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Lithium-Ion: E-Autos zurückhalten oder ihre Zukunft fahren?
May 22, 2018

Lithium-Ion: E-Autos zurückhalten oder ihre Zukunft fahren?

  Quelle: .renewableenergyworld.com

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Seit dem Paris-Abkommen werden Elektrofahrzeuge von allen großen Ländern als Katalysator für den Wandel gesehen - und tragen damit Früchte für hastige Proklamationen, manchmal mit, aber häufiger ohne Rücksicht auf bestehende Ökosysteme. Das Ergebnis hat dazu geführt, dass viele Branchen in ein neues Paradigma geraten sind, das für einige besser ist als für aufstrebende Blockchain-Technologien, aber das gilt nicht für alle. Die Frage ist nicht ein einfaches "Wer-Was-Wann", sondern auch ein vergessenes "Wo", da diese etablierten Wertschöpfungsketten regional oder sogar länderspezifisch sind, ähnlich wie ihre Stromnetze, die Fabriken, Gebäude und Wohnungen mit Strom versorgen und jetzt Autos.

 

Eine Hauptkomponente von Elektrofahrzeugen, die viele als einen wesentlichen Engpass bei der Einführung betrachten, ist die Batterie . Batterien selbst sind nicht neu und Lithium-Ionen wurde seit den frühen 90er Jahren in Serie produziert. Als solche ist ihre Wertschöpfungskette groß und komplex, sie hat sich oft aus vertikal integrierten Prozessen entwickelt, bei denen alles vom Material bis zur UI auf elektronischen Geräten von derselben Firma produziert wurde. Im Bereich der Batteriezellen, insbesondere für EV-Anwendungen, hat sich diese Industrie schnell zu einem eigenständigen Sektor entwickelt. Geschäftsmodelle dieser Unternehmen entwickeln sich im Auftrag ihrer Automobil-OEM-Kunden rasant weiter.

 

Von einem Batteriezellenobjektiv sind nicht alle EVs gleich und es ist wichtig, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge (PHEV) von Batterieelektrofahrzeugen (BEV) zu unterscheiden. Dieser Unterschied ist bei der Diskussion über Batteriezellentechnologien unerlässlich, da sie sich stark unterscheiden, wenn sie die einzige Energiequelle in einem Fahrzeug sind. Das heißt, BEVs sind wo die Technologien präsentiert werden. In diesem Bereich wurde Nickel-Metallhydrid (NiMH), das früher das EV1 von GM angetrieben hat, seit langem durch Lithium-Ionen-Chemie verdrängt.

 

Die fünf Arten von Lithium-Ionen-Zellen (Li-Ionen-Zellen), die in der neuesten Generation von Elektrofahrzeugen verwendet werden, sind:

 

· Lithiumkobaltoxid (LCO)

· Lithium-Eisenphosphat (LFP)

· Lithium-Mangan-Oxid (LMO)

· Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid (NCA)

· Nickel-Mangan-Kobalt (NMC)

 

Der Hauptunterschied zwischen diesen Technologien liegt in den Materialien, die in der Kathode verwendet werden; es bestehen jedoch subtilere Unterschiede in der Anode zwischen den Lieferanten.

 

LCO auf dem Weg nach draußen, überprüfe deinen Kobalt an der Tür

 

Von diesen genannten Zellentechnologien ist die letzte verbliebene Bastion von LCO für diese Technologie, China, über seine Automobil-OEM-Anwender wie BAIC, BYD und SAIC, von der Technologie weit entfernt. Diese Unternehmen verwenden jetzt eine Mischung aus LFP und einer sogenannten ternären Batterie. Ternär ist, wie in der Referenz angegeben, eine Mischung aus LMO-, NCA- und NMC-Technologien.

 

Warum verlassen alle LCO? Dies ist vor allem auf den Preis von Kobalt zurückzuführen, der seit Mitte 2016 in die Höhe schoss und in diesem Jahr über 80.000 US-Dollar pro Tonne erreichte. Laut dem US Geological Survey wird fast das gesamte Kobalt als Nebenprodukt anderer, häufigerer Metalle wie Nickel oder Kupfer abgebaut, was bedeutet, dass die Produktion hauptsächlich durch die Märkte für die Hauptmetalle und nicht durch die Notwendigkeit von Kobalt angetrieben wird. Nur eine anhaltende Nachfrage wird die großen Bergbauunternehmen dazu bewegen, sich zu bewegen, und sie haben schließlich begonnen, sich mit vielen Bergbaubetrieben fortzubewegen, die auf eine Ausweitung der Kobaltproduktion bis 2019 ausgerichtet sind.

