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Editor｜Li Qin

La carrera de 10 años de Apple para fabricar automóviles finalmente terminó sin ningún resultado, causando admiración mundial. Dentro de Tesla, la mayor empresa automovilística del mundo por valor de mercado, también existe un proyecto similar "Titán", que es la batería cilíndrica grande 4680.

Según 36Kr, Tesla ha invertido 3.000 millones de dólares en el proyecto durante cinco años desde su inversión en 2019. Se trata de "un gran proyecto de inversión poco común dentro de la empresa", pero aún no se ha puesto en producción en masa. Como componente central de los vehículos eléctricos, Tesla espera destacarse en la industria mediante el desarrollo y la aplicación de las baterías 4680. Pero, evidentemente, este deseo no se hizo realidad.

En el drástico plan de despidos de Musk, el proyecto de baterías 4680 se ha convertido, naturalmente, en el área más afectada. "De 1.600 personas, sólo quedan 1.000 en la industria, incluso hubo noticias de que Tesla quería abandonar esta tecnología por un tiempo". la lluvia viene.

Pero a diferencia del guión del automóvil de Apple, la gran batería cilíndrica 4680 de Tesla ha marcado el comienzo de un punto de inflexión.

Varios ingenieros cercanos a Tesla dijeron a 36Kr que la última tarea del equipo de baterías de Tesla es producir en masa 4680 baterías cilíndricas grandes con proceso completamente en seco para fin de año. “Ya se están cargando celdas en los automóviles y listas para la producción en masa. en Estados Unidos, seguidas de las fábricas europeas”.

El costo de la batería se ha convertido en el mayor obstáculo para las ganancias de las empresas de automóviles eléctricos. La batería 4680 lanzada por Tesla se considera naturalmente como una oportunidad para que las empresas de automóviles controlen su propia vida. Después de Tesla, las fábricas de baterías nacionales y extranjeras se están desplegando activamente. En su apogeo, NIO planeó una capacidad de producción de 40 GWh.

Pero a día de hoy la mayoría de las empresas ya se encuentran en un estado de semiabandono. Una persona de una fábrica de baterías dijo: "Las empresas automotrices extranjeras vendrán a comunicarse, pero las empresas automotrices nacionales no están interesadas en absoluto".

La continuación de la guerra de precios de terminales en el mercado del automóvil ha reducido el entusiasmo de la industria y el mercado ya no paga por las nuevas tecnologías. En medio de la oscuridad, el silencioso avance de Tesla parecía ser la esperanza.

La tecnología de electrodos secos de Tesla no sólo se puede utilizar en el 4680, sino que también es el método de producción definitivo para baterías de estado sólido en el futuro.

Esta tecnología puede acortar toda la línea de producción en unos 100 metros, lo que equivale a la longitud de un campo de fútbol. Los expertos de la industria dijeron a 36Kr que todos los electrodos positivos y negativos se fabrican mediante métodos secos, lo que puede ahorrar entre 2 y 3 centavos en el precio de una sola celda de batería de vatio-hora.

¿Cuál es este concepto? La cotización más baja actual para las baterías cuadradas de fosfato de hierro y litio es de 0,32 yuanes por vatio hora, de los cuales el costo total de la lista de materiales, la fabricación, la mano de obra, etc. es de 0,28 a 0,3 yuanes. Los ahorros realizados por Tesla ya son las ganancias de la mayoría de las fábricas de baterías de segundo nivel.

China es el país con la cadena industrial de baterías eléctricas más completa y la tecnología más rica del mundo. Pero las empresas chinas de baterías luchan actualmente por reducir costes. Nadie se ha dado cuenta de que Tesla ya está un paso por delante de las empresas chinas en el campo de las grandes baterías cilíndricas.

Esta distancia puede tardar varios años en cruzarse.

"Superando los electrodos secos, Tesla encontró la 'bala de plata'"

En 2019, Tesla anunció que adquiriría Maxwell, una nueva empresa estadounidense que posee una tecnología central patentada: electrodo seco, con una prima del 55% por 218 millones de dólares.

Musk vio el enorme potencial de esta tecnología y la utilizó para fabricar los polos de la batería 4680.

El proceso húmedo tradicional requiere mezclar los materiales en polvo de los electrodos positivo y negativo con solventes tóxicos para preparar una suspensión y recubrirla con la lámina correspondiente. Luego se hornea en un horno de 100 metros de largo para eliminar la humedad antes de que finalmente se pueda formar la pieza polar.

El proceso seco utilizado por Tesla mezcla los polvos de los electrodos positivos y negativos con un aglutinante especial y los compacta directamente sobre la lámina. Esto elimina la necesidad de humedad en todo el proceso y elimina el paso de secado.

