Belegung

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Text |. Han Yongchang

Herausgeber｜Li Qin

Apples zehn Jahre andauernder Wettlauf um den Bau von Autos scheiterte schließlich ergebnislos, was weltweite Bewunderung hervorrief. Bei Tesla, dem nach Marktwert größten Autokonzern der Welt, gibt es auch ein ähnliches „Titan“-Projekt, nämlich die große zylindrische Batterie 4680.

Laut 36Kr hat Tesla seit seiner Investition im Jahr 2019 über einen Zeitraum von fünf Jahren 3 Milliarden US-Dollar in das Projekt investiert. Es handele sich um „ein seltenes großes Investitionsprojekt innerhalb des Unternehmens“, das jedoch noch nicht in Massenproduktion gegangen sei. Als Kernkomponente von Elektrofahrzeugen hofft Tesla, sich durch die Entwicklung und Anwendung von 4680-Batterien in der Branche hervorzuheben. Doch offensichtlich ging dieser Wunsch nicht in Erfüllung.

In Musks drastischem Entlassungsplan ist das 4680-Batterieprojekt natürlich zum am stärksten betroffenen Bereich geworden, „von 1.600 auf 1.000 Leute sind noch übrig.“ Es gab sogar Nachrichten in der Branche, dass Tesla diese Technologie für eine Weile aufgeben wollte kommt.

Doch im Gegensatz zum Auto-Skript von Apple hat die große zylindrische Batterie 4680 von Tesla einen Wendepunkt eingeläutet.

Mehrere Tesla-nahe Ingenieure teilten 36Kr mit, dass die neueste Aufgabe des Tesla-Batterieteams darin besteht, bis Ende des Jahres 4680 große zylindrische Batterien in Massenproduktion herzustellen. „Es werden bereits Zellen in Autos geladen und sind für die Massenproduktion bereit.“ in den Vereinigten Staaten, gefolgt von europäischen Fabriken.“

Die Batteriekosten sind zum größten Gewinnhindernis für Elektroautounternehmen geworden. Die von Tesla eingeführte 4680-Batterie wird natürlich als Chance für Autounternehmen angesehen, ihr eigenes Lebenselixier zu kontrollieren. Nach Tesla sind in- und ausländische Batteriefabriken aktiv am Aufbau beteiligt. Zu Spitzenzeiten plante NIO eine Produktionskapazität von 40 GWh.

Doch bereits heute befinden sich die meisten Unternehmen in einem Zustand der Halbaufgabe. Eine Person aus einer Batteriefabrik sagte: „Automobilfirmen aus Übersee werden kommen, um zu kommunizieren, aber inländische Autofirmen haben überhaupt kein Interesse.“

Die Fortsetzung des unheilvollen Preiskampfs auf dem Automobilmarkt hat die Begeisterung der Branche verringert und der Markt zahlt nicht mehr für neue Technologien. Inmitten der Düsternis schien Teslas stiller Durchbruch die Hoffnung zu sein.

Die Trockenelektrodentechnologie von Tesla kann nicht nur beim 4680 eingesetzt werden, sondern ist auch die ultimative Produktionsmethode für Festkörperbatterien der Zukunft.

Diese Technologie kann die gesamte Produktionslinie um etwa 100 Meter verkürzen, was nahezu der Länge eines Fußballfeldes entspricht. Brancheninsider sagten gegenüber 36Kr, dass die positiven und negativen Elektroden alle im Trockenverfahren hergestellt werden, wodurch 2–3 Cent gegenüber dem Preis einer einzelnen Wattstunden-Batteriezelle eingespart werden können.

Was ist dieses Konzept? Der derzeit niedrigste Preis für quadratische Lithium-Eisenphosphat-Batterien liegt bei 0,32 Yuan pro Wattstunde, wobei die gesamten Stücklistenkosten, Herstellung, Arbeit usw. 0,28 bis 0,3 Yuan betragen. Die von Tesla erzielten Einsparungen entsprechen bereits den Gewinnen der meisten zweitklassigen Batteriefabriken.

China ist das Land mit der umfassendsten Energiebatterie-Industriekette und der reichsten Technologie der Welt. Doch derzeit kämpfen chinesische Batterieunternehmen damit, die Kosten zu senken. Niemand hat bemerkt, dass Tesla den chinesischen Unternehmen im Bereich der großen zylindrischen Batterien bereits einen Schritt voraus ist.

Die Überwindung dieser Distanz kann mehrere Jahre dauern.

