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文 | ハン・ヨンチャン

編集者｜李秦

Apple の 10 年にわたる自動車製造競争は、最終的には何の成果もなく断念し、世界的な賞賛を引き起こしました。市場価値で世界最大の自動車会社であるテスラ内にも、4680 大型円筒形バッテリーである同様の「タイタン」プロジェクトがあります。

36Krによると、テスラは2019年の投資以来、5年間でこのプロジェクトに30億米ドルを投資してきた。これは「社内でも稀な巨額投資プロジェクト」だが、まだ量産化されていない。電気自動車の中核コンポーネントとして、テスラは 4680 バッテリーの開発と応用を通じて業界で目立つことを望んでいます。しかし、明らかにこの願いは叶いませんでした。

マスク氏の思い切った人員削減計画では、当然のことながら4680バッテリープロジェクトが最も大きな打撃を受けた分野となり、「1,600人から1,000人が残る」というニュースも業界内で一時流れていた。やってくる。

しかし、Apple の自動車脚本とは異なり、Tesla の 4680 大型円筒形バッテリーは転換点を迎えています。

テスラに近い数人のエンジニアは36Krに対し、テスラのバッテリーチームの最新の任務は、年末までに完全乾式プロセスの4680個の大型円筒型バッテリーを量産することであると語った。米国の工場、続いてヨーロッパの工場です。」

バッテリーのコストは電気自動車会社にとって最大の利益の障害となっている。テスラが発売した4680バッテリーは、当然のことながら自動車会社が自らの生命線をコントロールする機会とみなされる。テスラに続き、国内外の電池工場が積極的に展開している。ピーク時には、NIO は 40GWh の生産能力を計画していました。

しかし、今日の時点で、ほとんどの企業はすでに半ば放棄された状態にあります。電池工場関係者は「海外の自動車会社は連絡に来るが、国内の自動車会社は全く興味がない」と話す。

自動車市場での端末価格競争の継続により、業界の熱意が減退し、市場はもはや新技術にお金を払わなくなりました。暗闇の中で、テスラの静かな躍進は希望のように見えました。

テスラの乾式電極技術は 4680 に使用できるだけでなく、将来の全固体電池の究極の製造方法にもなります。

この技術により、生産ライン全体を約100メートル短縮でき、これはサッカー場の長さに近い。業界関係者らは36Krに対し、正極と負極はすべて乾式法で製造されており、これにより単一ワット時電池セルの価格を2～3セント節約できると語った。

このコンセプトは何ですか?角形リン酸鉄リチウム電池の現在の最低価格はワット時当たり0.32元で、そのうちBOMコスト、製造、人件費などの合計は0.28～0.3元である。テスラが得た節約分は、すでにほとんどの二次電池工場の利益となっている。

中国は世界で最も完全な動力電池産業チェーンと最も豊富な技術を持つ国です。しかし、中国の電池企業は現在、コスト削減に苦戦しているが、大型円筒型電池の分野ではテスラがすでに中国企業よりも一歩先を行っていることに誰も気づいていない。

この距離を越えるには数年かかるかもしれません。

「乾燥電極を克服し、テスラは『特効薬』を見つけた」

テスラは2019年、中核特許技術である乾式電極を保有する米国の新興企業マクスウェルを55％のプレミアムで2億1,800万米ドルで買収すると発表した。

マスク氏はこの技術の大きな可能性を見出し、それを 4680 バッテリーの磁極部分の製造に使用しました。

従来の湿式プロセスでは、正極と負極の粉末材料を有毒な溶媒と混合してスラリーを調製し、それを対応する箔上にコーティングする必要があります。その後、磁極片が最終的に形成される前に、水分を除去するために長さ 100 メートルのオーブンで焼かれます。