Tesla estima que, en comparación con los métodos húmedos, el uso de procesos con electrodos secos puede reducir los costos en más del 18 % y la inversión en equipos en un 41 %. Alguien de una fábrica de equipos también le dijo a 36Kr que todos los electrodos positivos y negativos se fabrican mediante métodos secos, lo que puede ahorrar entre 2 y 3 centavos en el precio de una batería de un solo vatio-hora.

El primer paso crítico en la fabricación de electrodos secos es mezclar los materiales en polvo de los electrodos positivos o negativos. La mezcla debe ser completamente uniforme, y ahí radica la dificultad.

Un ingeniero cercano a Tesla le dijo a 36Kr que si haces un balde de polvo, la primera cucharada y la última detectarán resultados completamente diferentes. Si estos polvos se dejan durante dos u ocho horas, los resultados serán diferentes. Si la mezcla es desigual, las piezas polares resultantes serán casi difíciles de usar.

El paso más difícil es rodar. El proceso de laminación tradicional utiliza rodillos para compactar las piezas polares secas, lo que puede garantizar el rendimiento del núcleo de la batería.

Tesla utilizó material de grafito para el electrodo negativo, que era más suave y más fácil de presionar, y rápidamente se logró la producción en masa. Sin embargo, el electrodo positivo está hecho de metales muy duros como el níquel y el cobalto, lo que equivale a presionar grava fina sobre una superficie lisa de espejo, lo cual es evidentemente difícil. El cátodo de proceso seco es también el mayor obstáculo para la producción en masa de 4680.

El citado ingeniero dijo que durante el proceso de prensado del electrodo positivo, cualquier descuido puede provocar daños en el equipo. "Se necesitan 45 días para reparar el equipo cada vez, por lo que el progreso de la producción en masa se retrasa indefinidamente".

El objetivo inicial de Musk para el 4680 era producirlo en masa en 2021, con una capacidad de producción que alcanzaría los 100 GWh en 2022. Obviamente, este objetivo era demasiado optimista.Afortunadamente, gracias a los esfuerzos del equipo de ingeniería, la tecnología de cátodos de proceso seco logró un gran avance a finales de 2022.

Un ingeniero le dijo a 36 Krypton que los electrodos positivos de proceso seco ya se habían producido en rollos polares (grandes rollos de piezas polares), pero que surgirían varios problemas al enrollarlos en baterías, como ser demasiado rápidos y romperse fácilmente.

A lo largo de 2023, Tesla ha estado obsesionada con resolver todos los problemas durante la fabricación de piezas polares para hacer que las bobinas polares sean más perfectas. Pero "este es un problema casi imposible de resolver".

Hasta abril de este año, Drew Baglino, vicepresidente senior de energía eléctrica y electricidad de Tesla, anunció su renuncia como principal responsable de 4680. Después de su renuncia, la ruta del proceso seco también marcó el comienzo de ajustes.

"Seguimos utilizando el rollo de poste producido a finales de 2022 y optimizamos el proceso de bobinado para que el problema pueda resolverse más fácilmente", afirmó un ingeniero.

Dijo que uno de los problemas que enfrentó Tesla antes fue que el grosor de los electrodos era diferente, lo que provocaba que la lámina y los electrodos no estuvieran en el mismo plano al rodar. "Al igual que si tomas cuatro hojas de papel de diferentes grosores y las enrollas, es fácil tener problemas".

Pero no se trata de un proceso complicado. La tecnología húmeda existente también se enfrentará a este tipo de problemas. "Los proveedores tienen soluciones, pero el coste es relativamente alto".

El cambio de ruta técnica es la clave de la confianza de Tesla en fabricar el 4680 completamente seco. "La tarea a finales de año es producir en masa el 4680 de proceso seco. Ahora las celdas se están cargando en vehículos y listas para las pruebas de calidad", dijo a 36Kr.

Por supuesto, existe más de una ruta técnica para 4680 y las empresas de baterías también están desarrollando productos correspondientes.

"El dilema de los grandes cilindros domésticos: hay obstáculos tecnológicos en el interior y extrusión semisólida en el exterior".

Tesla, que es famosa por su innovación, tiene dificultades para superar el proceso de electrodo seco y solo puede utilizar grafito como electrodo negativo. Las empresas de baterías eléctricas de China, Japón y Corea del Sur han adoptado directamente tácticas indirectas, es decir, todas utilizan productos húmedos maduros. La tecnología de proceso, combinada con el ánodo de carbono de silicio, alcanzó la producción en masa.

Ambas rutas tienen sus propias ventajas y desventajas. En teoría, la tecnología de proceso seco de Tesla elimina la sección del horno y tiene más ventajas en los costos de fabricación. Sin embargo, al utilizar solo grafito como electrodo negativo, la mejora en la densidad de energía es muy limitada.

