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Éditeur｜Li Qin

La course de 10 ans d'Apple pour construire des voitures a finalement abandonné sans aucun résultat, suscitant l'admiration du monde entier. Au sein de Tesla, le plus grand constructeur automobile mondial en termes de valeur marchande, il existe également un projet « Titan » similaire, à savoir la grande batterie cylindrique 4680.

Selon 36Kr, Tesla a investi 3 milliards de dollars dans le projet sur cinq ans depuis son investissement en 2019. Il s'agit d'un « projet d'investissement rare et énorme au sein de l'entreprise », mais il n'a pas encore été mis en production de masse. En tant que composant essentiel des véhicules électriques, Tesla espère se démarquer dans l'industrie grâce au développement et à l'application de batteries 4680. Mais visiblement, ce souhait ne s’est pas réalisé.

Dans le plan de licenciement drastique de Musk, le projet de batterie 4680 est naturellement devenu le domaine le plus durement touché. "De 1 600 personnes, il ne reste que 1 000 personnes". Il y a même eu des nouvelles dans l'industrie selon lesquelles Tesla voulait abandonner cette technologie pendant un certain temps. la pluie arrive.

Mais contrairement au scénario automobile d'Apple, la grande batterie cylindrique 4680 de Tesla a marqué le début d'un tournant.

Plusieurs ingénieurs proches de Tesla ont déclaré à 36Kr que la dernière tâche de l’équipe chargée des batteries de Tesla est de produire en masse 4 680 grandes batteries cylindriques entièrement traitées à sec d’ici la fin de l’année. « Il y a déjà des cellules chargées dans les voitures et prêtes pour la production de masse. aux États-Unis, suivis par les usines européennes.

Le coût de la batterie est devenu le plus grand obstacle aux bénéfices pour les constructeurs de voitures électriques. La batterie 4680 lancée par Tesla est naturellement considérée comme une opportunité pour les constructeurs automobiles de contrôler leur propre élément vital. À la suite de Tesla, des usines de batteries nationales et étrangères se déploient activement. À son apogée, NIO prévoyait une capacité de production de 40 GWh.

Mais à l’heure actuelle, la plupart des entreprises sont déjà dans un état de semi-abandon. Une personne d'une usine de batteries a déclaré : « Les constructeurs automobiles étrangers viendront communiquer, mais les constructeurs automobiles nationaux ne sont pas du tout intéressés.

La poursuite de la guerre des prix sur le marché automobile a réduit l'enthousiasme de l'industrie et le marché ne paie plus pour les nouvelles technologies. Dans la pénombre, la percée discrète de Tesla semblait être un espoir.

La technologie des électrodes sèches de Tesla peut non seulement être utilisée sur le 4680, mais constitue également la méthode de production ultime pour les batteries à semi-conducteurs du futur.

Cette technologie permet de raccourcir l’ensemble de la chaîne de production d’environ 100 mètres, ce qui équivaut à la longueur d’un terrain de football. Des initiés de l'industrie ont déclaré à 36Kr que les électrodes positives et négatives sont toutes fabriquées par des méthodes sèches, ce qui permet d'économiser 2 à 3 cents sur le prix d'un seul wattheure de batterie.

Quelle est cette notion ? Le prix le plus bas actuel pour les batteries carrées au lithium fer phosphate est de 0,32 yuan par wattheure, dont le coût total de la nomenclature, de la fabrication, de la main-d'œuvre, etc. est de 0,28 à 0,3 yuan. Les économies réalisées par Tesla représentent déjà les bénéfices de la plupart des usines de batteries de second rang.

La Chine est le pays doté de la chaîne industrielle de batteries électriques la plus complète et de la technologie la plus riche au monde. Mais les fabricants chinois de batteries ont actuellement du mal à réduire leurs coûts. Personne n’a remarqué que Tesla a déjà une longueur d’avance sur les entreprises chinoises dans le domaine des grosses batteries cylindriques.

Cette distance peut prendre plusieurs années à franchir.

