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Testo |. Han Yongchang

Editore｜Li Qin

La corsa di Apple per costruire automobili, durata 10 anni, alla fine si è arresa senza alcun risultato, suscitando l'ammirazione globale. All'interno di Tesla, la più grande azienda automobilistica del mondo per valore di mercato, esiste anche un progetto simile "Titan", ovvero la batteria cilindrica di grandi dimensioni 4680.

Secondo 36Kr, Tesla ha investito 3 miliardi di dollari nel progetto in cinque anni dal suo investimento nel 2019. Si tratta di "un raro ed enorme progetto di investimento all'interno dell'azienda", ma non è ancora stato messo in produzione di massa. Essendo il componente principale dei veicoli elettrici, Tesla spera di distinguersi nel settore attraverso lo sviluppo e l’applicazione delle batterie 4680. Ma ovviamente questo desiderio non si è avverato.

Nel drastico piano di licenziamento di Musk, il progetto della batteria 4680 è naturalmente diventato l'area più colpita: "Di 1.600 persone ne sono rimaste solo 1.000". sta arrivando la pioggia.

Ma a differenza del copione automobilistico di Apple, la grande batteria cilindrica 4680 di Tesla ha inaugurato un punto di svolta.

Diversi ingegneri vicini a Tesla hanno detto a 36Kr che l’ultimo compito del team di Tesla è quello di produrre in serie batterie cilindriche di grandi dimensioni 4680 con processo completamente a secco entro la fine dell’anno “Ci sono già celle caricate nelle auto e pronte per la produzione di massa negli Stati Uniti, seguiti dalle fabbriche europee”.

Il costo della batteria è diventato il più grande ostacolo ai profitti per le aziende produttrici di auto elettriche. La batteria 4680 lanciata da Tesla è naturalmente considerata un’opportunità per le aziende automobilistiche di controllare la propria linfa vitale. Dopo Tesla, le fabbriche di batterie nazionali ed estere si stanno attivando attivamente. Al suo apice, NIO prevedeva una capacità di produzione di 40 GWh.

Ma ad oggi la maggior parte delle aziende si trova già in uno stato di semi-abbandono. Una persona di una fabbrica di batterie ha detto: "Le case automobilistiche straniere verranno a comunicare, ma le case automobilistiche nazionali non sono affatto interessate".

La continuazione della guerra dei prezzi finali nel mercato automobilistico ha ridotto l'entusiasmo del settore e il mercato non paga più per le nuove tecnologie. In mezzo all’oscurità, la svolta silenziosa di Tesla sembrava essere la speranza.

La tecnologia degli elettrodi secchi di Tesla non solo può essere utilizzata sul 4680, ma rappresenta anche il metodo di produzione definitivo per le batterie a stato solido del futuro.

Questa tecnologia può accorciare l’intera linea di produzione di circa 100 metri, ovvero quasi la lunghezza di un campo da calcio. Gli addetti ai lavori del settore hanno detto a 36Kr che gli elettrodi positivi e negativi sono tutti realizzati con metodi a secco, che possono far risparmiare 2-3 centesimi sul prezzo di una singola cella di batteria da un wattora.

Qual è questo concetto? L'attuale quotazione più bassa per le batterie quadrate al litio ferro fosfato è 0,32 yuan per wattora, di cui il costo totale della distinta base, produzione, manodopera, ecc. è 0,28-0,3 yuan. I risparmi realizzati da Tesla rappresentano già i profitti della maggior parte delle fabbriche di batterie di secondo livello.

La Cina è il paese con la catena industriale delle batterie elettriche più completa e con la tecnologia più ricca al mondo. Ma le aziende cinesi di batterie stanno attualmente lottando per ridurre i costi. Nessuno ha notato che Tesla è già un passo avanti rispetto alle aziende cinesi nel campo delle grandi batterie cilindriche.

Questa distanza potrebbe richiedere diversi anni per essere superata.

"Superando gli elettrodi secchi, Tesla trovò la "proiettile d'argento""

Nel 2019, Tesla ha annunciato che avrebbe acquisito Maxwell, una startup americana, che possiede un elettrodo secco con tecnologia brevettata, con un premio del 55% per 218 milioni di dollari.