„Durch die Überwindung trockener Elektroden hat Tesla die „Wunderwaffe“ gefunden.“

Im Jahr 2019 gab Tesla bekannt, dass es Maxwell, ein amerikanisches Startup-Unternehmen, das eine patentierte Kerntechnologie besitzt – Trockenelektroden –, mit einer Prämie von 55 % für 218 Millionen US-Dollar übernehmen werde.

Musk erkannte das enorme Potenzial dieser Technologie und nutzte sie zur Herstellung der Polstücke der 4680-Batterie.

Beim traditionellen Nassverfahren werden die pulverförmigen Materialien der positiven und negativen Elektroden mit giftigen Lösungsmitteln vermischt, um eine Aufschlämmung herzustellen, und diese auf die entsprechende Folie aufgetragen. Anschließend wird es in einem 100 Meter langen Ofen gebacken, um Feuchtigkeit zu entfernen, bevor die Polstücke endgültig geformt werden können.

Das von Tesla verwendete Trockenverfahren mischt die positiven und negativen Elektrodenpulver mit einem speziellen Bindemittel und verdichtet sie direkt auf der Folie, sodass im gesamten Prozess keine Feuchtigkeit entsteht und der Trocknungsschritt entfällt.

Tesla schätzt, dass der Einsatz von Trockenelektrodenverfahren im Vergleich zu Nassverfahren die Kosten um mehr als 18 % und die Ausrüstungsinvestitionen um 41 % senken kann. Jemand aus einer Gerätefabrik teilte 36Kr außerdem mit, dass die positiven und negativen Elektroden alle im Trockenverfahren hergestellt werden, wodurch 2–3 Cent gegenüber dem Preis einer einzelnen Wattstundenbatterie eingespart werden können.

Der erste entscheidende Schritt bei der Herstellung trockener Elektroden ist das Mischen der Pulvermaterialien der positiven oder negativen Elektroden. Das Mischen muss völlig gleichmäßig sein, und darin liegt die Schwierigkeit.

Ein Tesla-naher Ingenieur sagte gegenüber 36Kr, dass man bei der Herstellung eines Eimers Pulver mit dem ersten und dem letzten Löffel völlig unterschiedliche Ergebnisse erzielen werde. Wenn diese Pulver zwei oder acht Stunden lang einwirken, sind die Ergebnisse unterschiedlich. Wenn die Mischung ungleichmäßig ist, werden die resultierenden Polstücke kaum noch zu verwenden sein.

Der schwierigere Schritt ist das Rollen. Beim traditionellen Walzverfahren werden die getrockneten Polstücke mithilfe von Walzen verdichtet, wodurch die Leistung des Batteriekerns sichergestellt werden kann.

Tesla verwendete Graphitmaterial für die negative Elektrode, das weicher und leichter zu pressen war, und die Massenproduktion wurde schnell erreicht. Allerdings besteht die positive Elektrode aus sehr harten Metallen wie Nickel und Kobalt, was dem Pressen von feinem Kies in eine glatte Spiegeloberfläche gleichkommt, was natürlich schwierig ist. Die Trockenprozesskathode ist auch die größte Hürde für die Massenproduktion von 4680.

Der oben genannte Ingenieur sagte, dass beim Pressen der positiven Elektrode jede Unachtsamkeit zu Schäden an der Ausrüstung führen würde. „Die Reparatur der Ausrüstung dauert jedes Mal 45 Tage, sodass sich der Fortschritt der Massenproduktion auf unbestimmte Zeit verzögert.“

Musks ursprüngliches Ziel für den 4680 bestand darin, ihn im Jahr 2021 in Massenproduktion herzustellen und die Produktionskapazität im Jahr 2022 auf 100 GWh zu steigern. Offensichtlich war dieses Ziel zu optimistisch.Glücklicherweise ist der Trockenprozess-Kathodentechnologie durch die Bemühungen des Ingenieurteams bis Ende 2022 ein Durchbruch gelungen.

Ein Ingenieur teilte 36 Krypton mit, dass im Trockenverfahren hergestellte positive Elektroden bereits zu Polrollen (großen Rollen von Polstücken) verarbeitet worden seien, beim Aufwickeln zu Batterien würden jedoch verschiedene Probleme auftreten, wie zum Beispiel, dass sie zu schnell seien und leicht kaputt gingen.

Im Laufe des Jahres 2023 war Tesla besessen davon, alle Probleme bei der Herstellung der Polstücke zu lösen, um die Polspulen perfekter zu machen. Aber „das ist ein fast unmöglich zu lösendes Problem.“

Bis April dieses Jahres gab Drew Baglino, der für Strom und Elektrizität zuständige Senior Vice President von Tesla, seinen Rücktritt bekannt. Baglino war der Hauptverantwortliche für 4680. Nach seinem Rücktritt führte der Trockenprozess auch zu Anpassungen.

