Batterityper og anvendelseBatterier anvendes til et utal af formål, fx lommelygter,håndværktøj, smartphones, høreapparater, power tools,transportmidler eller som back-up-strømforsyning påeksempelvis hospitaler. Hvert af disse formål stiller for-skellige krav til batteriets egenskaber, fx energitæthed(Wh/kg), effekt (W/kg), hvor længe apparatet skal kunneholde strøm, når det ikke bruges, strømstyrke indtil aflad-ning, ladetid, pris i forhold til ydelse (kr./Wh), størrelse ogbatteriets sikkerhed. Derfor fremstilles der mange forskel-lige batterityper, som i varierende grad op fylder disse krav.Tre hoved typer dominerer markedet: blybatterier, lithium-ion-batterier og alkali-batterier. Men udviklingen af nyebatterityper går hurtigt, og om nogle år vil der sikkertvære nye typer med andre egen skaber på markedet.

De forskellige typer af batterier anvender forskelligetyper af råstoffer og opnår dermed forskellige fysiske ogkemiske egenskaber:

Lithium-ion-batterier har en høj energitæthed, kort lade-tid og kan holde til mange genopladninger. Derfor anven-des de især i mindre elektroniske apparater (laptops, tab-lets, smartphones, kameraer, el-værktøj etc.). Disse bat-terityper har dog i stigende omfang vundet indpas i el-biler, og netop denne anvendelse forventes snart at blivedet største markedsområde for lithium-ion-batterier.

Blybatterier har lav energitæthed, høj effekt (W/kg), også er de billige. De anvendes mest som startbatteri tilbiler og som back-up strømforsyning til hospitaler ogandre vigtige anlæg, fordi vægt og størrelse ikke erafgørende til disse funktionsområder.

Rå

st

of

fe

r

ti

l

ba

tt

er

ie

rF

ak

ta

bla

d n

r.

13

, A

ug

us

t 2

01

7

FA

KT

A O

M R

ÅS

TO

FF

ER

VIDENCENTERFOR MINERALSKE

RÅSTOFFER OGMATERIALER

MiMa

Batterier giver energi til et utal af elektriske apparater og systemer, fra små høreapparater og mobil-telefoner til store elektriske apparater som startbatteriet i bilen og backupsystemer på hospitaler ogtelecentre. I de senere år er det især udviklingen af lithium-ion-batterier, der bl.a. bruges i el-biler ogel-cykler, som har øget anvendelsen af batterier. Tendensen til øget forbrug af batterier forventesfortsat at stige de kommende 20 år. Batteriernes funktion er den samme, som da de blev opfundetfor 150 år siden – at opbevare energi – men råstofferne til fremstilling af batterier har ændret sig itakt med, at nye batterityper er blevet udviklet. Stigende efterspørgsel på batterier giver øget for-brug af de råstoffer som indgår i fremstillingen af dem, herunder især bly, kobolt, lithium og grafit.For at dække råstofefterspørgslen til det hurtigt voksende batterimarked er det nødvendigt at åbnenye miner, øge genanvendelsen og etablere nye forsyningskæder.

Råstoffer til batterier

7

N14.007

ogennitr6

12.011

Cboncar

5

10.811

Bonbor

15

30.974

Pphosphorus

14

28.086

Sionsilic

13

26.982

Alaluminium

33

74.922

Asarsenic

32

72.64

Gemaniumger

31

69.723

Gagallium

30

65.38

Znzinc

29

63.546

Cuopperc

28

58.693

Ninickel

27

58.933

Coobaltc

26

55.845

Feonir

25

54.938

Mnmanganese

24

51.996

Cromiumchr

23

50.942

Vanadiumv

22

47.867

Tititanium

21

44.956

Scscandium

20

40.078

Cacalcium

19

39.098

Kpotassium

12

24.305

Mgnesiummag

11

22.990

Nasodium

4

9.0122

Beylliumber

3

6.941

Lilithium

1

1.0079

Hogendryh

51

121.76

Sbytimonan

50

118.71

Sntin

49

114.82

Inindium

48

112.41

Cdcadmium

47

107.87

Agersilv

46

106.42

Pdpalladium

45

102.91

Rhhodiumr

44

101.07

Ruruthenium

43

[98]

