Produktion av katodmaterial

Cellproduktion i all ära och utan råmaterial och vidare till aktiva elektrodmaterial blir det inga celler. För att ta sig från gruvbrytning till aktiva material till en Li-joncell krävs ett flertal produktionssteg. Anodens aktiva material är i de allra flesta celler grafit: naturlig eller syntetisk. När det kommer till katoden finns det ett antal olika varianter och valet man gör beror på vilken applikation man har i åtanke. Vi känner igen förkortningar som LFP, NMC, LCO, LMO, NCA, etc. Alla dessa är katodmaterial.

Katodmaterialet är en av de mest kritiska komponenterna i en Li-joncell och bestämmer till mångt och mycket energiinnehållet, tillförlitligheten, kostnaden, livslängden och storleken på batteriet.

Grovt räknat går det åt mellan 1-2 kg aktivt katodmaterial per kWh. Om man ska nå målet med en cellkostnad under 100 USD/kWh finns det en del att vinna på produktionen av katodmaterialet. Förutom produktion av de aktiva katodmaterialen påverkar givetvis brytningen av metaller priset, vilket vi belyste i gårdagens nyhetsbrev.

Idag har vi samlat ihop ett antal nyheter om marknaden för just katodmaterial och katodmaterialproduktion.

Vi passar också på att tipsa om nyheterna att:

• Sverige och Finland kan säkra tillgången på rättvisa metaller. Debattartikel av näringsminister Ibrahim Baylan och Finlands näringsminister Katri Kulmuni, Aftonbladet den 6 november 2019.
• Volvo Cars inför blockchain-spårbarhet för kobolt i elbilsbatterier.-

Marknaden ökar med 8 gånger till 2024 och behovet med 6 gånger

Olika analytiker försöker analysera hur stor marknaden för katodmaterial är och vilka kemier som kommer dominera framöver. 2017 producerades lite drygt 270 kton katodmaterial och behovet 2025 väntas vara 850 kton [1]. Det bör noteras att mellan 2010 och 2017 ökade behovet med ungefär fyra gånger. De största producenterna är belgiska Umicore, japanska Nichia och kinesiska företagen Easpring och Shanshantech. Uppstickare på marknaden är företag som 3M, Dupont, BASF, Posco och LG Chem.

Ifjol var marknaden ungefär 7 miljarder USD och 2024 förutspås marknaden öka över åtta gånger till 58,8 miljarder USD [2]. Ett sätt att öka vinsten är att det utgå från nya produktionsvägar och nya material. Dock är det viktigt att slutprodukten blir den samma, annars blir prestandan på de slutgiltiga cellerna annorlunda. Det gäller att ha samma kristinalitet, partikelstorlek, ytarea och morfologi, osv på det färdiga materialet. Men även skräddarsydda katodmaterial kan påverka marknadstillväxten och priset; till exempel material med ett lägre koboltinnehåll.

Det katodmaterial som används mest i elfordon är NMC: en litium-nickel-mangan-kobolt-oxid. Länge var det lika mycket av nickel, mangan och kobolt (NMC 111), men idag är vanliga varianter med 60% nickel och 20% av vardera mangan och kobolt: NMC 622. Varianter med ännu högre nickelinnehåll är på väg ut på marknaden. Med mer nickel ökar kapaciteten, men materialen blir mer temperaturkänsligt. NMC 811 är den variant som alla nu vill ha. Tesla använder sig av NCA-celler (litium-nickel-kobolt-aluminium-oxid) som har 80 % nickel, 15 % kobolt och 5 % aluminium.2017 tillverkades ungefär 110 kton av NMC och NCA. Till 2025 tros behovet öka mer än 6 gånger till ungefär 665 kton [1]. NMC och NCA kommer utgöra nästan 80 % av allt tillverkat katodmaterial.

För applikationer som kräver höga effekter (både laddning och urladdning) är LFP ett attraktivt material: litium-järn-fosfat. Jämfört med NMC har cellerna lägre spänning och resultatet blir ett tyngre (och större) batteri. Många kinesiska tillverkare använder just LFP och ett tag var det förbjudet att använda NMC-celler i bussar i Kina [3]. LFP som material är stabilare än NMC och anses därför som säkrare. Produktionskapaciteten förutspås ligga konstant till 2025 med drygt 100 kton per år [1].

Johnson Matthey och Umicore satsar i Polen

För många inom fordonsindustrin går tankarna till katalysatorer när man pratar om Johnson Matthey. Nu satsar de även på katodmaterial till Li-jonbatterier. Under 2017 planerade JM att investera runt 200 miljoner pund i tillverkning av batterimaterial [4]. Dock köpte Cummins 2018 upp JMs verksamhet kring elfordon [5], men det rörde JMs batterisystem, inte materialtillverkningen. I dagarna blev det känt att JM öppnar ett nytt utvecklingscentrum i England för att skräddarsy batterimaterial till olika tillämpningar [6].

