Mit dem Trend zu sauberer Energie und der steigenden Nachfrage nach Elektrofahrzeugen benötigen Hersteller Batterien – insbesondere Lithium-Ionen-Batterien – mehr denn je.Beispiele für den sich beschleunigenden 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 begonnen, Rivian-Lieferwagen in über einem Dutzend Städten einzusetzen, und Walmart unterzeichneten eine Vereinbarung über den Kauf von 4.500 elektrischen Lieferwagen.Mit jeder dieser Umstellungen nimmt die Belastung der Lieferkette für Batterien zu.Dieser Artikel gibt einen Überblick über die Lithium-Ionen-Batterieindustrie und die aktuellen Lieferkettenprobleme, die sich auf die Produktion und Zukunft dieser Batterien auswirken.
I. Überblick über Lithium-Ionen-Akkus
Die Lithium-Ionen-Batterieindustrie ist stark auf den Abbau von Rohstoffen und die Produktion der Batterien angewiesen, die beide anfällig für Störungen der Lieferkette sind.
Lithium-Ionen-Batterien bestehen hauptsächlich aus vier Schlüsselkomponenten: einer Kathode, einer Anode, einem Separator und einem Elektrolyten, wie in Abbildung 1 gezeigt. Auf hohem Niveau besteht die Kathode (die Komponente, die Lithiumionen produziert) aus Lithiumoxid.1 Die Anode (das Bauteil, das die Lithium-Ionen speichert) besteht in der Regel 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 kritische Komponente, die für diesen Artikel relevant ist, da hier am wahrscheinlichsten Probleme in der Lieferkette auftreten.Die Zusammensetzung der Kathode hängt stark von der Anwendung der Batterie ab.2
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 Schritte: (1) Abbau von Rohstoffen, (2) Veredelung der Rohstoffe und (3) Produktion und Herstellung der Batterien selbst.In jeder dieser Phasen gibt es Lieferkettenprobleme, die während der 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 Lithiumraffination für Batteriespeicher und Elektrofahrzeuge4 und 100 % der Verarbeitung von natürlichem Graphit, das für Batterieanoden verwendet wird.5 Chinas beherrschende Stellung in der Lithium-Ionen-Batterieindustrie und den damit verbundenen Seltenerdelementen gibt Unternehmen und Regierungen Anlass zur Sorge.
COVID-19, der Krieg in der Ukraine und unvermeidliche geopolitische Unruhen werden die globalen Lieferketten weiterhin beeinträchtigen.Wie jede andere Branche wurde und wird 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 Arbeits- und Menschenrechte verletzen.Weitere Informationen finden Sie in unserem Artikel über das Managen von Lieferkettenunterbrechungen in Zeiten geopolitischer Risiken.
Argentinien steht auch im globalen Ringen um Lithium an vorderster Front, da es derzeit 21 % der weltweiten Reserven ausmacht und nur zwei Minen in Betrieb sind.6 Ähnlich wie China verfügt Argentinien über eine bedeutende Macht beim Abbau von Rohstoffen und plant, seine zu erweitern weiteren Einfluss auf die Lithium-Lieferkette ausüben, mit dreizehn geplanten Minen und potenziell Dutzenden weiteren in Arbeit.
Auch die europäischen Länder erhöhen ihre Produktion, wobei die Europäische Union bereit ist, bis 2025 mit 11 % der globalen Produktionskapazität zum zweitgrößten Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien der Welt zu werden.7
Trotz jüngster Bemühungen8 haben die Vereinigten Staaten keine nennenswerte Präsenz im Abbau oder in der Raffination von Seltenerdmetallen.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 Batterien mit großer Kapazität und empfahl, inländische Produktions- und Verarbeitungskapazitäten für kritische Materialien einzurichten, um eine vollständig inländische Lieferkette für Batterien zu unterstützen.9 Das DOE stellte fest, dass mehrere Energie 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 DOE im Februar 2022 zwei Absichtserklärungen heraus, um 2,91 Milliarden US-Dollar bereitzustellen, um die US-Produktion von Lithium-Ionen-Batterien anzukurbeln, die von entscheidender Bedeutung sind Ausbau des Energiesektors.11 Das DOE beabsichtigt, Raffinerie- und Produktionsanlagen für Batteriematerialien, Recyclinganlagen und andere Produktionsanlagen zu finanzieren.
