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Texto | Han Yongchang

Editor｜Li Qin

A longa corrida de 10 anos da Apple para construir carros finalmente desistiu sem nenhum resultado, causando admiração global. Dentro da Tesla, a maior empresa automobilística do mundo em valor de mercado, há também um projeto "Titan" semelhante, que é a grande bateria cilíndrica 4680.

De acordo com 36Kr, a Tesla investiu US$ 3 bilhões no projeto ao longo de cinco anos desde seu investimento em 2019. É “um raro grande projeto de investimento dentro da empresa”, mas ainda não foi colocado em produção em massa. Como componente central dos veículos elétricos, a Tesla espera se destacar na indústria através do desenvolvimento e aplicação de 4.680 baterias. Mas, obviamente, esse desejo não se concretizou.

No drástico plano de demissão de Musk, o projeto da bateria 4680 tornou-se naturalmente a área mais atingida. "De 1.600 pessoas, restam apenas 1.000 pessoas. Houve até notícias na indústria de que Tesla queria abandonar esta tecnologia. " a chuva está chegando.

Mas, ao contrário do roteiro do carro da Apple, a grande bateria cilíndrica 4680 da Tesla marcou o início de um ponto de viragem.

Vários engenheiros próximos à Tesla disseram ao 36Kr que a última tarefa da equipe de baterias da Tesla é produzir em massa 4.680 grandes baterias cilíndricas totalmente processadas a seco até o final do ano. nos Estados Unidos, seguida pelas fábricas europeias.”

O custo da bateria tornou-se o maior obstáculo ao lucro para as empresas de automóveis elétricos. A bateria 4680 lançada pela Tesla é naturalmente considerada uma oportunidade para as montadoras controlarem sua própria força vital. Seguindo Tesla, fábricas de baterias nacionais e estrangeiras estão ativamente implantadas. No seu auge, a NIO planejou uma capacidade de produção de 40 GWh.

Mas a partir de hoje, a maioria das empresas já se encontra num estado de semi-abandono. Uma pessoa de uma fábrica de baterias disse: “As montadoras estrangeiras virão se comunicar, mas as montadoras nacionais não estão nem um pouco interessadas”.

A continuação da guerra terminal de preços no mercado automóvel reduziu o entusiasmo da indústria e o mercado já não paga pelas novas tecnologias. No meio da escuridão, o avanço silencioso de Tesla parecia ser a esperança.

A tecnologia de eletrodo seco da Tesla não só pode ser usada no 4680, mas também é o método de produção definitivo para baterias de estado sólido no futuro.

Essa tecnologia pode encurtar toda a linha de produção em cerca de 100 metros, valor próximo ao comprimento de um campo de futebol. Especialistas da indústria disseram ao 36Kr que os eletrodos positivos e negativos são todos feitos por métodos secos, o que pode economizar de 2 a 3 centavos no preço de uma única célula de bateria watt-hora.

Qual é esse conceito? A cotação mais baixa atual para baterias quadradas de fosfato de ferro-lítio é de 0,32 yuans por watt-hora, dos quais o custo total da lista técnica, fabricação, mão de obra, etc. As economias feitas pela Tesla já são os lucros da maioria das fábricas de baterias de segundo nível.

A China é o país com a cadeia industrial de baterias de energia mais completa e a tecnologia mais rica do mundo. Mas as empresas chinesas de baterias estão atualmente lutando para reduzir custos. Ninguém percebeu que a Tesla já está um passo à frente das empresas chinesas no campo de grandes baterias cilíndricas.

Essa distância pode levar vários anos para ser superada.

"Superando eletrodos secos, Tesla encontrou a" bala de prata ""

Em 2019, a Tesla anunciou que iria adquirir a Maxwell, uma startup americana, que possui uma tecnologia central patenteada de eletrodo seco, com um prêmio de 55% por US$ 218 milhões.

Musk viu o enorme potencial dessa tecnologia e a usou para fabricar os pólos da bateria 4680.

O processo úmido tradicional requer a mistura dos materiais em pó dos eletrodos positivos e negativos com solventes tóxicos para preparar uma pasta e revesti-la na folha correspondente. Em seguida, é assado em um forno de 100 metros de comprimento para remover a umidade antes que a peça polar possa ser finalmente formada.

O processo seco utilizado pela Tesla mistura os pós dos eletrodos positivos e negativos com um aglutinante especial e os compacta diretamente na folha. Isso elimina a necessidade de umidade em todo o processo e elimina a etapa de secagem.