« En surmontant les électrodes sèches, Tesla a trouvé la « solution miracle » »

En 2019, Tesla a annoncé qu'elle allait acquérir Maxwell, une start-up américaine qui possède une technologie brevetée d'électrode sèche, avec une prime de 55 % pour 218 millions de dollars américains.

Musk a vu l’énorme potentiel de cette technologie et l’a utilisé pour fabriquer les pièces polaires de la batterie 4680.

Le procédé humide traditionnel nécessite de mélanger les matériaux en poudre des électrodes positives et négatives avec des solvants toxiques pour préparer une suspension et de l'enduire sur la feuille correspondante. Il est ensuite cuit dans un four de 100 mètres de long pour éliminer l'humidité avant que la pièce polaire puisse être finalement formée.

Le procédé sec utilisé par Tesla mélange les poudres d'électrodes positives et négatives avec un liant spécial et les compacte directement sur la feuille. Cela élimine le besoin d'humidité dans l'ensemble du processus et élimine l'étape de séchage.

Tesla estime que par rapport aux méthodes humides, l'utilisation de procédés à électrodes sèches peut réduire les coûts de plus de 18 % et les investissements en équipements de 41 %. Quelqu'un d'une usine d'équipement a également déclaré à 36Kr que les électrodes positives et négatives sont toutes fabriquées par des méthodes sèches, ce qui permet d'économiser 2 à 3 cents sur le prix d'une seule batterie en wattheure.

La première étape critique de la fabrication d’électrodes sèches consiste à mélanger les matériaux en poudre des électrodes positives ou négatives. Le mélange doit être complètement uniforme, c’est là que réside la difficulté.

Un ingénieur proche de Tesla a déclaré à 36Kr que si vous fabriquez un seau de poudre, la première cuillerée et la dernière cuillerée détecteront des résultats complètement différents. Si ces poudres sont laissées deux heures ou huit heures, les résultats seront différents. Si le mélange est inégal, les pièces polaires obtenues seront presque difficiles à utiliser.

L'étape la plus difficile est celle du roulage. Le processus de laminage traditionnel utilise des rouleaux pour compacter les pièces polaires séchées, ce qui peut garantir les performances du noyau de la batterie.

Tesla a utilisé du graphite pour l'électrode négative, qui était plus douce et plus facile à presser, et la production de masse a été rapidement réalisée. Cependant, l'électrode positive est constituée de métaux très durs tels que le nickel et le cobalt, ce qui équivaut à presser du gravier fin sur une surface de miroir lisse, ce qui est évidemment difficile. La cathode par procédé sec constitue également le plus gros obstacle à la production en série du 4680.

L'ingénieur susmentionné a déclaré que pendant le processus de pressage de l'électrode positive, toute négligence endommagerait l'équipement. "Il faut à chaque fois 45 jours pour réparer l'équipement, ce qui retarde indéfiniment la progression de la production de masse."

L’objectif initial de Musk pour le 4680 était de le produire en masse en 2021, avec une capacité de production atteignant 100 GWh en 2022. Cet objectif était évidemment trop optimiste.Heureusement, grâce aux efforts de l’équipe d’ingénierie, la technologie des cathodes par voie sèche a réalisé une percée d’ici la fin de 2022.

Un ingénieur a déclaré à 36 Krypton que des électrodes positives par procédé sec avaient déjà été produites en rouleaux polaires (gros rouleaux de pièces polaires), mais que divers problèmes surviendraient lors de leur enroulement en batteries, comme le fait qu'elles soient trop rapides et se cassent facilement.

Tout au long de 2023, Tesla a été obsédée par la résolution de tous les problèmes lors de la fabrication des pièces polaires afin de rendre les bobines polaires plus parfaites. Mais "c'est un problème presque impossible à résoudre".

Jusqu'en avril de cette année, Drew Baglino, vice-président principal de Tesla en charge de l'énergie électrique et de l'électricité, a annoncé sa démission. Baglino était le principal responsable de 4680. Après sa démission, la voie sèche a également entraîné des ajustements.