„Wir verwenden weiterhin die Ende 2022 produzierte Polrolle und optimieren den Wickelprozess, damit das Problem einfacher gelöst werden kann.“

Er sagte, dass eines der Probleme, mit denen Tesla zuvor konfrontiert war, darin bestand, dass die Dicke der Elektroden unterschiedlich war, was dazu führte, dass sich die Folie und die Elektroden beim Rollen nicht auf derselben Ebene befanden. „Genauso wie wenn man vier Stücke Papier unterschiedlicher Dicke nimmt und sie zusammenrollt, kann es leicht zu Problemen kommen.“

Dies sei jedoch kein komplizierter Prozess. „Die Anbieter haben zwar Lösungen, aber die Kosten sind relativ hoch.“

Die Änderung des technischen Weges ist der Schlüssel für Teslas Vertrauen in die Herstellung des vollständig trockenen 4680. „Die Aufgabe am Ende des Jahres besteht darin, den Trockenprozess 4680 in Massenproduktion herzustellen. Jetzt werden die Zellen in Fahrzeuge verladen und sind bereit für Qualitätstests“, sagte ein Tesla-naher Ingenieur gegenüber 36Kr.

Natürlich gibt es für 4680 mehr als einen technischen Weg, und auch Batterieunternehmen entwickeln entsprechende Produkte.

„Das Dilemma großer Haushaltszylinder: Im Inneren gibt es technologische Hindernisse und außen halbfeste Extrusion.“

Tesla, das für seine Innovation bekannt ist, hat Schwierigkeiten, den Trockenelektrodenprozess zu überwinden und kann nur Graphit als negative Elektrode verwenden. Energiebatterieunternehmen in China, Japan und Südkorea haben direkt Umwege übernommen, das heißt, sie verwenden alle ausgereifte Nasselektroden Technologie, kombiniert mit Silizium-Kohlenstoff-Anode, erreichte die Massenproduktion.

Beide Wege haben ihre eigenen Vor- und Nachteile. Theoretisch eliminiert die Trockenprozesstechnologie den Ofenabschnitt und bietet weitere Vorteile bei den Herstellungskosten. Die Verbesserung der Energiedichte ist jedoch sehr begrenzt.

Obwohl die Herstellungskosten ausgereifter Nasstechnologie gleich bleiben, ist die Energiedichte höher und die Leistung besser. Der Preis besteht darin, dass das Ausdehnungsproblem der Siliziumanode schwer zu lösen ist. Laut 36Kr stecken derzeit viele heimische Batteriehersteller in diesem Zusammenhang fest.

Natürlich bringen Anpassungen im Herstellungsprozess großer zylindrischer Batterien auch mehr Unsicherheiten mit sich.

Im Vergleich zu herkömmlichen Produktionslinien für zylindrische Batterien erfordert der große zylindrische Prozess eine höhere Beschichtungsgenauigkeit. „Bei der vorherigen Beschichtung handelte es sich um eine einpolige Öse, die vollständig auf einer Oberfläche lackiert und nur auf beiden Seiten ausgerichtet war. Der große Zylinder ist jedoch eine vollpolige Öse mit vielen Seiten, die beim Beschichten ausgerichtet werden muss.“ sagte 36 Krypton.

Allpol-Technologie

Dies setzt die Ausrüstung stark unter Druck. Die Anforderung an die Beschichtungsgenauigkeit beträgt bei 4680 ±0,1 mm, die meisten Haushaltsgeräte können jedoch derzeit nur ±0,5 mm erreichen.

Natürlich ist dieses Problem nicht unlösbar. „Japanische Beschichtungsgeräte können bei Vertragsabschluss eine Abweichung von 0,1 mm garantieren, aber der Preis ist drei- bis viermal so hoch wie bei inländischen Geräten“, sagte der oben genannte Ingenieur.

Dies ist nur ein Beschichtungsproblem, Quanjia steht auch vor vielen Problemen. Unabhängig davon, ob es sich um das vollständige Formen von Laschen oder das Schweißen von Stromabnehmerplatten handelt, sind die von den Batterieherstellern angewandten Methoden inkonsistent.

Um ein einfaches Beispiel zu nennen: Wenn die Lasche flachgedrückt oder geschnitten und gefaltet wird, können kleine Späne oder Grate entstehen. Wenn diese in den Batteriekern eindringen, besteht die Gefahr eines thermischen Durchgehens.