Tcechnetiumt

42

95.96

Momolybdenum

41

92.906

Nbniobium

40

91.224

Zroniumczir

39

88.906

Yiumyttr

38

87.62

Srtiumonstr

37

85.468

Rbrubidium

83

208.98

Bibismuth

82

207.2

Pblead

66

162.50

Dyosiumsprdy

65

158.93

Tbbiumert

64

157.25

Gdgadolinium

63

151.96

Euopiumeur

62

150.36

Smiumsamar

61

[145]

Pmomethiumpr

60

144.24

Ndneodymium

59

140.91

Praseodymiumpr

58

140.12

Ceiumerc

57

138.91

Lathanumlan

56

137.33

Baiumbar

55

132.91

Cscaesium

111

[272]

Rggeniumtoenr

110

[271]

Dsmstadtiumdar

109

[268]

Mtiummeitner

108

[277]

Hshassium

107

[264]

Bhiumbohr

106

[266]

Sgiumgseabor

105

[262]

Dbdubnium

104

[261]

Rfdiumorfruther

88

[226]

Raadiumr

87

[223]

Franciumfr

68

167.26

Erbiumer

67

164.93

Hoholmium

81

204.38

Tlthallium

80

200.59

Hgycurmer

79

196.97

Augold

78

195.08

Pttinumpla

77

192.22

Iridiumir

76

190.23

Ososmium

75

186.21

Reheniumr

74

183.84

Wentungst

73

180.95

Tatalumtan

72

178.49

Hfhafnium

97

[247]

Bkkeliumber

100

[257]

Fmmiumerf

99

[252]

Eseiniumeinst

98

[251]

Cfniumorcalif

96

[247]

Cmiumcur

95

[243]

Amiciumamer

94

[244]

Puoniumplut

93

[237]

Npneptunium

92

238.03

Uaniumur

91

231.04

Patiniumotacpr

90

232.04

Thiumthor

89

[227]

Actiniumac

2

4.0026

Hehelium

10

20.180

Neneon

9

18.998

Finefluor

8

15.999

Ogenyxo

18

39.948

Argonar

17

35.453

Clinechlor

16

32.065

Ssulfur

36

83.798

Kronyptrk

35

79.904

Brominebr

34

78.96

Seselenium

54

131.29

Xeenonx

53

126.90

Iiodine

52

127.60

Teiumellurt

86

[222]

Rnadonr

85

[210]

Attineasta

84

[209]

Popolonium

71

174.97

Luetiumlut

70

173.05

Ybbiumerytt

69

168.93

Tmthulium

103

[262]

Lrenciumwrla

102

[259]

Nonobelium

101

[258]

Mdmendelevium

6

12,010

CCarbon

Alkaline 15%i små produkter

Andre 7%

Ikke-genopladelige batterier

Lithium-ion 37% heraf udgørforbrugerelektronik 22%elkøretøjer 20%mobiltelefoner 19%bærbare computere 19%industri, ESS, stationære 12%powertools 4%el-cykler 4%

Zink-kulstof 6%i små produkter

Nikkel-cadmium 2%i små produkter

Bly-syre 33% heraf udgørstartere i køretøjer 61%backup i teleindustri 16%backup i datacentraler 11%backup i forsyninger 2%backup i hospitaler 2%backup i sikkerhedssystemer 2%backup for TV-medier 2%backup i olie og gasindustri 2%anden backup 2%

Batterimarkedet i 2015 i forhold til omsæt-ning. Estimat baseret på Battery University,Frost & Sullivan,Wikipedia, batterypower -online.com, investorintel.com, AvicenneEnergy. Fotos: Shutterstock.

82

207,200

PbLead

27

58,933

CoCobalt

3

6,941

LiLithium

MiMa faktablad_Råstoffer til batterier.qxp_Råstoffer til batterier 15/09/17 15.21 Side 1

2

Alkali-batterier og de øvrige ikke-genop -ladelige batterier kombinerer høj effektmed, at de er små og billige. De bruges derfor især til håndværktøj, husholdnings-apparater, ure, digitalkameraer, radioer,legetøj, brandalarmer, høreapparater og lignende.

Forskellige batterier – forskellige råstofferDet er som nævnt råstofferne, der er medtil at give batterierne deres forskelligeegenskaber. Især følgende syv råstoffer harværet vigtige for batterier: bly, kobolt, lithi-um, grafit, nikkel, mangan og cadmium;men cadmium er under udfasning, da ænd-rede teknologier har gjort det muligt atudfase dette miljøskadelige grundstof.