"Nous utilisons toujours le rouleau de pôles produit fin 2022 et optimisons le processus d'enroulement afin que le problème puisse être résolu plus facilement."

Il a déclaré que l'un des problèmes auxquels Tesla était confronté auparavant était que l'épaisseur des électrodes était différente, ce qui faisait que la feuille et les électrodes ne se trouvaient pas sur le même plan lors du roulement. "Tout comme si vous prenez quatre morceaux de papier d'épaisseurs différentes et que vous les roulez ensemble, il est facile d'avoir des problèmes."

Mais il ne s'agit pas d'un processus compliqué. Les technologies humides existantes seront également confrontées à de tels problèmes. « Les fournisseurs ont des solutions, mais le coût est relativement élevé.

Le changement de voie technique est la clé de la confiance de Tesla dans la fabrication du 4680 entièrement sec. "La tâche d'ici la fin de l'année est de produire en masse des batteries 4680 par procédé sec. Les cellules sont maintenant chargées dans les véhicules et prêtes pour les tests de qualité", a déclaré à 36Kr un ingénieur proche de Tesla.

Bien entendu, il existe plusieurs voies techniques pour le 4680, et les fabricants de batteries développent également des produits correspondants.

"Le dilemme des gros cylindres domestiques : il y a des obstacles technologiques à l'intérieur et de l'extrusion semi-solide à l'extérieur."

Tesla, qui est célèbre pour son innovation, a du mal à surmonter le processus d'électrode sèche et ne peut utiliser que du graphite comme électrode négative. Les sociétés de batteries électriques en Chine, au Japon et en Corée du Sud ont directement adopté des tactiques de détour, c'est-à-dire qu'elles utilisent toutes des batteries humides matures. La technologie de traitement, combinée à l'anode en carbone de silicium, a atteint une production de masse.

Les deux voies ont leurs propres avantages et inconvénients. En théorie, la technologie de procédé sec de Tesla élimine la section du four et présente davantage d'avantages en termes de coûts de fabrication. Cependant, en utilisant uniquement du graphite comme électrode négative, l'amélioration de la densité énergétique est très limitée.

Bien que le coût de fabrication de la technologie humide mature reste le même, la densité énergétique est plus élevée et les performances sont meilleures. Le prix est que le problème d’expansion de l’anode en silicium est difficile à résoudre. Selon 36Kr, de nombreux fabricants nationaux de batteries sont actuellement coincés dans ce lien.

Bien entendu, les ajustements apportés au processus de fabrication des grosses batteries cylindriques entraînent également davantage d’incertitudes.

Comparé aux lignes de production de batteries cylindriques traditionnelles, le grand processus cylindrique nécessite une plus grande précision de revêtement. "Le revêtement précédent était une cosse unipolaire, qui était entièrement peinte sur une surface et juste alignée des deux côtés. Cependant, le grand cylindre a une cosse à pôles complets avec de nombreux côtés, qui doivent être alignés lors du revêtement. " Un ingénieur. dit 36 ​​Krypton.

Technologie tous pôles

Cela exerce beaucoup de pression sur l'équipement. L'exigence de précision de revêtement de 4680 est d'un écart de ± 0,1 mm, mais la plupart des équipements domestiques ne peuvent actuellement atteindre que ± 0,5 mm.

Bien entendu, ce problème n’est pas insoluble. "Les équipements de revêtement japonais peuvent garantir un écart de 0,1 mm lors de la signature du contrat, mais leur prix est 3 à 4 fois supérieur à celui des équipements nationaux", a déclaré l'ingénieur susmentionné.

Ce n'est qu'un problème de revêtement, Quanjia est également confronté à de nombreux problèmes. Qu'il s'agisse de moulage de languettes complètes ou de soudage de plaques collectrices de courant, les méthodes adoptées par les fabricants de batteries sont incohérentes.