Musk ha visto l'enorme potenziale di questa tecnologia e l'ha utilizzata per realizzare le espansioni polari della batteria 4680.

Il tradizionale processo a umido richiede la miscelazione dei materiali in polvere degli elettrodi positivo e negativo con solventi tossici per preparare un impasto liquido e rivestirlo sul foglio corrispondente. Viene quindi cotto in un forno lungo 100 metri per rimuovere l'umidità prima che l'elemento polare possa essere finalmente formato.

Il processo a secco utilizzato da Tesla mescola le polveri degli elettrodi positivi e negativi con uno speciale legante e le compatta direttamente sulla lamina, eliminando così la necessità di umidità nell'intero processo ed eliminando la fase di asciugatura.

Tesla stima che, rispetto ai metodi umidi, l’uso dei processi con elettrodi secchi può ridurre i costi di oltre il 18% e gli investimenti nelle apparecchiature del 41%. Qualcuno di una fabbrica di attrezzature ha anche detto a 36Kr che gli elettrodi positivi e negativi sono tutti realizzati con metodi a secco, il che può far risparmiare 2-3 centesimi sul prezzo di una singola batteria da un wattora.

Il primo passo fondamentale nella produzione di elettrodi secchi è mescolare i materiali in polvere degli elettrodi positivi o negativi. La miscelazione deve essere completamente uniforme, ed è qui che risiede la difficoltà.

Un ingegnere vicino a Tesla ha detto a 36Kr che se si prepara un secchio di polvere, il primo e l'ultimo cucchiaio daranno risultati completamente diversi. Se queste polveri vengono lasciate per due o otto ore, i risultati saranno diversi. Se la miscela non è uniforme, le espansioni polari risultanti saranno quasi difficili da usare.

Il passo più difficile è rotolare. Il tradizionale processo di laminazione utilizza rulli per compattare le espansioni polari essiccate, che possono garantire le prestazioni del nucleo della batteria.

Tesla utilizzò materiale di grafite per l'elettrodo negativo, che era più morbido e più facile da pressare, e la produzione di massa fu rapidamente raggiunta. Tuttavia, l'elettrodo positivo è costituito da metalli molto duri come nichel e cobalto, il che equivale a pressare ghiaia fine su una superficie liscia a specchio, il che è evidentemente difficile. Il catodo con processo a secco è anche il più grande ostacolo per la produzione di massa del 4680.

L'ingegnere sopra menzionato ha affermato che durante il processo di pressatura dell'elettrodo positivo, qualsiasi disattenzione può causare danni all'apparecchiatura. "Ogni volta ci vogliono 45 giorni per riparare l'attrezzatura, quindi il progresso della produzione di massa viene ritardato indefinitamente."

L’obiettivo iniziale di Musk per il 4680 era quello di produrlo in serie nel 2021, con una capacità produttiva che raggiungesse i 100 GWh nel 2022. Ovviamente, questo obiettivo era troppo ottimistico.Fortunatamente, grazie agli sforzi del team di ingegneri, la tecnologia del catodo a processo secco ha raggiunto una svolta entro la fine del 2022.

Un ingegnere ha detto a 36 Krypton che gli elettrodi positivi con processo a secco erano già stati prodotti in rotoli di poli (grandi rotoli di espansioni polari), ma sarebbero sorti vari problemi durante l'avvolgimento nelle batterie, come essere troppo veloci e rompersi facilmente.

Per tutto il 2023, Tesla è stata ossessionata dalla risoluzione di tutti i problemi durante la produzione delle espansioni polari per rendere le bobine polari più perfette. Ma "questo è un problema quasi impossibile da risolvere".

Fino all'aprile di quest'anno, Drew Baglino, vicepresidente senior di Tesla responsabile dell'energia elettrica e dell'elettricità, ha annunciato le sue dimissioni Baglino era il principale responsabile di 4680. Dopo le sue dimissioni, anche il percorso del processo a secco ha introdotto degli aggiustamenti.