Aunque el costo de fabricación de la tecnología húmeda madura sigue siendo el mismo, la densidad de energía es mayor y el rendimiento es mejor. El precio es que el problema de expansión del ánodo de silicio es difícil de resolver. Según 36Kr, muchos fabricantes nacionales de baterías se encuentran actualmente estancados en este vínculo.

Por supuesto, los ajustes en el proceso de fabricación de baterías cilíndricas grandes también traen más incertidumbres.

En comparación con las líneas de producción de baterías cilíndricas tradicionales, el proceso cilíndrico grande requiere una mayor precisión de recubrimiento. "El revestimiento anterior era un terminal unipolar, que estaba completamente pintado en una superficie y simplemente alineado en ambos lados. Sin embargo, el cilindro grande es un terminal totalmente polar con muchos lados, que un ingeniero debe alinear". dijo 36 Krypton.

Tecnología omnipolar

Esto ejerce mucha presión sobre el equipo. El requisito de precisión del recubrimiento de 4680 es una desviación de ±0,1 mm, pero la mayoría de los equipos domésticos actualmente solo pueden alcanzar ±0,5 mm.

Por supuesto, este problema no es insoluble. "Los equipos de recubrimiento japoneses pueden garantizar una desviación de 0,1 mm al firmar el contrato, pero el precio es entre 3 y 4 veces mayor que el de los equipos nacionales".

Esto es solo un problema de recubrimiento, Quanjia también enfrenta muchos problemas. Ya sea moldeado de lengüetas completas o soldadura de placas colectoras de corriente, los métodos adoptados por las empresas de baterías son inconsistentes.

Para dar un ejemplo sencillo, cuando se forma la pestaña, ya sea aplanada o cortada y doblada, se pueden producir pequeñas astillas o rebabas que si entran en el núcleo de la batería, existe el riesgo de fuga térmica.

La fabricación de baterías se basa en el principio del barril de madera, y la tabla más corta determina el rendimiento y la eficiencia de fabricación. Cada uno de estos problemas debe resolverse adecuadamente antes de que se puedan producir en masa baterías cilíndricas grandes sin problemas.

Sin embargo, debido a la continuación de la actual guerra de precios, el avance de la producción en masa de cilindros grandes se ha pospuesto repetidamente. Al mismo tiempo, las baterías de estado semisólido con mayor densidad de energía también están comenzando a producirse en masa, acaparando pedidos de las empresas automotrices.

La búsqueda de densidad de energía en vehículos puramente eléctricos siempre ha existido. El paquete de baterías semisólidas de 150 grados de NIO se ha probado en vivo en la carretera, con una duración de batería de más de 1.000 kilómetros. Este año, Zhiji L6 lanzó la versión Lightyear equipada con baterías de estado semisólido y prometió entregarla dentro de un año.

Según estadísticas de Power Battery Industry Innovation Alliance, en el primer semestre de este año se han instalado en vehículos 2.154,7 MWh de baterías de estado semisólido. Estas baterías son suficientes para transportar más de 14.000 NIO ET7.

Las baterías de estado semisólido se benefician de una alta densidad de energía y aceleran el ritmo de producción en masa. Para no quedarse atrás, las baterías cilíndricas grandes se han trasladado al campo de la carga rápida. Empresas de baterías como Yiwei Lithium Energy, Zhongxinxing y Zhengli New Energy han lanzado sucesivamente productos cilíndricos grandes que admiten un aumento de 4-6C.

Las baterías semisólidas y las baterías cilíndricas grandes son nuevas tecnologías de baterías que están cerca de la producción en masa. También hay diferentes voces en la industria con respecto a las actitudes hacia los dos.

Una voz cree que después de la producción en masa de semisólidos, las baterías cilíndricas grandes no podrán defenderse. En términos de densidad energética y desarrollo futuro (estado totalmente sólido), el estado semisólido tiene una ventaja casi absoluta. El único problema es el mayor costo.

Otra voz cree que los cilindros grandes tienen ventajas sobre los semisólidos. Según consideraciones de seguridad, el cilindro grande es una carcasa de acero, mientras que el semisólido es un paquete blando. Si la batería ternaria con alto contenido de níquel en el paquete de paquete blando puede pasar la prueba de fuga térmica "sin fuego ni explosión" de la nueva norma nacional. Sigue siendo una pregunta.

Pero ya sea un cilindro grande o un semisólido, la producción en masa se ha retrasado en la actual guerra de reducción de costos en la industria automotriz.

"La producción en masa de grandes cilindros requiere que Tesla dé un paso desesperado"

En la industria de las baterías, la practicidad se ha convertido en la mayor ventaja y los avances en las nuevas tecnologías ya no son más atractivos que los bajos precios de las tecnologías maduras.

