Angesichts des Vorstoßes zu sauberer Energie und der steigenden Nachfrage nach Elektrofahrzeugen benötigen Hersteller mehr denn je Batterien – insbesondere Lithium-Ionen-Batterien.Beispiele für den beschleunigten Übergang zu batteriebetriebenen Fahrzeugen gibt es überall: Der United States Postal Service kündigte an, dass mindestens 40 % seiner Lieferfahrzeuge der nächsten Generation und anderer Nutzfahrzeuge Elektrofahrzeuge sein werden, Amazon hat damit begonnen, Rivian-Lieferwagen in über einem Dutzend Städten einzusetzen, und Walmart haben eine Vereinbarung zum Kauf von 4.500 elektrischen Lieferwagen getroffen.Mit jeder dieser Umstellungen verschärft sich die Belastung der Lieferkette für Batterien.Dieser Artikel bietet einen Überblick über die Lithium-Ionen-Batterieindustrie und die aktuellen Lieferkettenprobleme, die sich auf die Produktion und Zukunft dieser Batterien auswirken.
I. Übersicht über Lithium-Ionen-Batterien
Die Lithium-Ionen-Batterieindustrie ist stark auf den Abbau von Rohstoffen und die Produktion der Batterien angewiesen – beide Bereiche sind anfällig für Störungen der Lieferkette.
Lithium-Ionen-Batterien bestehen hauptsächlich aus vier Schlüsselkomponenten: einer Kathode, einer Anode, einem Separator und einem Elektrolyten, wie in Abbildung 1 dargestellt. Im Großen und Ganzen besteht die Kathode (die Komponente, die Lithiumionen produziert) aus Lithiumoxid.1 Die Anode (die Komponente, die die Lithiumionen speichert) besteht im Allgemeinen aus Graphit.Der Elektrolyt ist ein Medium, das die freie Bewegung der Lithiumionen ermöglicht und aus Salzen, Lösungsmitteln und Zusatzstoffen besteht.Schließlich ist der Separator die absolute Barriere zwischen Kathode und Anode.
Die Kathode ist die für diesen Artikel relevante kritische Komponente, da hier am wahrscheinlichsten Probleme in der Lieferkette auftreten.Die Zusammensetzung der Kathode hängt stark von der Anwendung der Batterie ab.2
Für die Anwendung erforderliche Elemente
Handys
Kameras
Laptops Kobalt und Lithium
Elektrowerkzeuge
Medizinische Geräte Mangan und Lithium
or
Nickel-Kobalt-Mangan und Lithium
or
Phosphat und Lithium
Angesichts der Verbreitung und anhaltenden Nachfrage nach neuen Mobiltelefonen, Kameras und Computern sind Kobalt und Lithium die wertvollsten Rohstoffe bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien und sind bereits heute mit Unterbrechungen der Lieferkette konfrontiert.
Bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien gibt es drei entscheidende Phasen: (1) Rohstoffgewinnung, (2) Raffinierung der Rohstoffe und (3) Produktion und Fertigung der Batterien selbst.In jeder dieser Phasen gibt es Lieferkettenprobleme, die bei Vertragsverhandlungen angegangen werden sollten, anstatt darauf zu warten, dass die Probleme im Laufe der Produktion auftreten.
II.Lieferkettenprobleme in der Batterieindustrie
A. Produktion
China dominiert derzeit die globale Lieferkette für Lithium-Ionen-Batterien und produziert 79 % aller Lithium-Ionen-Batterien, die 2021 auf den Weltmarkt kamen.3 Das Land kontrolliert außerdem 61 % der weltweiten Lithiumraffinierung für Batteriespeicher und Elektrofahrzeuge4 und 100 % der Verarbeitung von Naturgraphit, der für Batterieanoden verwendet wird.5 Chinas beherrschende Stellung in der Lithium-Ionen-Batterieindustrie und den damit verbundenen Seltenerdelementen gibt sowohl Unternehmen als auch Regierungen Anlass zur Sorge.
COVID-19, der Krieg in der Ukraine und die unvermeidlichen geopolitischen Unruhen werden sich weiterhin auf die globalen Lieferketten auswirken.Wie jede andere Branche war und wird auch der Energiesektor von diesen Faktoren beeinflusst.Kobalt, Lithium und Nickel – kritische Materialien bei der Herstellung von Batterien – sind Risiken in der Lieferkette ausgesetzt, da Produktion und Verarbeitung geografisch konzentriert sind und von Gerichtsbarkeiten dominiert werden, die mutmaßlich gegen Arbeits- und Menschenrechte verstoßen.Weitere Informationen finden Sie in unserem Artikel „Management von Lieferkettenunterbrechungen im Zeitalter geopolitischer Risiken“.