"Utilizziamo ancora il rotolo polare prodotto alla fine del 2022 e ottimizziamo il processo di avvolgimento, in modo che il problema possa essere risolto più facilmente", ha affermato un ingegnere.

Ha detto che uno dei problemi che Tesla ha dovuto affrontare in precedenza era che lo spessore degli elettrodi era diverso, il che faceva sì che la lamina e gli elettrodi non si trovassero sullo stesso piano durante il rotolamento. "Proprio come se prendi quattro pezzi di carta di diverso spessore e li arrotoli insieme, è facile avere problemi."

Ma questo non è un processo complicato. Anche la tecnologia umida esistente dovrà affrontare questi problemi "I fornitori hanno soluzioni, ma il costo è relativamente alto."

Il cambiamento nel percorso tecnico è la chiave della fiducia di Tesla nel realizzare il 4680 completamente asciutto. "Il compito per la fine dell'anno è quello di produrre in serie il 4680 con processo a secco. Ora le celle vengono caricate sui veicoli e sono pronte per i test di qualità. Un ingegnere vicino a Tesla ha detto a 36Kr.

Naturalmente, esiste più di un percorso tecnico per 4680 e anche le aziende produttrici di batterie stanno sviluppando prodotti corrispondenti.

"Il dilemma dei grandi cilindri domestici: all'interno ci sono gli ostacoli tecnologici e all'esterno l'estrusione semisolida."

Tesla, famosa per la sua innovazione, ha difficoltà a superare il processo dell'elettrodo secco e può utilizzare solo la grafite come elettrodo negativo. Le aziende produttrici di batterie elettriche in Cina, Giappone e Corea del Sud hanno adottato direttamente tattiche indirette, ovvero utilizzano tutte umido maturo la tecnologia di processo, combinata con l'anodo di carbonio al silicio, ha raggiunto la produzione di massa.

Entrambi i percorsi presentano vantaggi e svantaggi. In teoria, la tecnologia del processo a secco di Tesla elimina la sezione del forno e presenta maggiori vantaggi in termini di costi di produzione. Tuttavia, utilizzando solo la grafite come elettrodo negativo, il miglioramento della densità di energia è molto limitato.

Sebbene il costo di produzione della tecnologia umida matura rimanga lo stesso, la densità energetica è maggiore e le prestazioni sono migliori. Il prezzo è che il problema dell'espansione dell'anodo di silicio è difficile da risolvere. Secondo 36Kr, molti produttori nazionali di batterie sono attualmente bloccati in questo collegamento.

Naturalmente, anche gli adeguamenti al processo di produzione delle grandi batterie cilindriche comportano maggiori incertezze.

Rispetto alle tradizionali linee di produzione di batterie cilindriche, il processo cilindrico di grandi dimensioni richiede una maggiore precisione del rivestimento. "Il rivestimento precedente era un capocorda unipolare, tutto verniciato su una superficie e semplicemente allineato su entrambi i lati. Tuttavia, il cilindro grande è un capocorda unipolare con molti lati, che devono essere allineati durante il rivestimento. " ha detto a 36 Krypton.

Tecnologia onnipolare

Ciò esercita molta pressione sulle apparecchiature. Il requisito di precisione del rivestimento di 4680 è una deviazione di ±0,1 mm, ma la maggior parte delle apparecchiature domestiche attualmente può raggiungere solo ±0,5 mm.

Naturalmente, questo problema non è irrisolvibile. "Le apparecchiature di rivestimento giapponesi possono garantire una deviazione di 0,1 mm al momento della firma del contratto, ma il prezzo è 3-4 volte quello delle apparecchiature domestiche", ha affermato l'ingegnere sopra menzionato.

Questo è solo un problema di rivestimento, anche Quanjia deve affrontare molti problemi. Che si tratti dello stampaggio dell'intera linguetta o della saldatura delle piastre di raccolta della corrente, i metodi adottati dalle aziende produttrici di batterie sono incoerenti.

Per fare un semplice esempio, quando si forma la linguetta, sia che venga appiattita o tagliata e piegata, si potrebbero produrre piccole scheggiature o bave se entrano nel nucleo della batteria, c'è il rischio di fuga termica.

