Новости

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Текст | Хан Юнчан

Редактор ｜Ли Цинь

Десятилетняя гонка Apple по созданию автомобилей наконец закончилась без каких-либо результатов, вызвав всеобщее восхищение. В рамках Tesla, крупнейшей в мире автомобильной компании по рыночной стоимости, также существует аналогичный проект «Титан», представляющий собой большую цилиндрическую батарею 4680.

По данным 36Kr, Tesla инвестировала в проект $3 млрд за пять лет с момента инвестиций в 2019 году. Это «редкий крупный инвестиционный проект внутри компании», но он еще не запущен в массовое производство. Будучи основным компонентом электромобилей, Tesla надеется выделиться в отрасли за счет разработки и применения аккумуляторов 4680. Но очевидно, что это желание не сбылось.

В плане радикального увольнения, проект батареи 4680, естественно, стал наиболее пострадавшей областью: «Из 1600 человек осталось только 1000 человек». идет дождь.

Но в отличие от автомобильного сценария Apple, большая цилиндрическая батарея Tesla 4680 стала поворотным моментом.

Несколько инженеров, близких к Tesla, рассказали 36Kr, что последняя задача команды по производству аккумуляторов Tesla — к концу года начать массовое производство больших цилиндрических батарей 4680, полностью подвергнутых сухому способу производства. «Элементы уже загружаются в автомобили и готовы к массовому производству. в Соединенных Штатах, за которыми следуют европейские заводы».

Стоимость аккумуляторов стала самым большим препятствием для получения прибыли для компаний, производящих электромобили. Аккумулятор 4680, выпущенный Tesla, естественно, рассматривается как возможность для автомобильных компаний контролировать свою собственную жизненную силу. Вслед за Tesla активно развертываются отечественные и зарубежные заводы по производству аккумуляторов. На пике своего развития NIO планировала производственную мощность в 40 ГВтч.

Но на сегодняшний день большинство компаний уже находятся в полузаброшенном состоянии. Человек с завода по производству аккумуляторов сказал: «Зарубежные автомобильные компании приедут пообщаться, но отечественные автопроизводители совершенно не заинтересованы».

Продолжение ценовой войны на автомобильном рынке снизило энтузиазм отрасли, и рынок больше не платит за новые технологии. Среди мрака тихий прорыв Теслы казался надеждой.

Технология сухих электродов Tesla может не только использоваться в 4680, но и является лучшим методом производства твердотельных батарей в будущем.

Эта технология позволяет сократить всю производственную линию примерно на 100 метров, что близко к длине футбольного поля. Инсайдеры отрасли рассказали 36Kr, что все положительные и отрицательные электроды изготовлены сухими методами, что позволяет сэкономить 2-3 цента на цене одного элемента батареи ватт-часа.

Что это за концепция? В настоящее время самая низкая цена на квадратные литий-железо-фосфатные батареи составляет 0,32 юаня за ватт-час, из которых общая стоимость спецификации, производства, труда и т. д. составляет 0,28-0,3 юаня. Экономия, полученная Tesla, уже равна прибыли большинства заводов по производству аккумуляторов второго уровня.

Китай является страной с наиболее развитой цепочкой производства аккумуляторов и самыми богатыми технологиями в мире. Но китайские производители аккумуляторов в настоящее время изо всех сил пытаются сократить расходы. Никто не заметил, что Tesla уже на шаг опережает китайские компании в области крупных цилиндрических батарей.

Чтобы преодолеть это расстояние, может потребоваться несколько лет.

«Преодолев сухие электроды, Тесла нашел «серебряную пулю»»

В 2019 году Tesla объявила о приобретении Maxwell, американской стартап-компании, владеющей основной запатентованной технологией сухого электрода, с премией в 55% и за 218 миллионов долларов США.

Маск увидел огромный потенциал этой технологии и использовал ее для изготовления полюсных наконечников батареи 4680.

Традиционный мокрый процесс требует смешивания порошкообразных материалов положительных и отрицательных электродов с токсичными растворителями для приготовления суспензии и нанесения ее на соответствующую фольгу. Затем его запекают в печи длиной 100 метров, чтобы удалить влагу, прежде чем полюсный наконечник будет окончательно сформирован.

Сухой процесс, используемый Tesla, смешивает порошки положительных и отрицательных электродов со специальным связующим и уплотняет их непосредственно на фольгу. Это устраняет необходимость во влаге во всем процессе и исключает этап сушки.

