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LFP: Vorteil für China im Batteriemarkt

Von Daniel Burow
Daniel Burow über die Trends der Batterieindustrie in China.

Das Kürzel LFP steht für Lithiumeisenphosphat, das als Kathodenmaterial in Lithium-Ionen-Batteriezellen eingesetzt wird. Es ist günstig herzustellen, vergleichsweise einfach zu handhaben und gilt aus Gründen seiner chemischen Struktur als sehr sicher. Als die chinesische Industrie sich auf den langen Marsch in Richtung E-Mobilität machte, galt die durch ein europäisch-kanadisches Konsortium lizenzierte chemische Verbindung deshalb als das Material der Wahl. China handelte früh ein langfristiges Abkommen aus, das den Unternehmen des Landes bis heute die lizenzgebührenfreie Nutzung auf dem Heimatmarkt erlaubt.

Vor circa zehn Jahren, als die deutsche Automobilindustrie sich für chinesische Batteriehersteller zu interessieren begann, schwenkte der Fokus allerdings auf Nickel-Kobalt-Mangan-Kathoden (NCM). Nur mit diesem energiereicheren Material, so der Tenor aus den Forschungsabteilungen der Autokonzerne, ließen sich die Anforderung an immer größere Reichweiten von Elektroautos erfüllen. Heute, da E-Autos nicht nur das Premiumsegment, sondern auch den Massenmarkt erobern sollen und sich ein unerwartet steiler Markthochlauf ankündigt, rücken die Themen Kosteneffizienz und Rohstoffverfügbarkeit mehr und mehr in den Mittelpunkt des Interesses. Und LFP scheint vor einem späten Comeback zu stehen. 

Neue Anwendungsfelder erschlossen

So richtig verschwunden war LFP indes nie vom Batteriemarkt. Auf dem in China über die letzten Jahre immens gewachsenen Markt der Elektrobusse etwa spielt das Material seinen Sicherheitsvorteil aus. NCM-Materialien haben den Nachteil, dass sie beim Überladen oder Überhitzen chemisch instabil werden, sich in einer Kettenreaktion zersetzen und damit hohe Energiemengen freisetzen können – der gefürchtete Thermal Runaway. Während man im PKW-Bereich darauf setzte, das Risiko vor allem durch Steuerelektronik zu minimieren, die nach hohen Sicherheitsstandards ausgelegt ist, wollte die chinesische Regierung bei Bussen auf Nummer sicher gehen. Der Einsatz von NCM ist hier nach wie vor untersagt, es bleibt nur die Alternative LFP. Ob diese Politik ihren Ursprung allein in Sicherheitsbedenken hat oder auch in industriepolitischen Erwägungen – bei NCM-Batteriezellen besitzen Hersteller aus Japan und Südkorea einen technologischen Vorsprung – sei dahingestellt. Zusammen mit der ebenfalls rasant ansteigenden Nachfrage nach stationären Energiespeichern und Batterien für E-Scooter war durchgehend für eine solide Nachfrage nach LFP-Materialien gesorgt. Denn in beiden Anwendungsfeldern spielen Energiedichten eine untergeordnete Rolle, Kosten dagegen eine entscheidende.

Elon Musk und VW setzen auf LFP

Für viel Beachtung in der Branche sorgte im Februar dieses Jahres nun – wie so oft – ein Tweet von Elon Musk: „Nickel ist unsere größte Sorge für das Hochskalieren der Lithium-Ionen-Zellproduktion. Deshalb steigen wir bei Fahrzeugen mit Standard-Reichweite auf eine Eisen-Kathode um.“ Tesla kündigte bereits bei seinem Battery Day im vergangenen Jahr an, für die in seiner Gigafactory Shanghai hergestellten Model 3 mit Standardreichweite künftig auf LFP-Zellen des chinesischen Zellherstellers Contemporary Amperex Technologies (CATL) zu setzen. Bislang kamen vor allem NCM-Zellen des koreanischen Herstellers LG Chem zum Einsatz.

Damit adressiert Tesla ein Thema, das auch europäischen Autoherstellern zunehmend Sorge bereitet. Auch Volkswagen kündigte bei seinem Power Day im März an, für Volumenmodelle künftig auf LFP-Zellen setzen zu wollen. Neben dem deutlichen Kostenvorteil führte VW dabei auch eine nachhaltige Lieferkette als Kriterium für die Auswahl des Kathodenmaterials an. „Nachhaltig“ darf hier wohl nicht nur aus dem sozial-ökologischen Blickwinkel (Stichwort Kobalt aus Krisenregionen) verstanden werden, sondern durchaus auch im Hinblick auf die langfristige Versorgungssicherheit. In einem vor wenigen Wochen im Auftrag des Joint Research Centers der Europäischen Kommission erschienenen Bericht weist das Rohstoffanalysehaus Roskill auf sich abzeichnende Versorgungsprobleme hin. Die Nickelversorgung, so die Analysten, drohe ab 2027 dem Bedarf in der Europäischen Union nicht mehr gerecht zu werden. Eisen dagegen ist das zweithäufigste Element in der Erdkruste und leicht in großen Mengen zugänglich. So erscheint es logisch, dass Roskill in einer weiteren, im Januar veröffentlichten, Marktstudie einen positiven Ausblick für den Marktanteil von LFP äußert. 