La produzione delle batterie si basa sul principio del barile di legno e la scheda più corta determina la resa e l'efficienza della produzione. Ciascuno di questi problemi deve essere adeguatamente risolto prima che le grandi batterie cilindriche possano essere prodotte in serie senza problemi.

Tuttavia, a causa del protrarsi dell’attuale guerra dei prezzi, il progresso della produzione di massa di grandi bombole è stato più volte rinviato. Allo stesso tempo, anche le batterie semi-solide con una maggiore densità di energia stanno iniziando ad entrare nella produzione di massa, accaparrandosi ordini dalle case automobilistiche.

La ricerca della densità energetica nei veicoli elettrici puri è sempre esistita. Il pacco batterie semisolido da 150 gradi di NIO è stato testato dal vivo su strada, con una durata della batteria di oltre 1.000 chilometri. Quest'anno, Zhiji L6 ha rilasciato la versione Lightyear dotata di batterie semi-solide e ha promesso di consegnarla entro l'anno.

Secondo le statistiche della Power Battery Industry Innovation Alliance, nella prima metà di quest’anno, nei veicoli sono state installate 2.154,7 MWh di batterie semi-solide. Queste batterie sono sufficienti per trasportare più di 14.000 NIO ET7.

Le batterie allo stato semi-solido beneficiano di un’elevata densità di energia e accelerano il ritmo della produzione di massa. Per non essere da meno, le grandi batterie cilindriche si sono spostate nel campo della ricarica rapida. Aziende di batterie come Yiwei Lithium Energy, Zhongxinxing e Zhengli New Energy hanno successivamente rilasciato grandi prodotti cilindrici che supportano l’ingrandimento 4-6C.

Le batterie semisolide e le grandi batterie cilindriche sono nuove tecnologie di batterie vicine alla produzione di massa. Ci sono anche voci diverse nel settore per quanto riguarda gli atteggiamenti nei confronti dei due.

Una voce ritiene che dopo la produzione di massa semi-solida, le grandi batterie cilindriche non saranno in grado di reagire. In termini di densità energetica e sviluppo futuro (tutto allo stato solido), lo stato semisolido presenta un vantaggio quasi assoluto. L'unico problema è il costo più elevato.

Un'altra voce ritiene che i cilindri di grandi dimensioni presentino vantaggi rispetto ai semisolidi. In base a considerazioni di sicurezza, il cilindro grande è un guscio di acciaio, mentre quello semisolido è un pacchetto morbido. Se la batteria ternaria ad alto contenuto di nichel nel pacchetto pacchetto morbido può superare il test di fuga termica "nessun incendio o esplosione" del nuovo standard nazionale. è ancora una domanda.

Ma che si tratti di un cilindro di grandi dimensioni o di un semisolido, la produzione di massa è stata ritardata nella guerra di riduzione dei costi in corso nell’industria automobilistica.

"La produzione in serie di grandi cilindri impone a Tesla una mossa disperata"

Nel settore delle batterie, la praticità è diventata il vantaggio più grande e le scoperte nelle nuove tecnologie non sono più attraenti dei prezzi bassi delle tecnologie mature.

È anche difficile per le grandi batterie cilindriche invertire la tendenza. Le aziende automobilistiche e le aziende produttrici di batterie che un tempo erano appassionate di questa tecnologia hanno iniziato a cessare le loro attività. Tranne Tesla.

"Tesla produrrà per la prima volta in serie grandi batterie cilindriche con metodi completamente a secco negli Stati Uniti entro la fine dell'anno, e le fabbriche europee inizieranno ad usarle subito dopo", ha detto a 36Kr una persona a conoscenza della questione.

Tesla è sempre stata una delle prime ad adottare nuove tecnologie, sia che si tratti dell’uso della pressofusione integrata o dell’introduzione di modelli di grandi dimensioni end-to-end, Tesla è stata la prima a fare passi avanti e molte case automobilistiche hanno seguito l’esempio sono già stati comunemente visti.