テスラが使用する乾式プロセスでは、正極と負極の粉末を特別なバインダーと混合し、箔上に直接圧縮するため、プロセス全体に水分が含まれず、乾燥ステップが省略されます。

テスラは、湿式法と比較して、乾式電極プロセスの使用によりコストを 18% 以上、設備投資を 41% 以上削減できると推定しています。機器工場の関係者も36Krに対し、正極と負極はすべて乾式法で製造されており、これにより単一ワット時電池の価格を2～3セント節約できると語った。

乾式電極の製造における最初の重要なステップは、正極または負極の粉末材料を混合することですが、混合は完全に均一である必要があり、そこに問題があります。

テスラに近いエンジニアは36Krに対し、バケツに粉末を入れた場合、最初のスプーン一杯と最後のスプーン一杯ではまったく異なる結果が検出されるだろうと語った。これらの粉末を2時間放置するか、8時間放置するかでは、結果は異なります。混合が不均一であると、得られる磁極片は使用することがほとんど困難になります。

より難しいステップはローリングです。従来の圧延プロセスでは、ローラーを使用して乾燥した極片を圧縮し、バッテリーコアの性能を確保します。

テスラは、負極に柔らかくてプレスしやすい黒鉛材料を使用したため、大量生産がすぐに達成されました。しかし、正極はニッケルやコバルトといった非常に硬い金属でできており、これは細かい砂利を押しつぶして滑らかな鏡面にするのと同じであり、当然のことながら困難である。乾式正極も4680量産の最大のハードルだ。

前出の技術者は、正極を圧着する過程で不注意があれば装置の損傷につながると述べた。 「装置の修理には毎回 45 日かかるため、量産の進捗は永久に遅れます。」

マスク氏の当初の4680の目標は、2021年に量産し、2022年には生産能力が100GWhに達することであった。明らかに、この目標は楽観的すぎた。幸いなことに、エンジニアリング チームの努力により、ドライプロセス正極技術は 2022 年末までに画期的な進歩を遂げました。

技術者は36クリプトンに対し、乾式正極はすでにポールロール（磁極片の大きなロール）に製造されているが、それを電池に巻く際に速度が速すぎて壊れやすいなど、さまざまな問題が発生するだろうと語った。

2023 年を通じて、テスラはポール コイルをより完璧なものにするために、ポールピースの製造中に発生するすべての問題を解決することに夢中になってきました。しかし、「これは解決するのがほぼ不可能な問題です。」

今年４月までテスラの電力・電力担当上級副社長ドリュー・バグリーノ氏が辞任を発表し、バグリーノ氏が４６８０の主要責任者だったが、同氏の辞任後、ドライプロセス路線も調整に入った。

「問題をより簡単に解決できるよう、2022年末に生産されたポールロールを引き続き使用し、巻き取りプロセスを最適化しています。」とエンジニアは述べました。

同氏は、テスラが以前に直面した問題の一つは、電極の厚さが異なることであり、そのため、圧延時に箔と電極が同一平面上にないことだったと述べた。 「厚さの異なる4枚の紙を丸めて一緒に巻くと、問題が発生しやすいのと同じです。」

しかし、これは複雑なプロセスではありません。「サプライヤーは解決策を持っていますが、コストが比較的高くなります。」

技術的なルートの変更は、完全にドライな 4680 の製造に対するテスラの自信の鍵です。 「年末の課題は乾式プロセス4680を量産することだ。現在、セルが車両に搭載され、品質テストの準備が整っている。」とテスラに近いエンジニアは36Krに語った。

もちろん、4680の技術ルートは一つではなく、電池会社も対応する製品を開発している。

「大型の国産シリンダーのジレンマ: 内部には技術的障害があり、外部には半固体押出材があります。」

技術革新で有名なテスラは、乾式電極プロセスを克服するのが難しく、負極として黒鉛しか使用できません。中国、日本、韓国の動力電池企業はすべて、成熟した湿式電極を使用するという迂回戦略を直接採用しています。シリコンカーボンアノードと組み合わせた技術が量産に達しました。