Die Batterieherstellung basiert auf dem Holzfass-Prinzip und die kürzeste Platte bestimmt die Produktionsausbeute und -effizienz. Jedes dieser Probleme muss ordnungsgemäß gelöst werden, bevor große zylindrische Batterien reibungslos in Massenproduktion hergestellt werden können.

Aufgrund des anhaltenden Preiskampfs wurde der Fortschritt der Massenproduktion von Großzylindern jedoch immer wieder verschoben. Gleichzeitig beginnen auch Halbfestbatterien mit höherer Energiedichte in Massenproduktion zu gehen und erhalten Aufträge von Automobilherstellern.

Das Streben nach Energiedichte in reinen Elektrofahrzeugen gab es schon immer. Der 150-Grad-Halbfestbatteriesatz von NIO wurde mit einer Batterielebensdauer von mehr als 1.000 Kilometern live auf der Straße getestet. In diesem Jahr brachte Zhiji L6 das mit Halbfestkörperbatterien ausgestattete Lightyear-Modell auf den Markt und versprach, es innerhalb des Jahres auszuliefern.

Laut Statistiken der Power Battery Industry Innovation Alliance wurden im ersten Halbjahr dieses Jahres 2.154,7 MWh Halbfestkörperbatterien in Fahrzeugen verbaut. Diese Batterien reichen aus, um mehr als 14.000 NIO ET7 zu transportieren.

Halbfestkörperbatterien profitieren von einer hohen Energiedichte und beschleunigen die Massenproduktion. Um nicht zu übertreffen, sind große zylindrische Batterien in das Lager der Schnellladegeräte vorgedrungen. Batterieunternehmen wie Yiwei Lithium Energy, Zhongxin Xinhang und Zhengli New Energy haben nacheinander große zylindrische Produkte auf den Markt gebracht, die Vergrößerungsraten von 4 bis 6 °C unterstützen.

Halbfeste Batterien und große zylindrische Batterien sind neue Batterietechnologien, die kurz vor der Massenproduktion stehen. Auch hinsichtlich der Einstellung zu den beiden gibt es in der Branche unterschiedliche Stimmen.

Eine Stimme glaubt, dass große zylindrische Batterien nach der halbfesten Massenproduktion nicht mehr in der Lage sein werden, sich zu wehren. In Bezug auf die Energiedichte und die zukünftige Entwicklung (vollständig fester Zustand) hat der halbfeste Zustand einen fast absoluten Vorteil. Das einzige Problem sind die höheren Kosten.

Eine andere Stimme glaubt, dass große Zylinder Vorteile gegenüber halbfesten Zylindern haben. Aus Sicherheitsgründen handelt es sich bei dem großen Zylinder um eine Stahlhülle, während es sich bei dem halbfesten Zylinder um eine weiche Verpackung handelt. Ob die ternäre Batterie mit hohem Nickelgehalt in der weichen Verpackung den thermischen Durchgehenstest der neuen nationalen Norm bestehen kann ist immer noch eine Frage.

Aber egal, ob es sich um einen großen Zylinder oder einen halbfesten Zylinder handelt, die Massenproduktion hat sich im anhaltenden Kostensenkungskrieg in der Automobilindustrie verzögert.

„Die Massenproduktion großer Zylinder erfordert von Tesla einen verzweifelten Schritt“

In der Batterieindustrie ist die Praktikabilität zum größten Vorteil geworden, und Durchbrüche bei neuen Technologien sind nicht mehr attraktiver als die niedrigen Preise ausgereifter Technologien.

Auch für große zylindrische Batterien ist es schwierig, den Trend umzukehren. Automobilhersteller und Batteriehersteller, die einst an dieser Technologie interessiert waren, haben begonnen, ihre Aktivitäten einzustellen. Außer Tesla.

„Tesla wird bis Ende des Jahres in den Vereinigten Staaten zunächst große zylindrische Batterien in Massenproduktion herstellen, und bald darauf werden europäische Fabriken damit beginnen, sie zu verwenden.“ Eine mit der Angelegenheit vertraute Person sagte gegenüber 36Kr.

Tesla war schon immer ein früher Anwender neuer Technologien, sei es der Einsatz von integriertem Druckguss oder die Einführung kompletter Großmodelle, Tesla war der erste, der Durchbrüche erzielte, und viele Automobilhersteller folgten diesem Beispiel wurden bereits häufig gesehen.