Tesla estima que, em comparação com métodos úmidos, o uso de processos de eletrodo seco pode reduzir os custos em mais de 18% e o investimento em equipamentos em 41%. Alguém de uma fábrica de equipamentos também disse ao 36Kr que os eletrodos positivos e negativos são todos feitos por métodos secos, o que pode economizar de 2 a 3 centavos no preço de uma única bateria de watt-hora.

O primeiro passo crítico na fabricação de eletrodos secos é misturar os materiais em pó dos eletrodos positivos ou negativos. A mistura precisa ser completamente uniforme, e é aí que reside a dificuldade.

Um engenheiro próximo a Tesla disse ao 36Kr que se você fizer um balde de pó, a primeira e a última colher detectarão resultados completamente diferentes. Se esses pós forem deixados por duas ou oito horas, os resultados serão diferentes. Se a mistura for irregular, as peças polares resultantes serão quase difíceis de usar.

A etapa mais difícil é rolar. O processo de laminação tradicional utiliza rolos para compactar os pólos secos, o que pode garantir o desempenho do núcleo da bateria.

Tesla usou material de grafite para o eletrodo negativo, que era mais macio e fácil de pressionar, e a produção em massa foi alcançada rapidamente. No entanto, o eletrodo positivo é feito de metais muito duros, como níquel e cobalto, o que equivale a pressionar cascalho fino em uma superfície espelhada lisa, o que é evidentemente difícil. O cátodo do processo a seco também é o maior obstáculo para a produção em massa do 4680.

O referido engenheiro disse que durante o processo de prensagem do eletrodo positivo, qualquer descuido causará danos ao equipamento. “Leva 45 dias para consertar o equipamento de cada vez, então o progresso da produção em massa é adiado indefinidamente.”

O objetivo inicial de Musk para o 4680 era produzi-lo em massa em 2021, com capacidade de produção atingindo 100 GWh em 2022. Obviamente, este objetivo era demasiado otimista.Felizmente, através dos esforços da equipe de engenharia, a tecnologia de cátodo de processo seco alcançou um avanço até o final de 2022.

Um engenheiro disse a 36 Krypton que eletrodos positivos de processo a seco já haviam sido produzidos em rolos polares (grandes rolos de peças polares), mas vários problemas surgiriam ao enrolá-los em baterias, como serem muito rápidos e quebrarem facilmente.

Ao longo de 2023, Tesla esteve obcecado em resolver todos os problemas durante a fabricação das peças polares para tornar as bobinas polares mais perfeitas. Mas “este é um problema quase impossível de resolver”.

Até abril deste ano, Drew Baglino, vice-presidente sênior responsável por energia elétrica e eletricidade da Tesla, anunciou sua renúncia. Baglino era o principal responsável por 4.680. Após sua renúncia, a rota do processo a seco também marcou o início de ajustes.

“Ainda utilizamos o rolo de pólo produzido no final de 2022 e otimizamos o processo de enrolamento, para que o problema seja resolvido com mais facilidade.”

Ele disse que um dos problemas que Tesla enfrentou antes era que a espessura dos eletrodos era diferente, o que fazia com que a folha e os eletrodos não ficassem no mesmo plano durante o rolamento. “Assim como se você pegar quatro pedaços de papel de espessuras diferentes e enrolá-los, é fácil ter problemas.”

Mas este não é um processo complicado. A tecnologia úmida existente também enfrentará esses problemas. “Os fornecedores têm soluções, mas o custo é relativamente alto”.

A mudança na rota técnica é a chave para a confiança da Tesla em tornar o 4680 totalmente seco. “A tarefa no final do ano é produzir em massa baterias 4680 de processo a seco. Agora as células estão sendo carregadas em veículos e prontas para testes de qualidade.”

É claro que existe mais de uma rota técnica para o 4680, e as empresas de baterias também estão desenvolvendo produtos correspondentes.

“O dilema dos grandes cilindros domésticos: existem obstáculos tecnológicos por dentro e extrusão semissólida por fora.”

Tesla, que é famosa por sua inovação, tem dificuldade em superar o processo de eletrodo seco e só pode usar grafite como eletrodo negativo. As empresas de baterias de energia na China, Japão e Coreia do Sul adotaram diretamente táticas indiretas, ou seja, todas usando molhado maduro. tecnologia de processo, combinada com ânodo de carbono de silício atingiu a produção em massa.

Ambas as rotas têm suas próprias vantagens e desvantagens. Em teoria, a tecnologia de processo a seco da Tesla elimina a seção do forno e tem mais vantagens nos custos de fabricação. No entanto, usando apenas grafite como eletrodo negativo, a melhoria na densidade de energia é muito limitada.