Auch Argentinien steht im weltweiten Kampf um Lithium an vorderster Front, da es derzeit über 21 % der weltweiten Reserven verfügt und nur zwei Minen in Betrieb sind.6 Ähnlich wie China verfügt Argentinien über erhebliche Macht im Rohstoffabbau und plant, diese auszubauen Mit dreizehn geplanten Minen und möglicherweise Dutzenden weiteren in Arbeit wird die Lithium-Lieferkette weiter Einfluss nehmen.
Auch europäische Länder steigern ihre Produktion, wobei die Europäische Union bis 2025 mit 11 % der weltweiten Produktionskapazität voraussichtlich der zweitgrößte Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien weltweit sein wird.7
Trotz jüngster Bemühungen8 sind die Vereinigten Staaten beim Abbau oder der Raffinierung von Seltenerdmetallen nicht nennenswert vertreten.Aus diesem Grund sind die Vereinigten Staaten bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien stark auf ausländische Quellen angewiesen.Im Juni 2021 veröffentlichte das US-Energieministerium (DOE) eine Überprüfung der Lieferkette für Großbatterien und empfahl den Aufbau inländischer Produktions- und Verarbeitungskapazitäten für kritische Materialien, um eine vollständig inländische Lieferkette für Batterien zu unterstützen.9 Das DOE stellte fest, dass mehrere Energiequellen vorhanden sind Technologien sind in hohem Maße von unsicheren und instabilen ausländischen Quellen abhängig – was ein inländisches Wachstum der Batterieindustrie erforderlich macht.10 Als Reaktion darauf gab das Energieministerium im Februar 2022 zwei Absichtserklärungen heraus, 2,91 Milliarden US-Dollar bereitzustellen, um die US-Produktion von Lithium-Ionen-Batterien anzukurbeln, die für entscheidend sind Wachstum des Energiesektors.11 Das DOE beabsichtigt, Raffinations- und Produktionsanlagen für Batteriematerialien, Recyclinganlagen und andere Produktionsanlagen zu finanzieren.
Neue Technologien werden auch die Landschaft der Lithium-Ionen-Batterieproduktion verändern.Lilac Solutions, ein in Kalifornien ansässiges Startup-Unternehmen, bietet Technologie an, mit der bis zu doppelt so viel Lithium zurückgewonnen werden kann12 wie mit herkömmlichen Methoden.13 Ebenso ist Princeton NuEnergy ein weiteres Startup, das eine kostengünstige und nachhaltige Möglichkeit entwickelt hat, aus alten Batterien neue Batterien herzustellen.14 Obwohl diese Art von neuer Technologie den Engpass in der Lieferkette verringern wird, ändert sie nichts an der Tatsache, dass die Produktion von Lithium-Ionen-Batterien stark von der Verfügbarkeit von Rohstoffen abhängt.Das Fazit bleibt, dass sich die weltweit bestehende Lithiumproduktion auf Chile, Australien, Argentinien und China konzentriert.15 Wie in Abbildung 2 unten dargestellt, wird die Abhängigkeit von Materialien aus dem Ausland wahrscheinlich in den nächsten Jahren bis zur weiteren Entwicklung von bestehen bleiben Batterietechnologie, die nicht auf Seltenerdmetallen basiert.
Abbildung 2: Zukünftige Lithiumproduktionsquellen
B. Preis
In einem separaten Artikel erörterte Lauren Loew von Foley, wie der Preisanstieg für Lithium die gestiegene Batterienachfrage widerspiegelt, wobei die Kosten seit 2021 um mehr als 900 % gestiegen sind.16 Diese Preisanstiege halten an, da die Inflation weiterhin auf einem Allzeithoch ist.Die steigenden Kosten für Lithium-Ionen-Batterien haben in Verbindung mit der Inflation bereits zu Preiserhöhungen für Elektrofahrzeuge geführt.Weitere Informationen zu den Auswirkungen der Inflation auf die Lieferkette finden Sie in unserem Artikel Inflationsprobleme: Vier wichtige Möglichkeiten für Unternehmen, die Inflation in der Lieferkette zu bekämpfen.