Bly. Det meste bly brydes som biprodukt ienten zink- eller kobberminer. Efter bryd-ningen separeres blymineralet typisk fra deøvrige mineraler i malmen, hvorefter etblymineral-koncentrat sendes fra minen tilet smelteværk og derfra til raffinaderier,hvor de forskellige halvfabrikata blypro-dukter fremstilles. De velbestemte geologi-ske bly-reserver indeholder ca. 89 mio. tonbly, hvoraf hovedparten findes i Australien(ca. 35 mio. ton) og i Kina (ca. 16 mio. ton).Herudover skønner geologerne, at der kanvære yderligere ca. 2 mia. ton af ukendtkvalitet i en lang række lande.

Verdensproduktionen af bly fra minerne vari 2016 på 4,7 mio. ton. Kina er langt denstørste producent (49%), efterfulgt afAustralien (13%), USA (8%) og Peru (6%).Der har været et lille fald i denne primæreproduktion af bly i de sidste 5 år, men tilgengæld har fremstillingen af metallet blyværet svagt stigende, og udgjorde i 2016 ca.11,1 mio. ton, som helt svarede til efterspørg-slen. Det store underskud mellem primær-produktionen og metalproduktion dækkesaf en meget stor genanvendelse af bly.

Omkring 80% af blyproduktionen brugestil batterier; resten bruges i fremstilling afbl.a. plader og rør (6%), pigmenter til denkemiske industri og maling (ca. 5%). Kinahar øget sin import af blykoncentrat fra ca.0,4 mio. ton i 2001 til 1,5 mio. ton i 2016 forat dække landets behov for bly-metal tilbatterier.

Det er vanskeligt at regulere primærproduk-tionen af bly, da det meste produceres sombiprodukt, og er derfor underlagt konjunk -

Rå

st

of

fe

r

ti

l

ba

tt

er

ie

r Oversigt over forbruget af nogle vigtige råstoffer til bat-terier, med angivelse af hvor mange ton der bruges, oghvor meget batteriproduktionen udgør af råstofferne(%); desuden viser tabellen metalværdien (mia. kr.) af de råstoffer, der bruges til fremstil ling af batterier.

*I forhold til den globale anvendelse af råstoffet.

450 000

400 000

350 000

300 000

250 000

200 000

150 000

100 000

50 000

0

1990

2000

2010

2012

2013

2014

2015

ØvrigeLithium-ionNikkel-metal-hydridNikkel-cadmiumBly

Batterityper

År

Mio

. Wh

Udviklingen af fire almindeligt anvendte batterityper, vurderet i forhold til typernes samlede kapacitet.Kilde: Avicenne Energy.

Nøgletal (2015)

Bly

Mangan

Kobolt

Lithium

Grafit

Nikkel

Cadmium

80%

0,5%

42%35%

25%

2%

86%

8.500

130

72

58

95

55

22

85 mia. kr.

3 mia. kr.

10 mia. kr.

5 mia. kr.

4 mia. kr.

3 mia. kr.

0,2 mia. kr.

Råstof Anvendt ibatterier*

Mængde[1000 ton]

Metalværdi

Bly

Alkali (Zn- Mn)

12 2,3

59

17 17 22

11

1

21

22

% Ni % Co % Al

Indhold af udvalgte grundstoffer i tre meget anvendte batterityper

% Li % C* % Pb % Fe % Zn % Mn % Cu

1,9

1,4

17

16

13

14(LMO- grafit)

(NCA- grafit)Li- ion

Fyldstoffer og emballage er ikke medtaget i tabellen. (NCA: Ni, Co, Al) (LMO: Li, Mn, Oxid).

*C her i form af grafit.

MiMa faktablad_Råstoffer til batterier.qxp_Råstoffer til batterier 15/09/17 15.21 Side 2

turerne for hovedprodukterne. De store oggeografisk spredte reserver og den højegrad af genanvendelse betyder, at bly ikkebetragtes som kritisk. Men bly er sundheds-skadeligt, og EU Kommissionen diskuterermuligheden for at forbyde produkter medet indhold af bly over en vis mængde.

Kobolt fremstilles næsten kun som bipro-dukt ved brydning af kobber- og nikkel-malm; derfor er det vanskeligt at tilpasseden stigende efterspørgsel på kobolt.Koboltholdige kobberforekomster findesisær i DR Congo og Zambia, mens kobolt-holdige nikkelforekomster især findes inikkel-laterit-forekomster i Australien, NyKaledonien og på Cuba, samt i magmati-ske nikkelforekomster i Canada, Austra-lien, Rusland og USA. De velbestemtekoboltreserver udgør 7,1 mio. ton, mens deskønnede ressourcer er på omkring 25 mio.ton, samt ca. 120 mio. ton i manganknoldei oceanerne.

