В прошлом месяце Tesla начала поставки своего инновационного электрического пикапа с корпусом из нержавеющей стали.
По словам Элона Маска, создавать прототипы относительно просто, но массовое производство – настоящий вызов. Особенно это касается долгожданного кибергрузовика от Tesla, для которого ключевым элементом является их новейшая батарея 4680.
В октябре Маск объявил, что к 2025 году компания планирует достигнуть годового производственного объема в четверть миллиона автомобилей.
Однако для Tesla достижение таких объёмов производства пока что представляет собой сложную задачу. Основной проблемой является производственная скорость батарей 4680, используемых в Cybertruck. Эти батареи создаются с применением инновационной технологии сухого покрытия. Девять источников, осведомлённых об этом вопросе, подтверждают, что именно это является ключевым препятствием для компании.
Завод Tesla в Гига-Техасе в настоящее время выпускает 4680 аккумуляторных элементов со скоростью, достаточной для питания около 24 000 кибергрузовиков в год, что составляет примерно десятую часть от требуемого объема производства, согласно расчетам Reuters, основанным на сочетании открытых данных и неопубликованных цифр, предоставленных источниками.
Ключевым моментом, который в 2020 году повлиял на прогнозы Tesla о значительном снижении стоимости батарей, уменьшении объема инвестиций и строительстве более компактных и экологичных производств, стал переход на технологию сухого покрытия электродов. Эта технология обещает ускорить производство батарей и сделать его дешевле по сравнению с более затратным и медленным методом мокрого покрытия.
Однако, Tesla пока не смогла адаптировать технологию сухого покрытия для массового производства. Это оказывается ключевым фактором, замедляющим производство батарей 4680 и достижение плановых производственных показателей.
Источники утверждают, что Tesla успешно применяет технологию сухого покрытия на аноды в своих батареях 4680, но сталкивается с затруднениями при использовании этой же техники для катода, который является самым дорогостоящим элементом батареи.
Юань Гао, эксперт в области аккумуляторных технологий, отмечает, что метод сухого покрытия для анодов и катодов уже доказал свою эффективность в лабораторных условиях и при использовании в малогабаритных энергохранилищах, таких как суперконденсаторы, а также в некоторых малых батареях.
"Однако до сих пор никто не применял эту технологию для крупных аккумуляторов электромобилей в промышленных масштабах и с необходимой высокой скоростью. Tesla стала первой компанией, которая пытается внедрить этот метод на коммерческом уровне", - подчеркивает Гао, имеющий тридцатилетний опыт работы в этой сфере. "Сложность заключается в том, что Tesla не только должна масштабировать и ускорить процесс, но и разработать собственное оборудование и инструменты. Это, мягко говоря, пугает", - сказал он.
Согласно трем источникам, 4680 батарей в Cybertrucks включают в себя примерно 1360 отдельных элементов.
Для того чтобы выпустить 250 000 электрических пикапов и конкурировать на рынке с такими моделями, как Ford F-150 Lightning, Rivian R1T и электрический Hummer от General Motors, Tesla должна будет производить около 340 миллионов батарейных элементов ежегодно, что составляет примерно миллион элементов в день.
Согласно оценкам Reuters, основанным на данных Tesla и подтвержденных тремя источниками, на текущий момент заводу Tesla в Остине требуется примерно 16 недель, чтобы изготовить 10 миллионов ячеек 4680.
Это означает 32,5 миллиона ячеек в год, или достаточно для 24 000 пикапов - и это только для Cybertruck.
Tesla намерена использовать свои батареи 4680 не только в пикапах, но и в других моделях, включая запланированный к выпуску к середине 2020-х годов компактный автомобиль стоимостью 25 000 долларов.
Хотя у Tesla имеется производственное оборудование для изготовления элементов 4680 в Фримонте, Калифорния, это оборудование в основном используется для экспериментального производства. Panasonic, который долгое время снабжает Tesla аккумуляторами, планирует построить как минимум два завода в США для производства этих батарей, однако первый из них находится только в стадии строительства.
В октябре Дрю Баглино, руководитель Tesla, сообщил, что в настоящее время компания эксплуатирует две производственные линии для 4680 ячеек в Остине и планирует в дальнейшем установить там восемь линий в два этапа, причем последние четыре предполагается запустить к концу 2024 года.
Однако, по словам одного из информированных лиц, перенос уже разработанных технологий и знаний с одной производственной линии на другую представляет собой сложную задачу.
По словам источника, на прибыльных производственных линиях отбраковывается лишь около 5% ячеек, но уровень брака может вырасти до 30-50% и держаться на этом уровне в течение нескольких месяцев по мере запуска каждой новой линии.
Один из источников сообщил, что метод сухого покрытия катодов Tesla оказался не быстрее старого мокрого процесса, хотя количество брака снизилось до 10-20 %.
Согласно информации от источников, Tesla экспериментировала с созданием катода, смешивая литий, марганец и никель с клеящим веществом и нанося эту смесь на металлическую фольгу, при этом не используя воду в процессе.
Двое осведомленных лиц указали, что этот метод эффективен при производстве небольших объемов. Однако при попытках масштабирования процесса возникает избыточное тепло, которое приводит к плавлению клеящего вещества. Один из источников утверждает, что это вещество - политетрафторэтилен, известный как тефлон.
Другим значительным вызовом для Tesla является оборудование для нанесения покрытия на металлическую фольгу, используемое в производстве электродов для аккумуляторов. По словам источников, это оборудование напоминает громоздкие печатные машины, используемые в журналах и газетах, с крупными валами.
Tesla стремится ускорить производство батарей, пытаясь одновременно и на высоких скоростях наносить активные материалы на несколько полос металлической фольги.
Для успешного нанесения материалов на фольгу Tesla требуются крупные и широкие валики, а также значительная сила для прижатия материалов к фольге, утверждают источники. Однако из-за больших размеров и ширины валиков, обеспечить равномерное распределение давления становится сложной задачей.
Источники также отмечают, что неравномерное приложение давления приводит к созданию электродов с неровной поверхностью и толщиной, что делает их непригодными для использования в батареях и требует их отбраковки.
Оказывается, ещё одной значительной проблемой для Tesla является разработка новой системы контроля качества для выявления батарей с дефектным покрытием. Это стало известно из слов Дрю Баглино из Tesla, который обсуждал этот вопрос у камина на конференции, посвящённой аккумуляторным технологиям в марте.
Один из информированных источников уточнил, что Tesla работает над созданием данных, охватывающих все аспекты: от разработки и производства батарей до их эксплуатации в реальных условиях. В некоторых случаях обнаруживается, что дефекты покрытия не всегда видны сразу и могут проявиться только спустя несколько месяцев.
В общем, Tesla ещё не определила, какие батареи с сухим покрытием соответствуют стандартам, а какие следует отбраковать, согласно информации от источника.