По оценкам Tesla, по сравнению с мокрыми методами использование процессов с сухими электродами может снизить затраты более чем на 18%, а инвестиции в оборудование — на 41%. Кто-то с завода по производству оборудования также рассказал 36Kr, что все положительные и отрицательные электроды изготовлены сухим методом, что позволяет сэкономить 2-3 цента на цене одной батареи ватт-часа.

Первым важным шагом в производстве сухих электродов является смешивание порошковых материалов положительных или отрицательных электродов. Смешивание должно быть полностью равномерным, и в этом заключается трудность.

Инженер, близкий к Тесле, рассказал 36Kr, что если приготовить ведро порошка, первая и последняя ложки дадут совершенно разные результаты. Если эти порошки оставить на два или восемь часов, результаты будут разными. Если смесь будет неоднородной, полученные полюсные наконечники будет практически сложно использовать.

Более сложный этап — перекатывание. Традиционный процесс прокатки использует ролики для уплотнения высушенных полюсных наконечников, что обеспечивает работоспособность сердечника батареи.

Тесла использовал графитовый материал для отрицательного электрода, который был мягче и легче прессовался, и массовое производство было быстро достигнуто. Однако положительный электрод изготовлен из очень твердых металлов, таких как никель и кобальт, что эквивалентно вдавливанию мелкого гравия в гладкую зеркальную поверхность, что, очевидно, сложно. Катод сухого процесса также является самым большим препятствием для массового производства 4680.

Вышеупомянутый инженер рассказал, что в процессе прижима положительного электрода любая неосторожность приведет к поломке оборудования. «Каждый раз на ремонт оборудования уходит 45 дней, поэтому ход серийного производства задерживается на неопределенный срок».

Первоначальная цель Маска в отношении 4680 заключалась в том, чтобы начать его массовое производство в 2021 году, а производственная мощность достигнет 100 ГВтч в 2022 году. Очевидно, эта цель была слишком оптимистичной.К счастью, благодаря усилиям команды инженеров, технология сухого катода достигла прорыва к концу 2022 года.

Инженер рассказал 36 Krypton, что положительные электроды сухим способом уже производятся в рулонах полюсов (большие рулоны полюсных наконечников), но при намотке их в батареи могут возникнуть различные проблемы, например, они будут слишком быстрыми и легко ломаются.

На протяжении 2023 года Tesla была одержима решением всех проблем при производстве полюсных наконечников, чтобы сделать полюсные катушки более совершенными. Но «это практически неразрешимая проблема».

До апреля этого года Дрю Баглино, старший вице-президент Tesla, отвечающий за электроэнергетику, объявил о своей отставке. Баглино был основным лицом, ответственным за 4680. После его отставки маршрут сухого процесса также привел к корректировкам.

«Мы по-прежнему используем полюсный рулон, произведенный в конце 2022 года, и оптимизируем процесс намотки, чтобы проблему можно было решить проще».

Он сказал, что одна из проблем, с которыми Тесла сталкивался раньше, заключалась в том, что толщина электродов была разной, из-за чего фольга и электроды не находились в одной плоскости при прокатке. «Точно так же, как если вы возьмете четыре листа бумаги разной толщины и скрутите их вместе, легко возникнуть проблемы».

Но это не сложный процесс. Существующие мокрые технологии также сталкиваются с такими проблемами: «У поставщиков есть решения, но стоимость относительно высока».

Изменение технического маршрута является ключом к уверенности Tesla в создании полностью сухого 4680. «Задача на конец года — массовое производство аккумуляторов 4680 сухим способом. Сейчас элементы загружаются в автомобили и готовы к проверке качества», — рассказал 36Kr инженер, близкий к Tesla.

Конечно, для 4680 существует несколько технических маршрутов, и компании, производящие аккумуляторы, также разрабатывают соответствующие продукты.

«Дилемма больших бытовых баллонов: внутри технологические препятствия, а снаружи — полутвердая экструзия».

Компания Tesla, известная своими инновациями, испытывает трудности с преодолением процесса с сухим электродом и может использовать только графит в качестве отрицательного электрода. Компании по производству аккумуляторов в Китае, Японии и Южной Корее напрямую применяют обходную тактику, то есть все используют зрелый влажный электрод. Технологический процесс в сочетании с кремниевым углеродным анодом достиг массового производства.

Оба способа имеют свои преимущества и недостатки. Теоретически технология сухого процесса Теслы исключает использование печи и имеет больше преимуществ в производственных затратах. Однако при использовании только графита в качестве отрицательного электрода улучшение плотности энергии очень ограничено.