Entscheidungsträger möchten sich über die Auswirkungen der Inflation auf ihre Verträge mit Lithium-Ionen-Batterien im Klaren sein.„In etablierten Energiespeichermärkten wie den USA haben höhere Kosten dazu geführt, dass einige Entwickler versuchen, die Vertragspreise mit Abnehmern neu auszuhandeln.Diese Neuverhandlungen können Zeit in Anspruch nehmen und die Inbetriebnahme des Projekts verzögern.“sagt Helen Kou, Mitarbeiterin im Bereich Energiespeicherung beim Forschungsunternehmen BloombergNEF.17
C. Transport/Entflammbarkeit
Lithium-Ionen-Batterien werden von der Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration (PHMSA) des US-Verkehrsministeriums gemäß den Gefahrstoffvorschriften des US-Verkehrsministeriums (DOT) als gefährliches Material reguliert.Im Gegensatz zu Standardbatterien enthalten die meisten Lithium-Ionen-Batterien brennbare Materialien und haben eine unglaublich hohe Energiedichte.Infolgedessen können die Lithium-Ionen-Batterien unter bestimmten Bedingungen überhitzen und sich entzünden, beispielsweise bei einem Kurzschluss, einer physischen Beschädigung, einer unsachgemäßen Konstruktion oder Montage.Einmal entzündet, kann es schwierig sein, Brände von Lithiumzellen und -batterien zu löschen.18 Daher müssen sich Unternehmen der potenziellen Risiken bewusst sein und die richtigen Vorsichtsmaßnahmen ergreifen, wenn sie Transaktionen mit Lithium-Ionen-Batterien durchführen.
Bisher gibt es keine schlüssigen Untersuchungen, um festzustellen, ob Elektrofahrzeuge im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen anfälliger für spontane Brände sind.19 Untersuchungen zeigen, dass bei Elektrofahrzeugen die Wahrscheinlichkeit, sich zu entzünden, nur bei 0,03 % liegt, während bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren die Wahrscheinlichkeit, sich zu entzünden, bei 1,5 % liegt .20 Hybridfahrzeuge – die über eine Hochspannungsbatterie und einen Verbrennungsmotor verfügen – haben mit 3,4 % die größte Wahrscheinlichkeit eines Fahrzeugbrandes.21
Am 16. Februar 2022 fing ein Frachtschiff, das fast 4.000 Fahrzeuge von Deutschland in die USA transportierte, im Atlantik Feuer.22 Knapp zwei Wochen später sank das Frachtschiff mitten im Atlantik.Obwohl es keine offizielle Aussage über die Panne der an Bord befindlichen herkömmlichen und elektrischen Fahrzeuge gibt, hätten die Fahrzeuge mit Lithium-Ionen-Batterie das Löschen der Brände erschwert.
III.Abschluss
Während sich die Welt hin zu saubererer Energie bewegt, werden Fragen und Probleme im Zusammenhang mit der Lieferkette zunehmen.Diese Fragen sollten so schnell wie möglich vor Vertragsabschluss geklärt werden.Wenn Sie oder Ihr Unternehmen an Transaktionen beteiligt sind, bei denen Lithium-Ionen-Batterien eine wesentliche Komponente darstellen, gibt es erhebliche Hürden in der Lieferkette, die frühzeitig bei Verhandlungen über die Beschaffung von Rohstoffen und Preisfragen angegangen werden sollten.Angesichts der begrenzten Verfügbarkeit von Rohstoffen und der Komplexität bei der Entwicklung von Lithiumminen sollten Unternehmen nach alternativen Wegen zur Gewinnung von Lithium und anderen kritischen Komponenten suchen.Unternehmen, die auf Lithium-Ionen-Batterien setzen, sollten Technologien prüfen und investieren, die wirtschaftlich sind und die Lebensfähigkeit und Recyclingfähigkeit dieser Batterien maximieren, um Probleme in der Lieferkette zu vermeiden.Alternativ können Unternehmen mehrjährige Verträge für Lithium abschließen.Angesichts der starken Abhängigkeit von Seltenerdmetallen bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien sollten Unternehmen jedoch die Beschaffung der Metalle und andere Aspekte, die sich auf den Bergbau und die Raffination auswirken können, wie etwa geopolitische Probleme, genau berücksichtigen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 24.09.2022