Embora o custo de fabricação da tecnologia úmida madura permaneça o mesmo, a densidade de energia é maior e o desempenho é melhor. O preço é que o problema de expansão do ânodo de silício é difícil de resolver. De acordo com 36Kr, muitos fabricantes nacionais de baterias estão atualmente presos neste link.

É claro que ajustes no processo de fabricação de grandes baterias cilíndricas também trazem mais incertezas.

Comparado com as linhas de produção de baterias cilíndricas tradicionais, o grande processo cilíndrico requer maior precisão de revestimento. “O revestimento anterior era uma saliência unipolar, toda pintada em uma superfície e apenas alinhada em ambos os lados. No entanto, o cilindro grande possui uma saliência polar completa com vários lados, que deve ser alinhado durante o revestimento. disse 36 Krypton.

Tecnologia multipolar

Isso coloca muita pressão sobre o equipamento. O requisito de precisão do revestimento de 4680 é de desvio de ± 0,1 mm, mas a maioria dos equipamentos domésticos atualmente só consegue atingir ± 0,5 mm.

É claro que este problema não é insolúvel. “Os equipamentos de revestimento japoneses podem garantir um desvio de 0,1 mm na assinatura do contrato, mas o preço é 3 a 4 vezes maior que o dos equipamentos nacionais”, disse o engenheiro mencionado.

Este é apenas um problema de revestimento, Quanjia também enfrenta muitos problemas. Quer se trate de moldagem completa ou soldagem de placas coletoras de corrente, os métodos adotados pelas empresas de baterias são inconsistentes.

Para dar um exemplo simples, quando a aba é formada, seja ela achatada ou cortada e dobrada, pequenas lascas ou rebarbas podem ser produzidas. Se entrarem no núcleo da bateria, há risco de fuga térmica.

A fabricação da bateria é baseada no princípio do barril de madeira, e a placa mais curta determina o rendimento e a eficiência da fabricação. Cada um desses problemas deve ser resolvido adequadamente antes que grandes baterias cilíndricas possam ser produzidas em massa sem problemas.

No entanto, devido à continuação da actual guerra de preços, o progresso da produção em massa de grandes cilindros tem sido repetidamente adiado. Ao mesmo tempo, baterias de estado semi-sólido com maior densidade energética também estão começando a ser produzidas em massa, atraindo pedidos de montadoras.

A busca pela densidade de energia em veículos elétricos puros sempre existiu. A bateria semissólida de 150 graus da NIO foi testada ao vivo na estrada, com uma autonomia de mais de 1.000 quilômetros. Este ano, a Zhiji L6 lançou a versão Lightyear equipada com baterias de estado semissólido e prometeu entregá-la dentro de um ano.

De acordo com estatísticas da Power Battery Industry Innovation Alliance, no primeiro semestre deste ano, 2.154,7 MWh de baterias de estado semissólido foram instaladas em veículos. Essas baterias são suficientes para transportar mais de 14.000 NIO ET7s.

As baterias de estado semissólido se beneficiam da alta densidade de energia e aceleram o ritmo da produção em massa. Para não ficar para trás, grandes baterias cilíndricas passaram para o campo de carregamento rápido. Empresas de baterias como Yiwei Lithium Energy, Zhongxin Xinhang e Zhengli New Energy lançaram sucessivamente grandes produtos cilíndricos que suportam ampliação de 4-6C.

Baterias semissólidas e baterias cilíndricas grandes são novas tecnologias de baterias que estão próximas da produção em massa. Existem também vozes diferentes na indústria em relação às atitudes em relação aos dois.

Uma voz acredita que, após a produção em massa semissólida, as grandes baterias cilíndricas não serão capazes de reagir. Em termos de densidade de energia e desenvolvimento futuro (totalmente em estado sólido), o estado semissólido tem uma vantagem quase absoluta.

Outra voz acredita que os cilindros grandes têm vantagens sobre os semissólidos. Com base em considerações de segurança, o cilindro grande é uma carcaça de aço, enquanto o semissólido é um pacote macio. Se a bateria ternária de alto níquel no pacote macio pode passar no teste de fuga térmica "sem incêndio ou explosão" do novo padrão nacional. ainda é uma questão.

Mas quer se trate de um cilindro grande ou de um semissólido, a produção em massa foi adiada na guerra em curso pela redução de custos na indústria automóvel.

“A produção em massa de grandes cilindros exige que Tesla tome uma atitude desesperada”

Na indústria de baterias, a praticidade tornou-se a maior vantagem, e os avanços em novas tecnologias já não são mais atraentes do que os preços baixos das tecnologias maduras.

