Günstigere Einstiegsmodelle sind das erklärte Ziel vieler westlicher Automobilhersteller, und der Weg dorthin führt zunehmend über Lithium-Eisenphosphat (LFP). Diese Zellchemie ist deutlich preiswerter als Nickel-Mangan-Kobalt (NMC) und gewinnt weltweit rasch Marktanteile. Das Know-how liegt allerdings vor allem in China: Mehr als die Hälfte der globalen LFP-Patente gehört laut dem European Clean Tech Tracker von Bruegel Inhabern aus der Volksrepublik. Während in China verkaufte E-Autos überwiegend mit LFP-Kathoden unterwegs sind, setzen in Europa angebotene Modelle häufiger auf NMC.
Wie schnell sich das Gewicht verschoben hat, zeigen die Daten zu Patentfamilien, also Erfindungen samt ihrer Anmeldungen in verschiedenen Ländern, ausgewertet auf Basis der Datenbank Patstat. Über weite Strecken der 2000er- und 2010er-Jahre lag Japan vorn, 2010 etwa mit 94 LFP-Patentfamilien gegenüber 19 aus China. 2021 zog China erstmals vorbei, 2023 waren bereits 396 Patentfamilien chinesischen Ursprungs. Für 2024 weist die Statistik 350 aus China aus, gefolgt von Südkorea (158), Japan (66), den USA (48) und Europa (46). Europa kommt damit auf knapp sieben Prozent aller LFP-Patentfamilien des Jahres.
Die Ursprünge der Technologie liegen allerdings woanders. 1996 beschrieb eine Forschungsgruppe um John B. Goodenough an der University of Texas in Austin LiFePO4 erstmals als wiederaufladbares Kathodenmaterial, das Strukturpatent ging exklusiv an Hydro-Québec. Weil reines LiFePO4 Strom kaum leitete, blieb der Durchbruch zunächst aus. 2001 zeigten Michel Armand und sein Team, dass eine Kohlenstoffbeschichtung der Partikel diese Hürde beseitigt; das Patent hielten das französische CNRS und die Universität Montreal.
2011 bündelten Süd-Chemie, Hydro-Québec, die Université de Montréal und das CNRS ihre Rechte in der LiFePO4+C Licensing AG im schweizerischen Muttenz. Lizenznehmer zahlten jährlich Millionenbeträge sowie eine Gebühr pro Kilogramm. Auf Zellebene entsprach das einem geschätzten Kostenaufschlag von drei Prozent.
Wie ein Patentstreit Chinas Vorsprung begründete
Bereits im August 2010 hatte die China Battery Industry Association zusammen mit heimischen Herstellern Nichtigkeitsklage gegen die Kernpatente eingereicht. Der Vorwurf lautete, Hydro-Québec habe Prozessparameter wie die Bedingungen der Kohlenstoffbeschichtung und den Temperaturverlauf beim Sintern zurückgehalten, sodass sich allein mit den veröffentlichten Angaben kein ausreichend leitfähiges Material herstellen lasse. Im Mai 2011 erklärte das chinesische Patentamt ein zentrales Patent innerhalb Chinas für ungültig.
Um einen langwierigen Rechtsstreit zu vermeiden, einigte sich das Konsortium mit der chinesischen Industrie. Hersteller in China durften LFP-Zellen fortan ohne Lizenzgebühren produzieren und im Inland verkaufen, für Exporte nach Europa oder in die USA blieben die Patente hingegen gültig. So konnten chinesische Unternehmen Produktion und Lieferkette zügig ausbauen und die Kosten deutlich unter internationales Niveau drücken. Erst im April 2022 liefen sämtliche Patente und Lizenzbeschränkungen aus.
Zwischenzeitlich hatte Peking selbst die Richtung gewechselt. Ab 2016 hing die Förderung sogenannter New Energy Vehicles erstmals an der Energiedichte: Unterhalb der Mindestanforderung gab es nichts, den vollen Satz erst ab 160 Wh/kg. LFP konnte da nicht mithalten, die Hersteller wechselten zu NMC. Als die Kaufprämien schrittweise sanken und Ende 2022 vollständig ausliefen, kehrte der Markt zur günstigeren, sicheren und langlebigen Chemie zurück.
Bauweise statt Chemie als Schlüssel zum Erfolg
Chinesische Batteriehersteller hatten sich früh auf Zellaufbau und Packdesign konzentriert. Ansätze wie Cell-to-Pack von CATL und die Blade-Batterie von BYD verzichten auf Modulgehäuse und bringen mehr Zellen auf gleicher Fläche unter, was den Abstand zu NMC auf Fahrzeugebene verringert. Als Tesla Ende 2020 ankündigte, das Model 3 mit Standardreichweite aus Shanghai mit LFP-Packs von CATL auszurüsten, horchte die Branche auf. Bis dahin galt LFP außerhalb Chinas vor allem als Lösung für langsame Fahrzeuge, Elektrobusse oder stationäre Speicher.
Technisch bleiben Kompromisse. Bei Minusgraden sinkt die Leistung spürbar, weil sich die elektrochemischen Prozesse verlangsamen; Selbstheizsysteme, Elektrolytzusätze und Nanopartikel können das abmildern. Dem stehen niedrigere Produktionskosten, hohe Sicherheit und eine längere Lebensdauer als bei NMC gegenüber. Der CO₂-Fußabdruck fällt um 16 bis 35 Prozent geringer aus, da der energieintensive Abbau und die Raffination von Nickel und Kobalt entfallen.
Westliche Automobilhersteller arbeiten inzwischen daran, LFP-Batterien selbst zu fertigen und einzusetzen, um E-Autos günstiger zu machen. Sie betreten damit ein Feld, dessen Patentlandschaft und Lieferketten über mehr als ein Jahrzehnt vor allem in China gewachsen sind.
Quelle: Bruegel Clean Tech Tracker – Technology: Battery
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