2. Ab Dezember 2023 sind neue Ausfuhr-Genehmigungen für Anoden-Graphit (Spherical Graphite) erforderlich
3. Die Kapazitäten für hochveredeltes Anodenmaterial sollen sich von heute 1,8 Mio. Jahrestonnen auf 6,8 Mio. tpa in 2025 fast vervierfachen und noch einmal bis 2030 auf 12,8 Mio. tpa verdoppeln
4. Nach 10 Mio. BEVs und PHEV in 2022 sollen weltweit in diesem Jahr rund 14 Mio. Pkw verkauft werden, was den Bedarf an ‚Spherical Graphite' für Batterie-Anoden treibt
5. Die chinesische CATL und die koreanische LG dominieren als Batteriehersteller 75 % des europäischen Batteriemarktes.

Im Moment erwarten die chinesischen Behörden lediglich, das eine Genehmigung für die Ausfuhr von Graphitprodukten beantragt wird, da sie sich verstärkt auf strategische Industrien konzentrieren – allen voran auf Batterien.

Die heftigen Reaktionen und Ängste aus dem Rest der Welt sind jedoch bezeichnend: Die Länder, die auf Chinas Graphit- und Anodenlieferkette angewiesen sind, haben diesen Moment so gut wie nicht eingeplant.

Abbildung 2 bis 4 fassen das Hauptproblem zusammen, mit dem der Rest der Welt bei Graphit und Anodenmaterial konfrontiert ist. Während der Rest der Welt schlief, baute China seine führende Position für Anodenmaterial in großem Umfang aus. Durch die Preisexplosion bei Lithium, Nickel und Cobalt waren die Hersteller wach geworden, aber das unterschätzte Allerweltselement Graphit wurde bisher ignoriert.

Aber möglicherweise sensibilisiert dieser Vorfall die Graphitwelt außerhalb Chinas und gibt dem Aufbau nicht-chinesischer Produktionskapazitäten neue Impulse, insbesondere für hochveredelte Graphite, bei denen China fast eine Monopolstellung hat.

Es grüßt Sie herzlich
Ihr
Hans-Joachim Friedrichkeit

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