Se Tesla riuscisse a produrre in serie grandi batterie cilindriche e a utilizzarle su larga scala entro la fine dell’anno, questo ciclo potrebbe ripetersi nuovamente.

Le riduzioni dei costi su larga scala nel settore manifatturiero sono ottenute attraverso i miglioramenti dei processi. La tecnologia degli elettrodi secchi di Tesla e la velocità di produzione di cilindri di grandi dimensioni hanno raggiunto questo punto chiave.

La velocità di produzione delle batterie cilindriche ha ora raggiunto i 300 PPM (300 celle al minuto). Se si calcolano le batterie cilindriche di grandi dimensioni a questa velocità, l'efficienza produttiva può essere quasi 4-5 volte quella delle batterie quadrate.

Oltre ai ridotti investimenti in attrezzature e materiali di produzione derivanti dalla tecnologia del processo a secco, le grandi batterie cilindriche possono essere limitate in termini di resa ed efficienza a breve termine, ma la riduzione dei costi a lungo termine è molto considerevole.

L’importanza delle bombole di grandi dimensioni per le case automobilistiche è quella di unificare le specifiche delle batterie. Se le batterie diventeranno prodotti standard per l’acquisto, i prezzi scenderanno e le case automobilistiche avranno un controllo più forte sui fornitori di batterie.

Naturalmente, la progettazione PACK di grandi batterie cilindriche è un punto difficile. "Poche case automobilistiche nazionali hanno questa capacità tecnica", ha detto a 36Kr.

"La difficoltà del PACK per le grandi cilindri è che ci sono troppi punti di saldatura, ma non è un problema del tutto irrisolvibile. Basta investire soldi per farlo, ma le case automobilistiche adesso non hanno i soldi."

Anche l’industria delle batterie è molto nervosa riguardo a questa tecnologia, in particolare alla CATL. In qualità di leader mondiale nel settore delle batterie, quasi tutte le linee di produzione di CATL sono per batterie quadrate Se le batterie cilindriche di grandi dimensioni verranno adottate dalla maggior parte delle case automobilistiche, CATL dovrà cambiare la sua strategia di produzione, il che sarà estremamente costoso.

Una persona vicina a CATL ha detto a 36Kr: "In apparenza, King Ning non sostiene grandi colonne, ma in privato investe più denaro di chiunque altro".

Ha analizzato 36Kr e ha affermato che CATL ha una grande linea di produzione di batterie cilindriche con un'efficienza di circa 150 PPM. Calcolato dal costo della linea di produzione e dalle celle scartate prodotte, l'investimento è stimato prudentemente in centinaia di milioni di yuan.

Tesla ha una predilezione per l'efficienza produttiva delle batterie cilindriche. La forma di avvolgimento delle celle cilindriche è teoricamente la stessa del metodo di produzione dei rotoli di carta igienica. L'attuale velocità di avvolgimento di CATL è di 100 metri al minuto, che è già il livello più alto nel settore delle batterie, e la velocità di avvolgimento dei rotoli di carta può. raggiungere facilmente i 1000 metri al minuto.

C'è ancora un enorme margine di miglioramento nel processo di produzione delle batterie. Questo è uno dei motivi per cui Musk ha sviluppato ostinatamente il 4680. Vuole cambiare il modo tradizionale di produrre le batterie, proprio come cambiare la produzione automobilistica tradizionale.

Secondo le aspettative iniziali di Musk, la batteria 4680 può ridurre i costi di produzione delle batterie di circa il 20%, i costi di investimento nelle apparecchiature del 35% e lo spazio in fabbrica del 70%.

Questa soluzione di batterie costituisce la base per il prossimo round di espansione su larga scala di Tesla, utilizzando batterie più economiche per produrre automobili più economiche, al fine di ottenere maggiori profitti e quindi investire in ricerca e sviluppo e nell’espansione della capacità produttiva. Questo ciclo continua a realizzare la grande visione di Musk: accelerare l’arrivo dell’era dei veicoli elettrici e accelerare la transizione del mondo verso l’energia sostenibile.

A fornire la base produttiva di questa visione è la grande batteria cilindrica, che sembra essere alla vigilia del suo salto finale.