 

Diese neue Kapazität könnte für LCO zu spät sein, da die Mischung fast ein Kilo pro kWh erzeugter Energie benötigt; es ist am meisten abhängig von Kobalt und daher der erste, der geht. Wenn man Parallelen zur Solarbranche zieht, fällt einem etwa ein Beispiel für die Solarzelle ein (anders als bei der Batteriezelle), wo 2011 der Preis für Silberpaste sprunghaft anstieg. Die Teilnehmer aus der Industrie haben innerhalb von 24 Monaten schnell Möglichkeiten gefunden, Silber zu reduzieren oder sogar Kupfer als Ersatz zu verwenden - eine ähnliche Zeit wie bei Elektrofahrzeugen.

 

Es ist was draußen ist, was zählt

 

Für die Wertschöpfungskette der Zelle sind nicht nur die verwendeten Materialien wichtig, sondern auch die umgebenden Gehäuse. Li-Ionen-Zellen werden derzeit in drei Formfaktoren hergestellt: zylindrisch, prismatisch (man denke an eine rechteckige Box) und Beutel. Die ersten beiden sind starr in der Natur, während die dritte, wie der Name andeutet, eine Ausdehnung ermöglicht, die auch bei allen anderen Batterien auftritt. In einer neueren Studie, die ich durchgeführt habe, analysierten 13 Automobil-OEMs und ihr Batterieformfaktor ihrer Wahl einen engen Kampf zwischen prismatischen und Taschenformfaktoren. Prismatic hat derzeit die Nase vorn, aber ich fand das Beutelformat von besonderem Interesse, wenn man bedenkt, dass die neueste NCM 811-Mischung Aufmerksamkeit von Leuten wie LG Chem und SK Innovation bekommen hat.

 

Dies sind nicht die Zellen, die Sie suchen

 

Für diejenigen, die dem Batteriezellenmarkt folgen, gab es seit 2014 erhebliche Überkapazitäten. In diesem Jahr wurde eine Auslastung von 9 bis 36 Prozent in den wichtigsten Produktionsländern festgestellt, wobei China die niedrigste und Japan die Spitzenposition in diesem Bereich einnimmt. Seither haben sich die Bedingungen zwar im Durchschnitt, aber nur leicht verbessert und erwarten, dass sich der Trend bis 2019 fortsetzen wird und große Kapazitätserweiterungen von etablierten und neuen Herstellern auf dem Weg sind. Bei Überkapazitäten ist klar, dass Batterien nicht der Flaschenhals sind, oder? Falsch. Trotz der großen Kapazität bei der Zellproduktion werden nicht alle Technologie-Mischungen von Automobilherstellern akzeptiert, die sich oft für jedes Fahrzeug auch von Jahr zu Jahr für unterschiedliche Mischungen entscheiden. Ein Mangel an Daten, die über seit vielen Jahren in Betrieb befindliche Elektrofahrzeuge gesammelt wurden, sollte eine Rolle spielen; Wenn man sich jedoch das Kurzfristige betrachtet, besteht ein größeres Problem stromabwärts.

 

Der größte Engpass liegt derzeit in den Segmenten Batteriemodul und Fahrzeugintegration der Batterieproduktion. Es gibt eine begrenzte Kapazität, diese Batteriezellen miteinander zu verbinden und ein Batteriemanagementsystem (BMS) zu integrieren, ein Problem, mit dem Tesla in letzter Zeit zu kämpfen hatte. Diese Prozesse kommen immer noch auf Hochtouren und erfordern zusätzliche Investitionen in die Automatisierung, um die Batteriezellen aufzufangen. Unter der Annahme, dass integrierte Batteriehersteller und Automobil-OEMs Ausgaben in diesem Segment priorisieren, sollte dieses Problem in den nächsten 18-24 Monaten gelöst werden.

 

Langfristig ist das anders, da die aktuellen Batterietechnologien die ehrgeizigen Ziele für die Energiedichte von über 300 Wh / kg bis 2025 nicht erreichen werden, fast doppelt so hoch wie die derzeit in Massenproduktion hergestellten Zellen. Trotz Rhetorik über eine Vielzahl von Materialien um die Kathode, Anode und Elektrolyt; Nur wenige Technologien werden im nächsten Jahrzehnt umgesetzt. Innerhalb dieses 10-Jahres-Fensters werden disruptive Technologien wahrscheinlich in den Hintergrund treten, insbesondere wenn man die jüngsten Investitionen und die erforderlichen ROIs betrachtet. So heben sich zwei Technologien vom Rest ab, beide sind Lösungen zur Verbesserung der Anode der Batterie. Dies sind Lithiumtitanat (LTO) und Silizium (Si). Diese Technologien sind noch nicht weit verbreitet; Sie sind jedoch inkrementeller als disruptive Technologien und einfacher zu implementieren. Die Unternehmen, die diese Entwicklungen in der Anodentechnologie leiten, dürften mehr Interesse wecken, da Kathodenverbesserungen abnehmende Erträge verzeichnen. Erwarten Sie, dass diese beiden Lösungen bis zum Jahr 2025 in einem beschleunigten Tempo auf den Markt drängen werden, und helfen Sie, die Energiedichte zu verbessern, um dieses ehrgeizige Ziel zu erreichen.