También es difícil para las baterías cilíndricas grandes revertir la tendencia. Las empresas de automóviles y las empresas de baterías que alguna vez estuvieron interesadas en esta tecnología han comenzado a cesar sus actividades. Excepto Tesla.

"Tesla producirá por primera vez en masa baterías cilíndricas grandes con métodos completamente secos en los Estados Unidos a finales de año, y las fábricas europeas comenzarán a utilizarlas poco después", dijo a 36Kr una persona familiarizada con el asunto.

Tesla siempre ha sido uno de los primeros en adoptar nuevas tecnologías, ya sea mediante el uso de fundición a presión integrada o la introducción de modelos grandes de extremo a extremo, Tesla fue el primero en lograr avances y muchas empresas automotrices siguieron su ejemplo. Ya se han visto comúnmente.

Si Tesla produce con éxito en masa baterías cilíndricas grandes y las utiliza a gran escala antes de fin de año, este ciclo puede repetirse nuevamente.

Las reducciones de costos a gran escala en la industria manufacturera se logran mediante mejoras en los procesos. La tecnología de electrodos secos de Tesla y la velocidad de producción de cilindros grandes han llegado a este punto clave.

La velocidad de producción de las baterías cilíndricas ha alcanzado ahora las 300 ppm (300 celdas por minuto). Si se calculan las baterías cilíndricas grandes a esta velocidad, la eficiencia de producción puede ser casi de 4 a 5 veces mayor que la de las baterías cuadradas.

Sumado a la reducción de la inversión en equipos y materiales de producción provocada por la tecnología de proceso seco, las baterías cilíndricas grandes pueden verse limitadas por el rendimiento y la eficiencia a corto plazo, pero la reducción de costos a largo plazo es muy considerable.

La importancia de los cilindros grandes para las empresas de automóviles es unificar las especificaciones de las baterías. Si las baterías se convierten en productos estándar de compra, los precios caerán y las empresas de automóviles tendrán un control más fuerte sobre los proveedores de baterías.

Por supuesto, el diseño PACK de baterías cilíndricas grandes es un punto difícil. "Pocas empresas automotrices nacionales tienen esta capacidad técnica", dijo a 36Kr.

"La dificultad del PACK para cilindros grandes es que hay demasiados puntos de soldadura, pero no es un problema completamente irresoluble. Basta invertir dinero para hacerlo, pero las empresas automovilísticas no tienen el dinero ahora".

La industria de las baterías también está muy nerviosa con esta tecnología, especialmente CATL. Como líder mundial en baterías, casi todas las líneas de producción de CATL son para baterías cuadradas. Si la mayoría de las empresas automotrices adoptan baterías cilíndricas grandes, CATL necesitará cambiar su estrategia de producción, lo que será extremadamente costoso.

Una persona cercana a CATL dijo a 36Kr: “En la superficie, el rey Ning no soporta grandes columnas, pero en privado invierte más dinero que nadie”.

Analizó 36Kr y dijo que CATL tiene una gran línea de producción de baterías cilíndricas con una eficiencia de aproximadamente 150PPM. Calculada a partir del costo de la línea de producción y las celdas desechadas producidas, la inversión se estima de manera conservadora en cientos de millones de yuanes.

A Tesla le gusta la eficiencia de producción de las baterías cilíndricas. La forma de bobinado de las celdas cilíndricas es teóricamente la misma que el método de producción de los rollos de papel higiénico. La velocidad de bobinado actual de CATL es de 100 metros por minuto, que ya es el nivel más alto en la industria de las baterías, y la velocidad de bobinado de los rollos de papel puede ser mayor. alcanza fácilmente los 1000 metros por minuto.

Todavía hay un gran margen de mejora en el proceso de producción de baterías. Ésta es una de las razones por las que Musk desarrolló obstinadamente el 4680. Quiere cambiar la forma tradicional de fabricación de baterías, al igual que cambiar la fabricación tradicional de automóviles.

Según las expectativas iniciales de Musk, la batería 4680 puede reducir los costos de fabricación de la batería en aproximadamente un 20%, los costos de inversión en equipos en un 35% y el espacio de fábrica en un 70%.

Esta solución de batería es la base para la próxima ronda de expansión a gran escala de Tesla, utilizando baterías más baratas para fabricar automóviles más baratos, con el fin de obtener más ganancias y luego invertir en investigación y desarrollo y expansión de la capacidad de producción. Este ciclo continúa para lograr la gran visión de Musk: acelerar la llegada de la era de los vehículos eléctricos y acelerar la transición del mundo hacia la energía sostenible.

La base de fabricación para esta visión es la gran batería cilíndrica, que parece estar en vísperas de su salto final.