Pour donner un exemple simple, lors de la formation de la languette, qu'elle soit aplatie ou coupée et pliée, de petits éclats ou bavures peuvent se produire s'ils pénètrent dans le coeur de la batterie, il existe un risque d'emballement thermique.

La fabrication des batteries est basée sur le principe du fût en bois, et la planche la plus courte détermine le rendement et l'efficacité de la fabrication. Chacun de ces problèmes doit être correctement résolu avant que les grandes batteries cylindriques puissent être produites en série sans problème.

Cependant, en raison de la poursuite de la guerre des prix actuelle, la production en série de gros cylindres a été reportée à plusieurs reprises. Dans le même temps, des batteries semi-solides à densité énergétique plus élevée commencent également à être produites en série, attrapant des commandes auprès des constructeurs automobiles.

La recherche de la densité énergétique dans les véhicules purement électriques a toujours existé. La batterie semi-solide à 150 degrés de NIO a été testée en direct sur route, avec une autonomie de plus de 1 000 kilomètres. Cette année, Zhiji L6 a lancé la version Lightyear équipée de batteries semi-solides et a promis de la livrer d'ici un an.

Selon les statistiques de la Power Battery Industry Innovation Alliance, au premier semestre de cette année, 2 154,7 MWh de batteries semi-solides ont été installées dans les véhicules. Ces batteries sont suffisantes pour transporter plus de 14 000 NIO ET7.

Les batteries semi-solides bénéficient d’une densité énergétique élevée et accélèrent le rythme de la production de masse. Pour ne pas être en reste, les grandes batteries cylindriques ont rejoint le camp de la charge rapide. Des sociétés de batteries telles que Yiwei Lithium Energy, Zhongxin Xinhang et Zhengli New Energy ont successivement lancé de grands produits cylindriques prenant en charge un grossissement de 4 à 6 °C.

Les batteries semi-solides et les grandes batteries cylindriques sont de nouvelles technologies de batteries proches de la production de masse. Il existe également des voix différentes dans l’industrie concernant les attitudes à l’égard de ces deux éléments.

Une voix estime qu'après la production de masse semi-solide, les grosses batteries cylindriques ne seront plus en mesure de riposter. En termes de densité énergétique et de développement futur (état entièrement solide), l'état semi-solide présente un avantage presque absolu. Le seul problème est le coût plus élevé.

Une autre voix estime que les gros cylindres présentent des avantages par rapport aux semi-solides. Pour des raisons de sécurité, le grand cylindre est une coque en acier, tandis que le semi-solide est un emballage souple. La batterie ternaire à haute teneur en nickel dans l'emballage souple peut-elle réussir le test d'emballement thermique « sans incendie ni explosion » de la nouvelle norme nationale. est encore une question.

Mais qu’il s’agisse d’un gros cylindre ou d’un semi-solide, la production de masse a été retardée dans la guerre actuelle de réduction des coûts dans l’industrie automobile.

"La production massive de gros cylindres oblige Tesla à faire un geste désespéré"

Dans l’industrie des batteries, l’aspect pratique est devenu le plus grand avantage, et les percées dans les nouvelles technologies ne sont plus plus attrayantes que les bas prix des technologies matures.

Il est également difficile pour les grosses batteries cylindriques d’inverser la tendance. Les constructeurs automobiles et les fabricants de batteries qui étaient autrefois friands de cette technologie ont commencé à cesser leurs activités. Sauf Tesla.

"Tesla produira pour la première fois aux États-Unis de grandes batteries cylindriques avec des méthodes entièrement sèches d'ici la fin de l'année, et les usines européennes commenceront à les utiliser peu de temps après", a déclaré à 36Kr une personne proche du dossier.

Tesla a toujours été l'un des premiers à adopter de nouvelles technologies. Qu'il s'agisse de l'utilisation du moulage sous pression intégré ou de l'introduction de grands modèles de bout en bout, Tesla a été le premier à faire des percées, et de nombreux constructeurs automobiles ont emboîté le pas. ont déjà été communément vus.

