Auf den Punkt gebracht: Der Kampf um Ressour­cen in der E-Mobilität – Warum China auf Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien (LFP) setzt

Alle, die sich intensiv mit China beschäftigen, haben ein Gefühl für die staatlich gelenkte Strategie. Von 2000 bis 2020 hieß es: „Marktzugang für Technologietransfer“. Schlüsselindustrien wie die Automobilproduktion mussten einen chinesischen Hersteller mit 51 % Anteil mit ins Boot nehmen und saugten so Fertigungs-Know-how und Technologie ab. Die gigantischen Marktchancen und Gewinne verschleierten für die westlichen Automobilmanager und Regierungen die Risiken.

Mit der grünen Glaubenslehre „Wir retten die Welt“ und dem nie gesamthaft hinterfragten Technologiewechsel vom Verbrenner auf die Elektromobilität konnte China seit etwa 2020 so zum beherrschenden Wettbewerber werden. Die Business-Strategie ist: „Volumen-Segment zuerst und Luxus später“. Chinesische E-Auto-Hersteller konzentrierten sich zunächst auf das Volumensegment. Nachdem sie Fuß gefasst haben, bringen sie nun auch BEVs im Luxussegment wie z. B. BYD auf den Markt (Abb. 1). Damit ist der gegenwärtige Rückzug mit Ausstieg aus Smart, A- und B-Klasse von Mercedes-Benz und Konzentration auf das ‚Luxussegment' sicher kein Alleinstellungs-Merkmal. Dazu kommt der ernstzunehmende chinesische Plan, bis 2049, zum 100-jährigen Jubiläum der Volksrepublik China, beherrschender Weltmarktführer im Automobilbau zu sein. Bei Batterien für BEVs ist dieses Ziel heute schon erreicht, wie Abb. 2 und Abb. 3 zeigen. China dominiert die Batterieproduktion für E-Autos mit 76 %, gefolgt von Südkorea mit 20 % und Japan mit 4 %.

Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie (LFP)

Der Siegeszug von LFP-Batterien begann 2021. Heute liegt der Anteil der LFP-Batterien in China bei über 65 % für Pkws und nahezu 100 % bei elektrischen Nutzfahrzeugen. Im ersten Halbjahr 2024 betrug die installierte Kapazität von LFP-Batterien 194 GWh, was einem Anteil von 66 % entspricht. Im Juli und August hat der Anteil der installierten LFP-Kapazität, bedingt durch den Anstieg der BYD-Verkäufe, 70 % überschritten (Abb. 4/5). Von Januar bis August 2024 wurden in China 162 GWh Batterien in Pkw installiert, wobei 62 % auf LFP entfielen. Geely, Li Auto, Xiaomi, Leapmotor und andere Automobilhersteller haben ihren Anteil an LFP-Batterien um mehr als 20 % erhöht. Alle neuen 2024 Mainstream-Modelle sind jetzt mit LFP-Batterietypen ausgestattet. Deutsche E-Auto Hersteller wie BMW setzen auf Nickel-Mangan-Cobalt-Akkus (NMC), die ca. 25 – 30 % teurer sind. Dafür gibt es eine Energiedichte von 230 – 250 Wh/kg bei 3000 – 5000 Ladezyklen.

Vorteile:

• LFP-Batterien bieten eine hervorragende thermische Stabilität und sind weniger anfällig für Entzündungen.
• LFPs haben einen langen Lebenszyklus: 5000 bis 10.000 Ladezyklen.
• Sie sind billiger in der Herstellung, da leicht verfügbare und preiswerte Rohstoffe verwendet werden.
• Sie haben im Vergleich zu anderen Lithium-Ionen-Batterien eine geringere Umweltbelastung bezüglich verwendeter Materialien.
• LFPs bieten 50 % mehr elektrische Kapazität als Blei-Säure-Batterien.
• Energiedichte 130 – 160 Wh/kg

Nachteile:

• Geringe Temperaturbeständigkeit. Bei 0 °C sinkt ihre Leistung um 10-20 %, und bei -20 °C beträgt sie nur noch etwa 60 %.
• Neu in der Entwicklung sind Lithium-Mangan-Eisen-Phosphat-Batterien (LMFP). Diese haben eine bessere Energiedichte bei ähnlichen Kosten und Sicherheitsstandards.
• LMFP-Batterien weisen im Vergleich zu LFP-Batterien eine bessere Leistung bei niedrigen Temperaturen auf. Dennoch liegt die Kapazitätserhaltungsrate von LMFPs bei -20 °C bei etwa 75 %.
• Niedrige Temperaturen führen auch zu einem erhöhten Innenwiderstand, was zu einer geringeren Leistungsabgabe führt.
• Die Heizfaserlösung von Voltcore kann die Batterie sowohl isolieren als auch erwärmen. Die Wärmeabgabe des Heizfadens beginnt sofort nach dem Einschalten, ohne Wartezeit.