Wenn Tesla bis Ende des Jahres erfolgreich große zylindrische Batterien in Massenproduktion herstellt und in großem Maßstab einsetzt, kann sich dieser Zyklus noch einmal wiederholen.

Große Kostensenkungen in der Fertigungsindustrie werden durch Prozessverbesserungen erreicht, und die Produktionsgeschwindigkeit großer Zylinder hat diesen entscheidenden Punkt erreicht.

Die Produktionsgeschwindigkeit von zylindrischen Batterien hat mittlerweile 300 PPM (300 Zellen pro Minute) erreicht. Wenn große zylindrische Batterien mit dieser Geschwindigkeit berechnet werden, kann die Produktionseffizienz fast das 4- bis 5-fache der von quadratischen Batterien betragen.

In Verbindung mit den geringeren Investitionen in Ausrüstung und Produktionsmaterialien, die die Trockenprozesstechnologie mit sich bringt, können große zylindrische Batterien auf kurze Sicht hinsichtlich Ertrag und Effizienz eingeschränkt sein, aber auf lange Sicht wird die Kostenreduzierung beträchtlich sein.

Die Bedeutung großer Zylinder für Automobilhersteller besteht darin, die Batteriespezifikationen zu vereinheitlichen. Wenn Batterien zu Standardprodukten werden, werden die Preise sinken und Automobilhersteller werden eine stärkere Kontrolle über die Batterielieferanten haben.

Natürlich ist das PACK-Design großer zylindrischer Batterien ein schwieriger Punkt: „Nur wenige inländische Automobilhersteller verfügen über diese technische Fähigkeit.“

„Die Schwierigkeit von PACK für große Zylinder besteht darin, dass es zu viele Lötpunkte gibt, aber es ist kein völlig unlösbares Problem. Investieren Sie einfach Geld dafür, aber die Automobilhersteller haben derzeit nicht das Geld.“

Auch die Batterieindustrie, insbesondere CATL, ist angesichts dieser Technologie sehr nervös. Als weltweit führender Hersteller von Batterien sind fast alle Produktionslinien von CATL für quadratische Batterien bestimmt. Wenn die meisten Automobilhersteller große zylindrische Batterien übernehmen, muss CATL seine Produktionsstrategie ändern, was äußerst kostspielig sein wird.

Eine CATL-nahe Person sagte gegenüber 36Kr: „Oberflächlich betrachtet unterstützt König Ning keine großen Kolumnen, aber privat investiert er mehr Geld als jeder andere.“

Er analysierte 36Kr und sagte, dass CATL über eine große Produktionslinie für zylindrische Batterien mit einer Effizienz von etwa 150PPM verfügt. Berechnet aus den Kosten der Produktionslinie und den produzierten Ausschusszellen wird die Investition konservativ auf Hunderte Millionen Yuan geschätzt.

Tesla legt Wert auf die Produktionseffizienz zylindrischer Batterien. Die Wickelform von zylindrischen Zellen entspricht theoretisch der Herstellungsmethode von Toilettenpapierrollen. Die aktuelle Wickelgeschwindigkeit von CATL beträgt 100 Meter pro Minute, was bereits das höchste Niveau in der Batterieindustrie ist, und die Wickelgeschwindigkeit von Papierrollen kann erreichen problemlos 1000 Meter pro Minute.

Es gibt noch viel Raum für Verbesserungen im Batterieproduktionsprozess. Dies ist einer der Gründe, warum Musk den 4680 hartnäckig entwickelt hat. Er möchte die traditionelle Art der Batterieherstellung ändern, genau wie die traditionelle Automobilherstellung.

Nach den ursprünglichen Erwartungen von Musk kann die 4680-Batterie die Batterieherstellungskosten um etwa 20 %, die Ausrüstungsinvestitionskosten um 35 % und die Fabrikfläche um 70 % senken.

Diese Batterielösung ist die Grundlage für Teslas nächste Runde der groß angelegten Expansion, bei der billigere Batterien zur Herstellung billigerer Autos verwendet werden, um mehr Gewinn zu erzielen und anschließend in Forschung und Entwicklung sowie in die Erweiterung der Produktionskapazitäten investiert zu werden. Dieser Zyklus verwirklicht weiterhin Musks große Vision: den Beginn des Zeitalters der Elektrofahrzeuge zu beschleunigen und den weltweiten Übergang zu nachhaltiger Energie zu beschleunigen.

Als Fertigungsbasis für diese Vision dient die große zylindrische Batterie, die kurz vor ihrem endgültigen Sprung zu stehen scheint.