Chinas Batterieindustrie profitiert vom Trend zu LFP

In China war bereits 2020 ein Anstieg der LFP-Batterieproduktion für Elektrofahrzeuge von circa 21 Prozent zu verzeichnen. Die chinesische Batterieindustrie wartete demnach nicht auf einen Musk-Tweet, sondern antizipierte die Entwicklung bereits zuvor. Eine gewichtige Rolle dabei spielt sicher auch die Kehrtwende in der Subventionspolitik, welche die chinesische Regierung gerade vollzieht. Zwar wurden im Zuge der Covid-19-Krise die Subventionen für den Kauf von Elektrofahrzeugen noch einmal um zwei Jahre verlängert. 2022 sollen sie jedoch auslaufen und die Regierung beabsichtigt, stattdessen stärker in Ladeinfrastruktur zu investieren. Die chinesische Subventionssystematik bevorzugte in der Vergangenheit vor allem reichweitenstarke rein batterieelektrisch betriebene Fahrzeuge. Es ist davon auszugehen, dass künftig das Kosten-Nutzen-Verhältnis eine deutlich größere Rolle spielen wird. Zudem dürfte ein dichteres Netz an Lademöglichkeiten Druck aus dem Streben nach immer größeren Reichweiten nehmen. Der chinesische Markt könnte hierbei als Blaupause dienen für die Situation in Europa

Der chinesischen Batterieindustrie kommt die Entwicklung entgegen, ist sie doch bei LFP historisch stark aufgestellt und bei der NCM-Technologie nach wie vor noch nicht auf dem Stand der koreanischen Konkurrenz. Die Markteintrittsbarrieren sind bei der LFP-Technologie deutlich geringer als beim NCM, da das Material dank seiner chemischen Stabilität keine so hohen Anforderungen an die Produktionsbedingungen stellt. Das reduziert die Investitionskosten immens und Prozessmängel haben weniger gravierende Auswirkungen als beim empfindlicheren NCM. Nicht zuletzt deswegen und aufgrund der stabilen Binnennachfrage nach LFP-Zellen konnten in China in wenigen Jahren eine beachtliche Zahl Batteriezellhersteller entstehen und teils zu Global Playern heranwachsen. Während die europäische Industrie ihr Heil lange Zeit im „nächsten Technologiesprung“ gesucht hat, hat man in China mit dem für das Land so typischen Pragmatismus bei der einfachsten und kostengünstigsten Technologie begonnen.

BYD hat eine starke Marktposition

Ein Unternehmen, das vom Comeback des LFPs besonders stark profitieren könnte, ist BYD. Der an den Börsen von Hongkong und Shenzhen notierte Mischkonzern hielt durchgehend an der LFP-Technologie auch im PKW-Bereich fest. Den Energiedichtenachteil des Materials machte das Unternehmen bei seiner „Blade Battery“ an anderer Stelle wett. Indem die Batterie auf die übliche Aufbauweise aus mehreren Modulen verzichtet, sondern die Zellen direkt in das Gesamtsystem integriert (Cell-to-Pack-Technologie), werden wettbewerbsfähige Energiedichten erreicht. In einer im Januar in Nature Energy veröffentlichten Studie wird die auf das Volumen bezogene Energiedichte beim BYD Han – dem ersten Automodell, das die Technologie nutzt – sogar höher angegeben als die des Tesla Model 3 LR aus dem Modelljahr 2017. Hinzu kommen Vorteile von LFP in puncto Schnellladefähigkeit und Lebensdauer. Dem Portal BusinessKorea zufolge hat nun Hyundai Interesse an der Blade Battery für seine in China verkauften Modelle angemeldet. 

Inspiration für den Namen der Batterie sind besonders lange, schmale Zellen, welche die gesamte Breite des Batteriepacks ausfüllen und ihm so auch mechanische Steifigkeit verleihen. Das ungewöhnliche Format stellt besondere Herausforderungen an die Herstellung. Einem Insider aus der chinesischen Batterieindustrie zufolge waren circa zwei Jahre Entwicklungsarbeit notwendig – Aufwand, den BYD zu einem anhaltenden Wettbewerbsvorteil ausbauen könnte.  

Vertikale Integration und neuer Wettbewerb

Ein weiterer Wettbewerbsvorteil von BYD ist, dass das Unternehmen die gesamte Wertschöpfungskette bis hinunter zur LFP-Materialproduktion beherrscht. Gleiches gilt für den chinesischen Wettbewerber Gotion High-Tech, an dem sich Volkswagen im vergangenen Jahr mit 26 Prozent beteiligt hat. Für nicht-chinesische Materialhersteller wie etwa die BASF könnte das Geschäft allerdings bald lukrativer werden. Denn 2022 beginnen die Patente für das Herstellverfahren des Materials auszulaufen und damit auch die fälligen Lizenzgebühren. Gleichzeitig jedoch gelten auch die Exportbeschränkungen für chinesische Firmen dann nicht mehr. Das Wettrennen auf einem freier werdenden Markt ist also eröffnet und womöglich werden sich weitere Akteure dazugesellen. 

Auch CATL investiert derweil massiv in vertikale Integration. Im Januar kündigte der Branchenführer aus der südchinesischen Fujian-Provinz an, mit seiner Tochtergesellschaft Shenzhen Dynanonic für 280 Millionen US-Dollar eine LFP-Fabrik zu errichten. CATL-Gründer Zeng Yuqun kommentierte dazu: „Für eine gewisse Zeit hat Lithiumeisenphosphat noch Raum für Verbesserungen, es ist noch immer der absolute Mainstream für viele Anwendungen.“ Oder in anderen Worten: Totgesagte leben länger. 

Dr. Daniel Burow ist Chemiker und Technischer Projektleiter. Er hat für deutsche und chinesische Unternehmen in der Automobilindustrie gearbeitet und im Themengebiet Batteriematerialien promoviert.

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