Também é difícil para as grandes baterias cilíndricas inverter a tendência. As empresas automóveis e as empresas de baterias que antes eram entusiastas desta tecnologia começaram a cessar as suas atividades. Exceto Tesla.

“A Tesla produzirá pela primeira vez grandes baterias cilíndricas com métodos totalmente secos nos Estados Unidos até o final do ano, e as fábricas europeias começarão a usá-las logo depois”, disse uma pessoa familiarizada com o assunto ao 36Kr.

Tesla sempre foi um dos primeiros a adotar novas tecnologias, seja o uso de fundição sob pressão integrada ou a introdução de grandes modelos de ponta a ponta, a Tesla foi a primeira a fazer avanços e muitas empresas automobilísticas seguiram o exemplo. já foram comumente vistos.

Se a Tesla produzir com sucesso grandes baterias cilíndricas e usá-las em larga escala até o final do ano, esse ciclo poderá ser repetido novamente.

As reduções de custos em grande escala na indústria manufatureira são alcançadas por meio de melhorias nos processos da Tesla e a velocidade de produção de grandes cilindros atingiu esse ponto-chave.

A velocidade de produção de baterias cilíndricas atingiu agora 300PPM (300 células por minuto). Se grandes baterias cilíndricas forem calculadas nesta velocidade, a eficiência de produção pode ser quase 4-5 vezes maior que a das baterias quadradas.

Juntamente com o investimento reduzido em equipamentos e materiais de produção provocado pela tecnologia de processo a seco, as grandes baterias cilíndricas podem ser limitadas em rendimento e eficiência no curto prazo, mas a redução de custos no longo prazo é muito considerável.

A importância dos grandes cilindros para as montadoras é unificar as especificações das baterias. Se as baterias se tornarem produtos padrão para compra, os preços cairão e as montadoras terão um controle mais forte sobre os fornecedores de baterias.

Claro, o design PACK de grandes baterias cilíndricas é um ponto difícil “Poucas empresas automobilísticas nacionais têm essa capacidade técnica”, disse um engenheiro da indústria de baterias ao 36Kr.

“A dificuldade do PACK para cilindros grandes é que há muitos pontos de solda, mas não é um problema completamente insolúvel. Basta investir dinheiro para fazer isso, mas as montadoras não têm dinheiro agora.”

A indústria de baterias também está muito nervosa com essa tecnologia, especialmente a CATL. Como líder mundial em baterias, quase todas as linhas de produção da CATL são para baterias quadradas. Se grandes baterias cilíndricas forem adotadas pela maioria das montadoras, a CATL precisará mudar sua estratégia de produção, o que será extremamente caro.

Uma pessoa próxima à CATL disse ao 36Kr: “Superficialmente, King Ning não apóia grandes colunas, mas, em particular, ele investe mais dinheiro do que qualquer outra pessoa”.

Ele analisou 36Kr e disse que a CATL possui uma grande linha de produção de baterias cilíndricas com uma eficiência de cerca de 150PPM. Calculado a partir do custo da linha de produção e das células sucateadas produzidas, o investimento é estimado conservadoramente em centenas de milhões de yuans.

A Tesla está interessada na eficiência da produção de baterias cilíndricas. A forma de enrolamento das baterias cilíndricas é teoricamente igual ao método de produção dos rolos de papel higiênico. A velocidade atual de enrolamento do CATL é de 100 metros por minuto, que já é o nível mais alto na indústria de baterias, e a velocidade de enrolamento dos rolos de papel pode. alcance facilmente 1000 metros por minuto.

Ainda há muito espaço para melhorias no processo de produção de baterias. Esta é uma das razões pelas quais Musk desenvolveu teimosamente o 4680. Ele quer mudar a forma tradicional de fabricação de baterias, assim como mudar a fabricação tradicional de automóveis.

De acordo com as expectativas iniciais de Musk, a bateria 4680 pode reduzir os custos de fabricação da bateria em aproximadamente 20%, os custos de investimento em equipamentos em 35% e o espaço da fábrica em 70%.

Esta solução de bateria é a base para a próxima rodada de expansão em grande escala da Tesla, usando baterias mais baratas para fabricar carros mais baratos, a fim de obter mais lucros e depois investir em pesquisa e desenvolvimento e expansão da capacidade de produção. Este ciclo continua a concretizar a grande visão de Musk: acelerar a chegada da era dos veículos eléctricos e acelerar a transição do mundo para a energia sustentável.

Fornecendo a base de fabricação para esta visão está a grande bateria cilíndrica, que parece estar às vésperas de seu salto final.