Ela tem grandes vantagens de custo e já foi uma força motriz fundamental para a Tesla lançar a grande bateria cilíndrica 4680.
Em setembro de 2020, quando a Tesla lançou a bateria 4680 pela primeira vez, ela destacou que, no futuro, com base em inovações abrangentes em materiais, design de células de bateria, otimização de processos, eficiência de fabricação e design de pacote, grandes baterias cilíndricas deveriam trazer uma redução de custos de 56%.
A aplicação da tecnologia de eletrodo seco, a eficiência de produção de baterias cilíndricas, o potencial de redução de custos proporcionado pela produção em massa em larga escala devido aos tamanhos padronizados e a melhoria geral do desempenho proporcionada pela tecnologia de aba completa tornaram as baterias cilíndricas grandes da série 46 amplamente populares em todo o mundo e se tornaram as de primeira linha quando foram lançadas.
No entanto, quatro anos depois, a grande bateria cilíndrica ainda está presa na linha de produção em massa: não só não conseguiu atingir a meta esperada de redução de custos, como é ainda mais difícil e mais custosa do que a atual tecnologia de fabricação de baterias quadradas.
Em maio deste ano, a Tesla fez uma declaração dura ao departamento de baterias 4680: se a meta de redução de custos não for atingida até o final do ano, a Tesla poderá abandonar o projeto 4680.
Deve-se ressaltar que a meta de redução de custos neste momento não é a redução de custos de 56% proposta em 2020, mas ser mais barata do que baterias similares compradas de fornecedores como Panasonic e LG Energy Solution. Obviamente, a Tesla também comprometeu a meta de redução de custos.
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Do " o melhor fluxo da indústria para " castelos no ar "
Desde que a Tesla lançou a bateria 4680 em 2020, especialmente com o surgimento de tecnologias inovadoras como eletrodos sem aba (aba completa) e secos, as grandes baterias cilíndricas gradualmente se tornaram uma rota técnica que as empresas de baterias estão competindo para desenvolver e se tornaram o "top outlet" reconhecido pela indústria de 2021 a 2023. Quase todo ano de 2021 a 2023 é definido como o primeiro ano de produção em massa de grandes baterias cilíndricas.
No entanto, a bateria cilíndrica grande da série 46 adota um design estrutural inovador, adicionando processos como moldagem de orelha inteira, achatamento, soldagem a laser de orelha inteira e placa coletora ou concha, formação de abertura e soldagem a laser de placa de cobertura . A nova estrutura de design traz enormes desafios em processo, fabricação e consistência. Até agora, a taxa de rendimento da grande linha de produção de baterias cilíndricas sempre foi um obstáculo que muitas empresas precisam superar.
Por exemplo, a bateria cilíndrica da série 46 adota um design sem abas, e as etapas do processo, como corte da bateria e soldagem a laser, variam muito. O processo é altamente complexo, e maiores exigências são colocadas na precisão e eficiência do equipamento.
No nível de fabricação, ainda há incertezas em grandes baterias cilíndricas, por exemplo, se o método de processamento da aba é aba inteira, aba cortada ou aba chanfrada. A tecnologia de processamento inclui processos de achatamento e prensagem. A soldagem da placa coletora e do polo, placa coletora e casco/tampa inferior também é um problema mais difícil.
Na verdade, como a Tesla, que trouxe a bateria cilíndrica grande da série 46 para a indústria, vem se aprimorando repetidamente em pesquisa e desenvolvimento de tecnologia-chave e otimização de engenharia nos últimos anos. De acordo com relatos da mídia, em junho deste ano, em quase quatro anos, a super fábrica da Tesla em Austin, Texas, produziu apenas 50 milhões de baterias cilíndricas grandes 4680. Entre elas, cerca de 40 milhões de baterias 4680 foram produzidas no ano passado. A Tesla também passou muito tempo em pesquisa e desenvolvimento de tecnologia-chave, otimização de processos e melhoria do rendimento da linha de produção.
Vale ressaltar que, neste estágio, devido à dificuldade em melhorar processos, rendimentos e desempenho, observando as empresas globais de baterias, a produção de cada empresa ainda é relativamente limitada, e as grandes baterias cilíndricas não demonstraram vantagens competitivas em custo e desempenho.
Além disso, os altos custos dos materiais das baterias cilíndricas da série 21700 para a série 46 também dificultam a redução de custos das baterias cilíndricas da série 46.
Tomando como exemplo os materiais de revestimento de aço e cobertura inferior usados em grandes baterias cilíndricas, o atual material de aço niquelado tem vantagens relativas em condutividade, resistência interna e soldabilidade, e pode atender relativamente aos requisitos em termos de resistência à corrosão, mas esse material é basicamente importado do exterior. "Comparado com as baterias cilíndricas tradicionais 21700, o custo dos revestimentos de aço niquelado usados em baterias cilíndricas 4680 aumentou de 8 a 10 vezes." Xu Tao, gerente geral da Guangzhou Dongshi Chuangzhan Energy Technology Co., Ltd., disse à Battery China.
Inicialmente, grandes baterias cilíndricas eram vistas como uma ferramenta de corte de custos por sua extrema eficiência, segurança e fabricação, e eram favorecidas por uma série de fabricantes de automóveis, incluindo Tesla, BMW, GM, Porsche e NIO. No entanto, hoje, devido à dificuldade em romper gargalos no processo, fabricação e rendimento, bem como ao aumento dos custos de material, a maioria dos fabricantes de automóveis no mercado doméstico não está mais tão entusiasmada com baterias cilíndricas.