JM håller på att bygga en anläggning i polska Konin och produktionsstart planeras till 2021/2022 [7]. Till en början ska man ha en produktionskapacitet på 10 kton/år, men tänker sig expandera till uppåt 100 kton/år. Att man väljer Polen känns ju planerat med tanke på närheten till LG Chems celltillverkning. JM har även fått till ett tio-årskontrakt med Nemaska Lithium för litiumhydroxid-leverans som ska matcha produktionsplanerna av katodmaterial.

Belgiska Umicore, som kanske mest är känt som ett återvinningsföretag av batterier, är en stor leverantör av katodmaterial – man gör helt enkelt nytt material av de återvunna batterierna. Vid återvinning förlorar man dock förädlingsvärdet av det aktiva katodmaterialet och ett antal produktionssteg krävs innan nytt katodmaterial är klart. Nu satsar även Umicore ungefär 320 miljoner Euro på en ny produktionsanläggning i Nysa i Polen, nära den tjeckiska gränsen [7,8]. Anläggningen förväntas stå klar under slutet av nästa år och skapar 400 nya arbetstillfällen. Anläggningen blir företagets första i Europa för tillverkning av katodmaterial. Umicore satsar även på ett nytt centrum i Belgien för utveckling av produktionsprocesser och ska engagera 20 forskare.

Umicore har leveransavtal med både LG Chem och Samsung för leverans av 125 kton respektive 80 kton NMC-material [15,16]. Och förra året blev det känt att Umicore, BMW och Northvolt startar ett samarbete [17].

BASF satsar på nickelbaserade kemier i Finland

Om du gjorde ’blandband’ på 80-talet är nog inte tanken på kassettband väl inte långt borta när man hör BASF… Som ett av Europas största kemiföretag är man givetvis med inom batteriområdet och tillverkning av katodmaterial. Energi- och effektoptimering (dvs. räckvidd och laddning) till låg produktionskostnad är BASFs fokus. Företaget anser att just katodmaterialet är där kemin är mest innovativ och får stort genomslag på prestandan [9].

Grunden för BASF är NCA och NMC, men med ett stort akademiskt nätverk finns nya innovativa kemier i pipeline. Nickel är en central metall för BASF och man har sedan 2017 ett samarbete med ryska gruvföretaget Norilsk Nickel kring nickel, men även kobolt [10]. För ett år sedan kom nyheten att BASF valt plats för sin anläggning för katodmaterialproduktion. Det blir Harjavalta i Finland nära gränsen till Ryssland och ska stå klar under nästa år och ska leverera material till 300.000 BEVs per år [11]. Satsningen i Finland är en av flera planerade investeringar. Totalt tänker BASF satsa omkring 400 miljoner Euro kring batterimaterial [10].

BASF är även aktiva i Nordamerika och har ett JV med Toda America – BASF Toda America – och ska tillverka nickelrika katodmaterial (NCA och NMC) [12].

Koreanska bolag satsar

Största stålproducenten i Sydkorea – Posco – utökar verksamheten med ytterligare en fabrik i anslutning till deras nuvarande verksamhet kring Gwangyang Bay. I slutet av året ska anläggningen stå klar och med en produktionskapacitet på 6 kton/år, men 2022 kommer de utöka till 50 kton/år [13]. Anledningen sägs vara ökad efterfrågan. Totalt kommer Posco år 2022 tillverka 62 kton katodmaterial per år. Posco vill förflytta sitt fokus till att även processa litium- och nickelråvaror: 30 kton litium och 20 kton nickel per år.

LG Chem tar även de steget in i att tillverka olika ingångskemikalier så väl som katodmaterial. Genom två JV med kinesiska Zhejiang Huayou Cobalt ska totalt 40 kton material tillverkas från och med 2020 och ska förse motsvarande 400.000 elbilar med material (red. anm.: oklart om enbart BEV eller även PHEV) [14]. Om efterfrågan ökar är finns planer på att öka materialproduktionen till 100 kton/år. Det JV för tillverkning av ingångskemikalier ägs till 49 % av LG Chem och JV med katodmaterialproduktion äger de 51 % [14]. För att klara detta investerar LG Chem över 180 miljoner Euro. Materialen ska förse anläggningarna för cellproduktion i Kina och Polen. Huayou Cobalt är en av världens största producenter av kobolt och 2017 tillverkade man 20 kton.

Referenser

[1] Christophe Pillot, Avicenne, presentation vid Advanced Battery Power, Münster, mars 2018.

[2] Lithium Ion Battery Cathodes: Market Shares, Strategies, and Forecasts Worldwide, 2019 to 2024. länk

[3] länk

[4] länk

[5] länk

[6] länk

[7] länk

[8] länk

[9] länk

[10] länk

[11] länk

[12] länk

[13] länk

[14] länk

[15] länk

[16] länk

[17] länk