Si Tesla réussit à produire en masse de grosses batteries cylindriques et à les utiliser à grande échelle d’ici la fin de l’année, ce cycle pourra se répéter.

Des réductions de coûts à grande échelle dans l'industrie manufacturière sont obtenues grâce à l'amélioration des processus de Tesla et à la vitesse de production des grands cylindres.

La vitesse de production des batteries cylindriques a désormais atteint 300 PPM (300 cellules par minute). Si les grandes batteries cylindriques sont calculées à cette vitesse, l'efficacité de production peut être presque 4 à 5 fois supérieure à celle des batteries carrées.

Associées à la réduction des investissements en équipements et en matériaux de production induite par la technologie du procédé sec, les grandes batteries cylindriques peuvent être limitées en termes de rendement et d'efficacité à court terme, mais la réduction des coûts à long terme est très considérable.

L’importance des gros cylindres pour les constructeurs automobiles est d’unifier les spécifications des batteries. Si les batteries deviennent des produits standards à l’achat, les prix baisseront et les constructeurs automobiles auront un contrôle plus fort sur les fournisseurs de batteries.

Bien entendu, la conception PACK de grandes batteries cylindriques est un point difficile. "Peu de constructeurs automobiles nationaux disposent de cette capacité technique", a déclaré un ingénieur de l'industrie des batteries à 36Kr.

"La difficulté du PACK pour les gros cylindres est qu'il y a trop de points de soudure, mais ce n'est pas un problème totalement insoluble. Il suffit d'investir de l'argent pour le faire, mais les constructeurs automobiles n'ont pas l'argent maintenant."

L’industrie des batteries est également très nerveuse face à cette technologie, notamment CATL. En tant que leader mondial des batteries, presque toutes les lignes de production de CATL sont destinées aux batteries carrées. Si la plupart des constructeurs automobiles adoptent de grandes batteries cylindriques, CATL devra modifier sa stratégie de production, ce qui sera extrêmement coûteux.

Une personne proche du CATL a déclaré à 36Kr : « En apparence, le roi Ning ne soutient pas les grandes colonnes, mais en privé, il investit plus d'argent que quiconque. »

Il a analysé 36Kr et a déclaré que CATL dispose d'une grande ligne de production de batteries cylindriques avec une efficacité d'environ 150 ppm. Calculé à partir du coût de la ligne de production et des cellules mises au rebut produites, l'investissement est estimé de manière prudente à des centaines de millions de yuans.

Tesla s'intéresse à l'efficacité de la production des batteries cylindriques. La forme d'enroulement des batteries cylindriques est théoriquement la même que la méthode de production des rouleaux de papier toilette. La vitesse d'enroulement actuelle du CATL est de 100 mètres par minute, ce qui est déjà le niveau le plus élevé dans l'industrie des batteries, et la vitesse d'enroulement des rouleaux de papier peut être atteinte. atteint facilement 1000 mètres par minute.

Il y a encore une énorme marge d'amélioration dans le processus de production des batteries. C'est l'une des raisons pour lesquelles Musk a obstinément développé le 4680. Il veut changer la méthode traditionnelle de fabrication des batteries, tout comme la fabrication automobile traditionnelle.

Selon les attentes initiales de Musk, la batterie 4680 peut réduire les coûts de fabrication des batteries d'environ 20 %, les coûts d'investissement en équipement de 35 % et l'espace au sol de l'usine de 70 %.

Cette solution de batterie constitue la base de la prochaine phase d'expansion à grande échelle de Tesla, utilisant des batteries moins chères pour fabriquer des voitures moins chères, afin de réaliser plus de bénéfices, puis d'investir dans la recherche et le développement et dans l'expansion des capacités de production. Ce cycle continue de réaliser la grande vision de Musk : accélérer l’arrivée de l’ère des véhicules électriques et accélérer la transition mondiale vers l’énergie durable.

La grande batterie cylindrique, qui semble être à la veille de son dernier saut, constitue la base de fabrication de cette vision.