I 2015 producerede minerne ca. 124.000ton rå-kobolt; DR Congo er den domine-rende producent (51%), fulgt af Kina (6%),Australien, Canada og Rusland med hver5% og Zambia (4%). Kobolt anvendes tilmange formål (batterier, special-stållege-ringer, magneter, kemikalier), og omkring42% af produktionen af kobolt bruges tilbatterier. Denne andel forventes at voksetil næsten 50% i 2020. Det vil være enudfordring for minerne og raffinaderierne,som fremstiller de kvaliteter, der skal bru-ges til batterierne, at følge med en sådanstigning i efterspørgsel, og batteriindustri-en vil derfor være i yderligere konkurrencemed andre industrier om den mængdekobolt der fremstilles. Der sker dog enbetydelig genanvendelse af kobolt. EU-Kommissionen betragter allerede nukobolt som et kritisk råstof, hvilket især eren følge af den politiske ustabilitet i DRCongo og Kinas dominerende rolle i forsy-ningskæden.

Lithium udvindes både fra lithium-rigesaltsøer (brines) i fx Chile og Argentina ogfra lithiumholdige bjergarter i fx USA ogAustralien; de hyppigste lithiummineralerer spodumene og lepidolit. Samlet blev deri 2015 produceret ca. 32.500 ton lithiumheraf 41% i Australien, 36% i Chile, 12% iArgentina og 7% i Kina. I disse produktio-ner er lithium det vigtigste produkt. Beggeproduktionstyper fremstiller typisk lithium-

karbonat med en renhed på 99,9% lithium,som er kravet hvis råstoffet skal bruges tilproduktion af Li-ion-batterier.

Der findes lithium-forekomster i mangelande, og der er 14 mio. ton velbestemtereserver, hvoraf hovedparten ligger i Chile(54%), Kina (23%), Argentina (14%) ogAustralien (11%). Hertil kommer yderligereca. 40 mio. ton mindre velbestemte res-sourcer, af hvilke halvdelen befinder sig iChile, Bolivia og Argentina.

I 2015 blev der produceret ca. 201.000 tonlithiumkarbonat, af hvilke ca. 39% blevbrugt til batterier, 24% i glas, 12% smøre-midler og resten i kølesystemer, medicin,legeringer og polymerer. Efterspørgslen pålithiumkarbonat er vokset mere end 10%om året i de sidste fem år. Det er især bat-terifremstilling til elbilmarkedet, der er detstore vækstområde for lithium, hvorefterspørgslen forventes at stige til ca.130.000 ton i 2020; desuden har en rækkefabrikanter planer om også at udvikle bat-terisystemer til familieboliger, som vil for-stærke efterspørgslen yderligere. For atafhjælpe den forventede efterspørgsel,arbejdes der på at udvikle billige og mereeffektive systemer til at genanvende Li-batterier.

Kina er en stor importør af lithiumkarbonatog må forventes at dominere markedet i dekommende år. EU-kommissionen anserikke lithium som et kritisk råstof for EU.

Grafit er et mineral, som kun består afkulstof (C). Der skelnes mellem typerne’amorf grafit’ og flagegrafit; i nogle minerfindes begge typer, i andre kun den ene.En betydelig del af forarbejdningen af gra-fitprodukter foretages i minerne, hvor derfremstilles forskellige produkter, somskræddersys til bestemte forbrugsområder. Grafitbrydning domineres af Kina, Indienog Brasilien, som står for henholdsvis 66%,14% og 7% af de ca. 1,2 mio. ton flage- ogamorf grafit, der blev brudt i 2015.Herudover findes der mindre produktioneri bl.a. Tyrkiet, Canada og Norge. De globalegrafitreserver udgjorde i 2015 ca. 230 mio.ton, hvoraf Tyrkiet, Canada og Kina råderover respektive 39%, 31% og 24%.Herudover udgør den mindre velbestemteressource ca. 800 mio. ton.