Хотя стоимость производства зрелых мокрых технологий остается прежней, плотность энергии выше, а производительность лучше. Цена в том, что проблему расширения кремниевого анода решить сложно. По данным 36Кр, на этом звене сейчас застряли многие отечественные производители аккумуляторов.

Конечно, корректировки в процессе производства больших цилиндрических батарей также приносят больше неопределенности.

По сравнению с традиционными линиями по производству цилиндрических аккумуляторов, большой цилиндрический процесс требует более высокой точности нанесения покрытия. «Предыдущее покрытие представляло собой однополюсный наконечник, который был окрашен на одну поверхность и просто выровнен с обеих сторон. Однако большой цилиндр имеет полнополюсный наконечник со многими сторонами, которые необходимо выровнять при нанесении покрытия». рассказал 36 Криптон.

Всеполюсная технология

Это оказывает большую нагрузку на оборудование. Требование к точности покрытия 4680 составляет ±0,1 мм, но большинство отечественного оборудования в настоящее время может достигать только ±0,5 мм.

Конечно, эта проблема не является неразрешимой. "Японское оборудование для нанесения покрытий может гарантировать отклонение в 0,1 мм при заключении контракта, но цена в 3-4 раза выше отечественного оборудования", - сказал вышеупомянутый инженер.

Это всего лишь проблема с покрытием, Quanjia также сталкивается со многими проблемами. Будь то формовка с полным выступом или сварка токосъемной пластины, методы, используемые компаниями по производству аккумуляторов, непоследовательны.

Приведем простой пример: при формировании язычка, независимо от того, сплющен он или разрезан и сложен, могут образоваться небольшие сколы или заусенцы. Если они попадут в сердечник батареи, существует риск термического выхода из-под контроля.

Производство аккумуляторов основано на принципе деревянной бочки, а самая короткая доска определяет производительность и эффективность производства. Каждая из этих проблем должна быть должным образом решена, прежде чем можно будет наладить массовое производство больших цилиндрических батарей.

Однако из-за продолжения нынешней ценовой войны прогресс в массовом производстве больших баллонов неоднократно откладывался. В то же время полутвердотельные батареи с более высокой плотностью энергии также начинают поступать в массовое производство, получая заказы от автомобильных компаний.

Стремление к повышению плотности энергии в электромобилях всегда существовало. Полутвердый аккумуляторный блок NIO, рассчитанный на температуру 150 градусов, был протестирован вживую на дороге, его срок службы составляет более 1000 километров. В этом году Zhiji L6 выпустила версию Lightyear, оснащенную полутвердотельными батареями, и пообещала доставить ее в течение года.

Согласно статистике Инновационного альянса индустрии аккумуляторов, в первой половине этого года в транспортных средствах было установлено 2154,7 МВт-ч полутвердотельных батарей. Этих батарей достаточно для перевозки более 14 000 NIO ET7.

Полутвердотельные батареи выигрывают от высокой плотности энергии и ускоряют темпы массового производства. Чтобы не отставать, большие цилиндрические батареи перешли в лагерь быстрой зарядки. Такие компании, как Yiwei Lithium Energy, Zhongxin Xinhang и Zhengli New Energy, последовательно выпустили большие цилиндрические продукты, поддерживающие увеличение 4–6 градусов.

Полутвердые батареи и большие цилиндрические батареи — это новые аккумуляторные технологии, близкие к массовому производству. В отрасли также существуют разные мнения относительно отношения к этим двум факторам.

Один голос считает, что после массового производства полутвердых материалов большие цилиндрические батареи не смогут дать отпор. С точки зрения плотности энергии и будущего развития (полностью твердое состояние), полутвердое состояние имеет почти абсолютное преимущество. Единственная проблема — более высокая стоимость.

Другой голос считает, что большие цилиндры имеют преимущества перед полутвердыми. Из соображений безопасности большой цилиндр представляет собой стальную оболочку, а полутвердый представляет собой мягкую упаковку. Может ли тройная батарея с высоким содержанием никеля в мягкой упаковке пройти испытание на термический разгон по новому национальному стандарту. это еще вопрос.

Но будь то большой цилиндр или полутвердый, массовое производство задерживается из-за продолжающейся войны за снижение затрат в автомобильной промышленности.

«Массовое производство больших цилиндров требует от Теслы отчаянного шага»

В аккумуляторной промышленности практичность стала самым большим преимуществом, а прорывы в новых технологиях больше не более привлекательны, чем низкие цены на зрелые технологии.