Der Batteriepreisverfall

Zu den Batteriezellenpreisen in Abb. 6 addieren sich noch ca. 25 bis 30 % für den Battery-Pack, also das Gehäuse mit dem Batterie-Management-System. Der genannte Zellenpreis von 99 $/kWh 2021 setzt sich zu 61 % aus dem Kathodenpreis und zu 16 % aus dem Anodenpreis zusammen. 2024 ist der Kathodenanteil auf 54 % gesunken und der Anodenanteil bei 18 %, bei einem Zellenpreis von 78 $. Insgesamt sind die Zellenpreise seit 2014 in zehn Jahren um 73 % gesunken. Die Preise für Elektrofahrzeugbatterien werden nach einer Analyse von Goldman Sachs bis 2026 voraussichtlich um weitere etwa 50 % fallen. Die Gründe für den Preisverfall sind mehrschichtig. Zunächst ist hier der technologische Fortschritt zu nennen, der es den Herstellern von Elektrofahrzeugbatterien ermöglicht, die Energiedichte zu erhöhen. In Kombination mit einem Rückgang der Preise für batterienotwendige Metalle wie Lithium, Gallium, Vanadium, Graphit, Cobalt, Nickel, Kupfer werden die Batteriepreise niedriger als bisher erwartet ausfallen lassen. Der Batteriepreisrückgang könnte auch bald eine Kostenparität zwischen BEV und ICE (Verbrennungsmotor) schaffen. Die weltweiten Batteriepreise sind von 153 $/kWh im Jahr 2022 auf 149 $/kWh im Jahr 2023 und 111 $/kWh im Jahr 2024 gefallen (Abb. 6). Bis 2026 könnten die Preise 80 $/kWh erreichen, womit in den USA die Kostenparität zwischen BEV und ICE auf nichtsubventionierter Basis erreicht würde.

Abb. 6: Preisverfall Li-Ionen Batteriezellen in $/kWh, dazu addieren sich ca. 25 bis 30 % für den Battery-Pack (Daten: Benchmark 9-2024)

Ausblick Festkörperbatterien

Die Markteinführung von SSB wurde auf einen später Zeitpunkt in diesem Jahrzehnt verschoben, da der Übergang vom Labormaßstab zur Massenproduktion schwierig ist. In der Zwischenzeit werden sich die chemischen Verfahren auf Lithiumbasis weiter verbessern, wodurch es für Festkörperbatterien schwieriger wird, die bestehende Technologie zu ersetzen.

Ausblick LFP vs. NMC-Batterien

LFP-Batterien werden ihren Marktanteil weiter erhöhen, wobei fortschrittliche Nickelbatterien weiterhin den Wettbewerb im Bereich der höheren Energie dominieren werden.

Der Versuch, den Batteriewettbewerb zu Südostasien aufzubauen (Northvolt)

Die Markteintrittsbarriere in der Batterieindustrie ist hoch. Zwischen dem Beginn der Forschung und Entwicklung und der ersten Produktion vergehen etwa zehn Jahre. Und es dauert sogar noch länger, bis ein guter Produktions-Yield erreicht ist. Unternehmen, die seit zehn bis 15 Jahren in der Branche tätig sind, erreichen noch nicht den EBITDA-Breakeven. Selbst wenn man mit der Produktion beginnen kann, dauert es seine Zeit, bis man ein gutes Ertragsniveau und eine gute Kostenstruktur erreicht hat. Fünf Unternehmen beherrschen 80 % des Marktes. Jeder dieser Batteriehersteller verfügt über mehr als zwei Jahrzehnte an F&E-Erfahrung in der Branche. In den letzten drei bis fünf Jahren haben sie ihre F&E-Ausgaben noch aggressiver erhöht, Weltmarktführer CATL auf 2 Mrd. $ p. a. Dadurch entsteht ein Teufelskreis, dem der schwedische Batteriehersteller Northvolt durch eine Insolvenz (Chapter 11) zunächst einmal zum Opfer gefallen ist. Die Wandelanleihe des deutschen Wirtschaftsministeriums von 600 Mio. € plus 20 Mio. € Schadenszinsen werden möglicherweise zum Totalausfall, wie das Handelsblatt berichtete.

Auf den Punkt gebracht

• China dominiert die Batterieproduktion für E-Autos mit 76 %, gefolgt von Südkorea mit 20 %.
• Insgesamt sind die Zellenpreise seit 2014 um 73 % gesunken.
• Im Jahr 2024 lagen die Batteriepreise bei 111 €/kWh und sollen bis 2026 auf 80 €/kWh weiter sinken.
• Batterien in der kostengünstigen Lithium-Eisen-Phosphat-Technologie (LFP) werden heute zu 65 % in chinesischen E-Autos verbaut, mit weiter steigendem Anteil.

Die Idee des deutschen Wirtschaftsministeriums, u. a. mit dem schwedischen Hersteller Northvolt eine europäische Versorgung für Batterien aufzubauen, ist durch die Insolvenz von Northvolt zunächst einmal krachend gescheitert. Fakt ist, dass die Markteintritts-Barrieren sehr hoch und ein bis zwei Jahrzehnte F&E und Produktionserfahrung nur schwer einzuholen sind.

Hersteller wie BYD haben eine vertikale Struktur entlang der gesamten Lieferkette. Vom Lithiumhexafluorophosphat über die Kathodenherstellung, die Fabrikautomation, das größere Blade-Zellenformat bis zum höheren Produktions-Yield reduzieren sich die Kosten. Das Ergebnis sind niedrigere Batteriepreise für die eigenen Pkws, die selbst den Marktführer CATL schlagen. Bei weiter sinkenden Batteriepreisen ist die Total-Cost-of-Ownership-Parität über den gesamten Lifecycle zwischen batterieelektrischen Pkws und Pkws mit Verbrennungsmotoren in Sicht.

Ich wünsche Ihnen einen guten Start ins neue Jahr, bleiben Sie trotz allem optimistisch.

Es grüßt Sie herzlich
Ihr
Hans-Joachim Friedrichkeit

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