どちらのルートにもそれぞれ長所と短所があります。理論的には、テスラの乾式プロセス技術はオーブン部分を排除し、製造コストの点でより有利です。ただし、負極としてグラファイトのみを使用すると、エネルギー密度の向上は非常に限られます。

成熟した湿式技術の製造コストは同じですが、エネルギー密度はより高く、性能はより優れています。その代償として、シリコン陽極の膨張問題の解決は困難です。 36Kr によると、多くの国内電池メーカーが現在この問題に陥っているという。

もちろん、大型円筒形電池の製造プロセスの調整により、より多くの不確実性も生じます。

従来の円筒型電池生産ラインと比較して、大型の円筒型プロセスではより高い塗装精度が求められます。 「以前の塗装は単極ラグで、すべて片面に塗装し、両面を揃えただけでした。しかし、大きなシリンダーは多くの面を持つ全極ラグなので、塗装時に位置を合わせる必要があります。」とクリプトン36星に語った。

オールポールテクノロジー

これは装置に大きな負担を与えます。4680 のコーティング精度要件は ±0.1mm の誤差ですが、国内のほとんどの装置は現在 ±0.5mm しか達成できません。

もちろん、この問題は解決できないわけではありません。 「日本の塗装装置は契約時に0.1mmの誤差を保証できるが、価格は国産装置の3～4倍だ」と前出の技術者は語った。

これは単なるコーティングの問題であり、Quanjia も多くの問題に直面しています。フルタブ成形にしても、集電板溶接にしても、電池会社ごとに採用している方法がバラバラです。

簡単な例で言えば、タブを平らに加工しても、折り曲げて加工しても、小さな欠けやバリが発生し、電池のコアに入り込むと熱暴走を起こす危険性があります。

電池の製造は木樽の原理に基づいており、最も短い板が製造の歩留まりと効率を決定します。大型の円筒形電池をスムーズに量産するには、これらの問題をそれぞれ適切に解決する必要があります。

しかし、現在の価格競争の継続により、大型シリンダーの量産進捗は度々延期されています。同時に、よりエネルギー密度の高い半固体電池も量産を開始し、自動車会社からの注文を獲得している。

純粋な電気自動車のエネルギー密度の追求は常に存在しており、NIO の 150 度半固体バッテリー パックは路上で実際にテストされており、バッテリー寿命は 1,000 キロメートルを超えています。今年、Zhiji L6は半固体電池を搭載したライトイヤーモデルをリリースし、年内の納入を約束した。

Power Battery Industry Innovation Alliance の統計によると、今年上半期には 2,154.7MWh の半固体電池が車両に搭載されており、これらの電池は 14,000 個以上の NIO ET7 を搭載するのに十分です。

半固体電池は高いエネルギー密度の恩恵を受け、量産のペースを加速します。それに負けず劣らず、Yiwei Lithium Energy、Zhongxin Xinhang、Zhengli New Energy などの電池会社も、4 ～ 6C の倍率をサポートする大型の円筒形バッテリーを次々とリリースしています。

半固体電池と大型円筒形電池は、量産に近い新しい電池技術です。業界内でも2人に対する態度についてはさまざまな声が上がっている。

半固体が大量生産されると、大型の円筒型電池は反撃できなくなるのではないかという声もある。エネルギー密度と将来の発展（全固体）の点では、半固体の方がほぼ絶対的に有利ですが、唯一の問題はコストが高いことです。

また、大きなシリンダーには半固体よりも利点があると考える人もいます。安全性の考慮に基づいて、大型シリンダーはスチールシェルであり、半固体はソフトパッケージであり、ソフトパッケージパッケージ内の高ニッケル三元電池が新しい国家基準の「発火または爆発がない」熱暴走テストに合格できるかどうかを確認します。まだ疑問です。