Grafit anvendes til mange forskellige for-mål, og batterisektoren aftager ca. 24%, ild-faste materialer (ca. 35%), smøremidler(10%) og støberier (7%); hvert anvendelses-område har deres særlige krav. Til fremstil-ling af batterier bruges overvejende flage-grafit, og materialet behandles af virksom-heder, der er specialiseret i fremstilling afprodukter til batterier. Kina dominerer i for-hold til specialbehandling (spheritisation/pelletisering), og Japan spiller en domine-rende rolle i de næste trin (coatningspro-cessen) i forsyningskæden for grafitproduk-ter til batterier. I 2015 blev der brugt ca.125.000 tons grafit, inklusiv ca. 25% synte-tisk grafit. Syntetisk grafit er et konkurre-rende produkt til naturlig grafit, selvom dethar lidt dårligere ledningsevne. Som følge

3

Rå

st

of

fe

r

ti

l

ba

tt

er

ie

r

Udvinding af lithiumholdige brines fra saltsø i Bolivia. Kilde: Yonhap News Agency.

MiMa faktablad_Råstoffer til batterier.qxp_Råstoffer til batterier 15/09/17 15.21 Side 3

af landekoncentrationen af primærprodu-centerne, og på grund af Kinas domineren-de rolle i brydningen af flagegrafit ansesgrafit som et kritisk råstof i EU. Det anta-ges, at den forventede øgede genanvendel-se ikke vil være tilstrækkeligt til at dækkedet voksende behov.

Råstoffer til batterier er forudsætningenfor omstilling til ”grøn” elektricitetBatterier vinder indpas på flere og flereområder, og batteriteknologien udvikler sigmeget hurtigt. Dette skyldes bl.a., at enrække lande har truffet politiske målsæt-ninger om udfasning af benzin- og diesel-drevne transportmidler indenfor få årtier,hvilket giver særlig stor efterspørgsel påbatteriråstofferne kobolt, lithium og grafit.

Omstillingen til det batteridrevne samfund,baseret på vedvarende energikilder, forud-sætter, at batteriproducenterne kan frem-skaffe de nødvendige råstoffer i de rigtigemængder, kvaliteter og priser.Fremstillingen af batterier er koncentreret iAsien og særligt i Kina. Kina bryder hoved-parten af verdens grafit, men de størstemængder af lithium og kobolt udvindesuden for Asien, og Kina skal derfor impor-tere disse to råstoffer.

Kilder og videre læsning

Battery Materials Value Chains:http://www.beg.utexas.edu/energyecon/thinkcorner/CEE_Research_Note-Battery_Materials_Value_Chain-Apr16.pdf

Battery University: http://batteryuniversity.com/

International Lead and Zinc Study Group:http://www.ilzsg.org/static/statistics.aspx?from=1)

Cobalt Development Institute:http://www.thecdi.com/

Lithium production: SDGS MineralCommodity Summaries 2016 (https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/lithium/mcs-2016-lithi.pdf)

Graphite production and further processing:http://www.carbonandgraphite.org/pdf/graphite_production.pdf

VIDENCENTERFOR MINERALSKE

RÅSTOFFER OGMATERIALER

MiMa

KontaktPer Kalvig, centerlederTelefon: 91 33 38 64pka@geus.dk

Rune J. Clausen, civilingeniørrjc@geus.dk

ISSN: 2246-7246

Videncenter for Mineralske Råstoffer og Materialer

De Nationale Geologiske Undersøgelser for Danmark og GrønlandØster Voldgade 101350 København K, Danmark

Internet: mima.geus.dk

Rå

st

of

fe

r

ti

l

ba

tt

er

ie

r Minedrift Processering/råmaterialer

Batterifremstilling(celler, elektroder, pakning)

USA

USA

Argentina

Kina Kina

Japan

Sydkorea

Japan

Sydkorea

England

Tyskland

Frankrig

Chile

Australien

Tyskland

Frankrig

DR Congo

Kina

Norge

Sydkorea

Japan

Japan

Australien

DR Congo

KinaKina

Finland

Belgien

Australien

Canada Canada

Zambia Zambia

Phillipinerne

USA

29

63.546

LiLithium

13

26.982

CoKobolt

Oversigt over forsyningskæderne for koboltog lithium, som er vigtige råstoffer i lithium-ion-batterier. Kina og DR Congo dominererforsyningskæden for kobolt; forsyningskædenfor lithium er mere diversificeret. Figur baseret på ERT (2013).

MiMa faktablad_Råstoffer til batterier.qxp_Råstoffer til batterier 15/09/17 15.21 Side 4