Batterien bauen: Warum Lithium und warum Lithiumhydroxid?

Forschung & Entdeckung

Es sieht aus wie Lithium und Lithiumhydroxide bleiben vorerst bestehen: Trotz intensiver Forschung mit alternativen Materialien ist nichts in Sicht, was Lithium als Baustein für die moderne Batterietechnologie ersetzen könnte.

Sowohl die Preise für Lithiumhydroxid (LiOH) als auch für Lithiumcarbonat (LiCO3) zeigen seit einigen Monaten nach unten, und die jüngste Marktumwälzung verbessert die Situation sicherlich nicht. Trotz umfassender Forschung zu alternativen Materialien ist jedoch nichts in Sicht, was Lithium als Baustein für die moderne Batterietechnologie in den nächsten Jahren ersetzen könnte. Wie wir von den Herstellern der verschiedenen Lithium-Batterie-Formulierungen wissen, steckt der Teufel im Detail und hier werden Erfahrungen gesammelt, um die Energiedichte, Qualität und Sicherheit der Zellen schrittweise zu verbessern.

Da in fast wöchentlichen Abständen neue Elektrofahrzeuge (EVs) auf den Markt kommen, ist die Branche auf der Suche nach zuverlässigen Quellen und Technologien. Für die Automobilhersteller ist es unerheblich, was in den Forschungslaboren passiert. Sie brauchen die Produkte hier und jetzt.

Der Wechsel von Lithiumcarbonat Zu Lithiumhydroxid

Bis vor Kurzem stand Lithiumcarbonat im Fokus vieler Hersteller von Elektrofahrzeugbatterien, da bestehende Batteriedesigns Kathoden aus diesem Rohstoff erforderten. Dies wird sich jedoch bald ändern. Lithiumhydroxid ist auch ein wichtiger Rohstoff für die Herstellung von Batteriekathoden, allerdings ist sein Angebot derzeit deutlich geringer als das von Lithiumcarbonat. Obwohl es sich eher um ein Nischenprodukt als Lithiumcarbonat handelt, wird es auch von großen Batterieherstellern verwendet, die mit der Industrieschmierstoffindustrie um denselben Rohstoff konkurrieren. Daher wird erwartet, dass die Vorräte an Lithiumhydroxid in der Folge noch knapper werden.

Zu den Hauptvorteilen von Lithiumhydroxid-Batteriekathoden im Vergleich zu anderen chemischen Verbindungen gehören eine bessere Leistungsdichte (mehr Batteriekapazität), eine längere Lebensdauer und verbesserte Sicherheitsfunktionen.

Aus diesem Grund ist die Nachfrage aus der wiederaufladbaren Batterieindustrie in den 2010er Jahren stark gewachsen, wobei zunehmend größere Lithium-Ionen-Batterien in Automobilanwendungen eingesetzt werden. Im Jahr 2019 machten wiederaufladbare Batterien 54 % des gesamten Lithiumbedarfs aus, fast ausschließlich aus Li-Ionen-Batterietechnologien. Obwohl der rasante Anstieg der Verkäufe von Hybrid- und Elektrofahrzeugen die Aufmerksamkeit auf den Bedarf an Lithiumverbindungen gelenkt hat, kam es in der zweiten Jahreshälfte 2019 zu sinkenden Verkäufen in China – dem größten Markt für Elektrofahrzeuge – und zu einem weltweiten Rückgang der Verkäufe aufgrund von Lockdowns im Zusammenhang mit der Corona-Krise -19-Pandemie im ersten Halbjahr 2020 haben das Wachstum der Lithiumnachfrage kurzfristig „gebremst“, indem sie sich auf die Nachfrage sowohl von Batterie- als auch von Industrieanwendungen ausgewirkt hat. Längerfristige Szenarien zeigen jedoch weiterhin ein starkes Wachstum der Lithiumnachfrage im kommenden Jahrzehnt, wobei Roskill prognostiziert, dass die Nachfrage im Jahr 2027 1,0 Mio. t LCE überschreiten wird, mit einem Wachstum von über 18 % pro Jahr bis 2030.

Dies spiegelt den Trend wider, mehr in die LiOH-Produktion als in die LiCO3-Produktion zu investieren; Und hier kommt die Lithiumquelle ins Spiel: Spodumengestein ist hinsichtlich des Herstellungsprozesses deutlich flexibler. Es ermöglicht eine optimierte Produktion von LiOH, während die Verwendung von Lithiumsole normalerweise über LiCO3 als Zwischenprodukt zur Herstellung von LiOH führt. Daher sind die Produktionskosten von LiOH deutlich niedriger, wenn Spodumen als Quelle anstelle von Sole verwendet wird. Es ist klar, dass angesichts der schieren Menge an Lithiumsole, die weltweit verfügbar ist, letztendlich neue Prozesstechnologien entwickelt werden müssen, um diese Quelle effizient zu nutzen. Da verschiedene Unternehmen neue Verfahren untersuchen, werden wir dies irgendwann erleben, aber im Moment ist Spodumen die sicherere Wahl.