Крупным цилиндрическим батареям также сложно переломить эту тенденцию. Автомобильные компании и производители аккумуляторов, которые когда-то увлекались этой технологией, начали прекращать свою деятельность. Кроме Теслы.

«К концу года Tesla начнет массовое производство больших цилиндрических аккумуляторов полностью сухими методами в США, а вскоре после этого их начнут использовать европейские заводы».

Tesla всегда была одним из первых, кто внедрял новые технологии, будь то использование комплексного литья под давлением или внедрение комплексных больших моделей, Tesla была первой, кто совершил прорыв, и многие автомобильные компании последовали этому примеру. уже часто встречались.

Если Тесла успешно начнет массовое производство больших цилиндрических батарей и будет использовать их в больших масштабах к концу года, этот цикл может повториться снова.

Масштабное снижение затрат в обрабатывающей промышленности достигается за счет усовершенствования технологии сухих электродов Tesla и скорости производства больших цилиндров.

Скорость производства цилиндрических батарей сейчас достигла 300PPM (300 ячеек в минуту). Если рассчитывать на такую ​​скорость большие цилиндрические батареи, то эффективность производства может быть почти в 4-5 раз выше, чем у квадратных батарей.

В сочетании с сокращением инвестиций в оборудование и производственные материалы, вызванным технологией сухого процесса, производительность и эффективность больших цилиндрических батарей могут быть ограничены в краткосрочной перспективе, но снижение затрат в долгосрочной перспективе будет очень значительным.

Значение больших баллонов для автомобильных компаний заключается в унификации спецификаций аккумуляторов. Если аккумуляторы станут стандартным товаром для покупки, цены упадут, и автомобильные компании получат более сильный контроль над поставщиками аккумуляторов.

Конечно, конструкция PACK больших цилиндрических аккумуляторов является трудным моментом: «Немногие отечественные автомобильные компании обладают такой технической возможностью», — рассказал 36Kr инженер по производству аккумуляторов.

«Трудность PACK для больших цилиндров заключается в том, что там слишком много точек пайки, но это не совсем неразрешимая проблема. Просто вложите деньги, чтобы сделать это, но у автомобильных компаний сейчас нет денег».

Производители аккумуляторов также очень нервничают по поводу этой технологии, особенно CATL. Поскольку CATL является мировым лидером по производству аккумуляторов, почти все производственные линии предназначены для квадратных аккумуляторов. Если большинство автомобильных компаний примут на вооружение большие цилиндрические аккумуляторы, CATL придется изменить свою производственную стратегию, что будет чрезвычайно дорогостоящим.

Человек, близкий к CATL, рассказал 36Kr: «На первый взгляд, король Нин не поддерживает крупные колонны, но в частном порядке он вкладывает больше денег, чем кто-либо другой».

Он проанализировал 36Kr и сказал, что у CATL есть большая линия по производству цилиндрических аккумуляторов с эффективностью около 150 PPM. Если исходить из стоимости производственной линии и произведенных аккумуляторов, инвестиции по консервативным оценкам составляют сотни миллионов юаней.

Tesla заинтересована в эффективности производства цилиндрических батарей. Форма намотки цилиндрических батарей теоретически такая же, как и метод производства рулонов туалетной бумаги. Текущая скорость намотки CATL составляет 100 метров в минуту, что уже является высшим уровнем в аккумуляторной промышленности, а скорость намотки рулонов бумаги может достигать 100 метров в минуту. легко достигать 1000 метров в минуту.

В процессе производства аккумуляторов еще есть огромные возможности для улучшения. Это одна из причин, по которой Маск упорно разрабатывал 4680. Он хочет изменить традиционный способ производства аккумуляторов, точно так же, как изменить традиционное производство автомобилей.

Согласно первоначальным ожиданиям Маска, батарея 4680 может сократить затраты на производство батарей примерно на 20%, инвестиционные затраты на оборудование на 35% и площадь производственных помещений на 70%.

Это аккумуляторное решение является основой для следующего раунда крупномасштабного расширения Tesla, используя более дешевые батареи для производства более дешевых автомобилей, чтобы получить больше прибыли, а затем инвестировать в исследования и разработки и расширение производственных мощностей. Этот цикл продолжает реализацию великого видения Маска: ускорить наступление эры электромобилей и ускорить переход мира к устойчивой энергетике.

Производственной основой для этой концепции является большая цилиндрическая батарея, которая, похоже, находится на пороге своего последнего скачка.