しかし、大型シリンダーであれ、半固体であれ、自動車業界で続くコスト削減戦争で量産化は遅れている。

「大型シリンダーの大量生産には、テスラは必死の行動をとらなければならない」

バッテリー業界では実用性が最大の利点となっており、新技術のブレークスルーはもはや成熟した技術の低価格以上に魅力的ではありません。

かつてこの技術に熱心だった自動車会社や電池会社も、大型の円筒形電池がその流れを変えることは難しい。テスラを除いて。

「テスラは年末までに米国でまず完全乾式法による大型円筒型電池を量産し、その後すぐに欧州の工場でも使用を開始するだろう」と関係者は３６Ｋｒに語った。

テスラは、一体型ダイカストの使用であれ、エンドツーエンドの大型モデルの導入であれ、常に新技術をいち早く取り入れ、多くの自動車会社がその例に倣いました。すでに一般的に見られています。

テスラが大型円筒型電池の量産に成功し、年末までに大規模に使用できれば、このサイクルが再び繰り返される可能性がある。

製造業における大規模なコスト削減は、テスラの乾式電極技術と大型シリンダーの生産速度によってこの重要な点に到達しました。

円筒形電池の生産速度は現在 300PPM (毎分 300 セル) に達しており、大型の円筒形電池をこの速度で計算すると、角形電池のほぼ 4 ～ 5 倍の生産効率となります。

乾式プロセス技術によってもたらされる設備や生産材料への投資の削減と相まって、大型円筒型電池は短期的には収量と効率が制限される可能性がありますが、長期的には大幅なコスト削減が見込まれます。

自動車会社にとって大型シリンダーの重要性は、バッテリーの仕様を統一することにあり、バッテリーが標準購入品になれば、価格が下がり、自動車会社がバッテリーサプライヤーに対する支配力を強めることになる。

もちろん、大型円筒型電池のPACK設計は難しい点であるが、「この技術力を持つ国内自動車会社はほとんどない」と電池業界のエンジニアは語った。

「大型シリンダー用のPACKの難しさは、はんだ付け箇所が多すぎることですが、完全に解決できない問題ではありません。それを行うには資金を投資するだけですが、自動車会社には現在その資金がありません。」

バッテリー業界も、この技術、特に CATL について非常に神経質になっています。電池の世界的リーダーであるCATLの生産ラインのほぼすべてが角形電池用となっているが、大部分の自動車会社が大型の円筒型電池を採用すれば、CATLは生産戦略を変更する必要があり、それには莫大なコストがかかることになる。

CATLに近い関係者は36Krに対し、「表面上、寧王は大規模な柱を支持していないが、内心では誰よりも多額の資金を投資している」と語った。

同氏は36Krを分析し、CATLには効率約150PPMの大型円筒型電池生産ラインがあり、生産ラインのコストと生産される廃セルから計算すると、投資額は控えめに見積もっても数億元になると述べた。

テスラは円筒型電池の生産効率を重視している。円筒形セルの巻き取り形式は理論的にはトイレットペーパーのロールの製造方法と同じであり、CATLの現在の巻き取り速度は毎分100メートルであり、すでに電池業界のトップレベルであり、ロール紙の巻き取り速度は、簡単に毎分1000メートルに達します。

バッテリー製造プロセスにはまだ大きな改善の余地があり、これがマスク氏が頑固に 4680 を開発した理由の 1 つです。彼は従来の自動車製造を変えるのと同じように、従来のバッテリー製造方法を変えたいと考えています。

マスク氏の当初の予想によれば、4680バッテリーはバッテリー製造コストを約20％、設備投資コストを35％、工場床面積を70％削減できるという。

このバッテリーソリューションは、より多くの利益を獲得し、研究開発と生産能力の拡大に投資するために、より安価なバッテリーを使用してより安価な車を製造するテスラの次の大規模事業拡大の基礎となる。このサイクルは、電気自動車時代の到来を加速し、持続可能なエネルギーへの世界の移行を加速するというマスク氏の壮大なビジョンを達成し続けます。

このビジョンの製造基盤を提供するのは、最終的な飛躍の前夜にあると思われる大型円筒形バッテリーです。