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Como quebrar o impasse?
"Já se passaram quatro anos desde o lançamento da grande bateria cilíndrica em 2020. Todas as empresas investiram muitos fundos de P&D e mão de obra, mas ainda há gargalos no processo de fabricação da bateria da série 46. O custo das células de bateria cilíndricas 46 produzidas em massa ainda é relativamente alto." Xu Tao acredita que isso ocorre principalmente porque a indústria se concentrou na aplicação da bateria cilíndrica da série 46 apenas no veículo desde o início , e é orientado para a instalação em veículos. "O veículo tem requisitos muito altos para a qualidade da bateria, e o ciclo de desenvolvimento e verificação é relativamente longo. Isso levou a uma pequena escala de produção de grandes cilindros no estágio inicial, e muitos problemas foram expostos de forma relativamente lenta. Leva muito tempo para quebrar o processo e render."
A falta de produção em massa em larga escala significa que todos os problemas de grandes baterias cilíndricas não podem ser totalmente expostos em um curto período de tempo, e muitos problemas de processo continuam a aparecer em linhas de produção de pequena e média escala. As empresas de baterias e as montadoras precisam verificá-los e resolvê-los repetidamente.
Xu Tao acredita que, para atingir a maturidade da tecnologia e dos processos de baterias cilíndricas grandes, bem como a rápida melhoria do rendimento, toda a indústria precisa ter escala e volume suficientes para a produção em massa de baterias cilíndricas grandes, expor todos os problemas potenciais o mais rápido possível e, então, com a colaboração da cadeia industrial, romper com a tecnologia, os processos e as dificuldades de fabricação relacionados em um período de tempo relativamente rápido e realmente alcançar a rápida redução de custos e a melhoria do desempenho de baterias cilíndricas grandes.
Comparado com os altos requisitos de qualidade de grandes baterias cilíndricas e o enorme investimento em linhas de produção para veículos completos, Xu Tao acredita que " o desenvolvimento de grandes baterias cilíndricas não precisa ser direcionado à instalação em veículos. Há também muito espaço para cenários diferentes da instalação em veículos, como armazenamento de energia de longo prazo . Ao alavancar as vantagens de grandes baterias cilíndricas em campos que são diferentes dos requisitos de qualidade de instalação de veículos, como alta segurança, alta capacidade, agrupamento flexível e reciclagem, assumiremos a liderança na realização da produção em massa em larga escala de baterias cilíndricas da série 46. Neste processo, os problemas de grandes baterias cilíndricas serão totalmente expostos, e as soluções serão gradualmente encontradas e repassadas à qualidade do veículo completo. Acredito que isso será de grande ajuda para a maturidade da tecnologia de grandes baterias cilíndricas e otimização de custos."
De acordo com a Battery China, empresas de baterias como EVE Energy, Penghui Energy, Haichen Energy Storage, Sino-Belgian New Energy, Aerospace Lithium Battery e Lihua Power Supply exploraram ou lançaram grandes baterias cilíndricas de fosfato de ferro-lítio adequadas para o mercado de armazenamento de energia.
Recentemente, a mídia relatou que a Tesla dominou o processo de eletrodo seco e espera-se que produza em massa e instale 4680 baterias que usam totalmente eletrodos secos antes do final do ano. A redução em equipamentos e materiais de produção provocada pelos eletrodos secos deve reduzir o custo das baterias cilíndricas grandes da série 46.
Em termos de redução de custos de material, Xu Tao disse que atualmente, os materiais de invólucro de aço para baterias cilíndricas grandes são principalmente importados, e quase não há espaço para otimização de custos. No futuro, à medida que os materiais relacionados forem gradualmente localizados, espera-se que os custos caiam em cerca de 30%-40%. É relatado que, desde 1999, a Dongshi Chuangzhan tem cooperado com a Nippon Steel Corporation do Japão para desenvolver, produzir, processar e distribuir "materiais especiais para invólucros de aço para baterias". No campo de materiais de invólucros de aço para baterias cilíndricas, a empresa tem cooperado profundamente com muitas empresas líderes nacionais de baterias por muitos anos e tem liderado o desenvolvimento da indústria de materiais de invólucros de aço para baterias. Atualmente, a empresa está acelerando a construção e melhorando continuamente a pesquisa e o desenvolvimento e as soluções de otimização de custos para materiais de ponta para baterias cilíndricas.
É possível prever que, no futuro, à medida que mais campos iniciarem a produção em massa em larga escala e as empresas na cadeia da indústria de baterias trabalharem juntas para continuamente superar processos relacionados e gerar pontos problemáticos, a produção em massa em larga escala e a instalação de grandes baterias cilíndricas ocorrerão em breve.
O Relatório de Pesquisa da Huatai Securities prevê que, até 2027, a capacidade global instalada de grandes baterias cilíndricas deverá atingir 429 GWh, com um tamanho de mercado correspondente de 214,48 bilhões de yuans e uma taxa de crescimento anual composta de 110,7% de 2023 a 2027. Como grandes baterias cilíndricas são usadas em armazenamento de energia e outros mercados de energia, grandes baterias cilíndricas com desempenho máximo, segurança máxima e eficiência de produção máxima podem realmente ganhar mais participação de mercado ao custo máximo.