Neue Technologien werden auch die Landschaft der Lithium-Ionen-Batterieproduktion verändern.Lilac Solutions, ein kalifornisches Start-up-Unternehmen, bietet Technologien an, die bis zu doppelt so viel Lithium zurückgewinnen können12 wie herkömmliche Methoden.13 In ähnlicher Weise ist Princeton NuEnergy ein weiteres Start-up, das eine kostengünstige, nachhaltige Methode entwickelt hat, um aus alten Batterien neue Batterien herzustellen.14 Obwohl diese Art von neuer Technologie den Engpass in der Lieferkette entschärfen wird, ändert sie nichts an der Tatsache, dass die Produktion von Lithium-Ionen-Batterien stark von der Verfügbarkeit von Rohstoffen abhängt.Unter dem Strich konzentriert sich die bestehende Lithiumproduktion der Welt auf Chile, Australien, Argentinien und China.15 Wie in Abbildung 2 unten angedeutet, wird die Abhängigkeit von Materialien ausländischer Herkunft wahrscheinlich in den nächsten Jahren bis zur weiteren Entwicklung anhalten Batterietechnologie, die nicht auf Seltenerdmetalle angewiesen ist.
Abbildung 2: Zukünftige Lithium-Produktionsquellen
B. Preis
In einem separaten Artikel erörterte Lauren Loew von Foley, wie der Preisanstieg von Lithium die gestiegene Batterienachfrage widerspiegelt, wobei die Kosten seit 2021 um mehr als 900 % gestiegen sind.16 Diese Preissprünge setzen sich fort, da die Inflation auf einem Allzeithoch bleibt.Die steigenden Kosten für Lithium-Ionen-Batterien, gepaart mit der Inflation, haben bereits zu Preissteigerungen bei Elektrofahrzeugen geführt.Weitere Informationen zu den Auswirkungen der Inflation auf die Lieferkette finden Sie in unserem Artikel Inflation Woes: Four Key Ways for Companies to Address Inflation in the Supply Chain.
Entscheidungsträger sollten 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 den Abnehmern neu zu verhandeln.Diese Neuverhandlungen können Zeit in Anspruch nehmen und die Projektinbetriebnahme verzögern.“sagt Helen Kou, Mitarbeiterin für 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 eingestuft.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 wie Kurzschluss, physischer Beschädigung, unsachgemäßem Design oder Montage überhitzen und sich entzünden.Einmal entzündete Brände von Lithiumzellen und -batterien können schwer zu löschen sein.18 Daher müssen sich Unternehmen der potenziellen Risiken bewusst sein und die richtigen Vorsichtsmaßnahmen treffen, wenn sie Geschäfte mit Lithium-Ionen-Batterien tätigen.
Bis heute gibt es keine schlüssigen Untersuchungen, um festzustellen, ob Elektrofahrzeuge im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen anfälliger für spontane Brände sind.19 Untersuchungen zeigen, dass Elektrofahrzeuge nur eine Zündwahrscheinlichkeit von 0,03 % haben, verglichen mit herkömmlichen Verbrennungsmotoren mit einer Zündwahrscheinlichkeit von 1,5 % .20 Hybridfahrzeuge – die über eine Hochspannungsbatterie und einen Verbrennungsmotor verfügen – haben mit 3,4 % die größte Wahrscheinlichkeit eines Fahrzeugbrands.21
Am 16. Februar 2022 geriet ein Frachtschiff mit fast 4.000 Fahrzeugen von Deutschland in die Vereinigten Staaten im Atlantik in Brand.22 Knapp zwei Wochen später sank das Frachtschiff mitten im Atlantik.Obwohl es keine offizielle Aussage über die Panne von traditionellen und Elektrofahrzeugen an Bord gibt, hätten die Lithium-Ionen-Batteriefahrzeuge das Löschen der Brände erschwert.
III.Fazit
Da sich die Welt in Richtung sauberer 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 sind, gibt es erhebliche Hürden in der Lieferkette, die bei Verhandlungen über die Beschaffung von Rohstoffen und Preisfragen frühzeitig angegangen werden sollten.Angesichts der begrenzten Verfügbarkeit von Rohstoffen und der Komplexität der Entwicklung von Lithiumminen sollten Unternehmen nach alternativen Wegen suchen, um Lithium und andere kritische Komponenten zu erhalten.Unternehmen, die sich auf Lithium-Ionen-Batterien verlassen, sollten eine Technologie evaluieren und in diese investieren, die wirtschaftlich tragfähig ist und die Lebensfähigkeit und Recyclingfähigkeit dieser Batterien maximiert, um Probleme in der Lieferkette zu vermeiden.Alternativ können Unternehmen mehrjährige Verträge für Lithium abschließen.Angesichts der starken Abhängigkeit von Seltenerdmetallen zur Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien sollten Unternehmen jedoch die Beschaffung der Metalle und andere Probleme, die sich auf den Abbau und die Raffination auswirken können, wie beispielsweise geopolitische Probleme, gründlich in Betracht ziehen.
Postzeit: 24. September 2022