Presenta notevoli vantaggi in termini di costi ed è stata una delle principali motivazioni che hanno spinto Tesla a lanciare la batteria cilindrica di grandi dimensioni 4680.
Nel settembre 2020, quando Tesla lanciò per la prima volta la batteria 4680, sottolineò che in futuro, sulla base di innovazioni complete nei materiali, nella progettazione delle celle della batteria, nell'ottimizzazione dei processi, nell'efficienza produttiva e nella progettazione del pacco, si prevede che le grandi batterie cilindriche porteranno a una riduzione dei costi del 56%.
L'applicazione della tecnologia degli elettrodi a secco, l'efficiente efficienza produttiva delle batterie cilindriche, il potenziale di riduzione dei costi apportato dalla produzione di massa su larga scala grazie alle dimensioni standardizzate e il miglioramento complessivo delle prestazioni apportato dalla tecnologia full-tab hanno reso le batterie cilindriche di grandi dimensioni della serie 46 molto popolari in tutto il mondo e sono diventate le migliori una volta lanciate.
Tuttavia, quattro anni dopo, la grande batteria cilindrica è ancora bloccata sulla linea di produzione di massa: non solo non è riuscito a raggiungere l'obiettivo di riduzione dei costi previsto, ma è anche più difficile e costoso dell'attuale tecnologia di produzione di batterie quadrate.
A maggio di quest'anno, Tesla ha rilasciato una dura dichiarazione al reparto batterie 4680: se l'obiettivo di riduzione dei costi non verrà raggiunto entro la fine dell'anno, Tesla potrebbe abbandonare il progetto 4680.
Va sottolineato che l'obiettivo di riduzione dei costi in questo momento non è la riduzione dei costi del 56% proposta nel 2020, ma essere più economici di batterie simili acquistate da fornitori come Panasonic e LG Energy Solution. Ovviamente, anche Tesla ha compromesso l'obiettivo di riduzione dei costi.
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Da quando Tesla ha lanciato la batteria 4680 nel 2020, soprattutto con l'emergere di tecnologie innovative come la tab-free (full tab) e gli elettrodi a secco, le grandi batterie cilindriche sono gradualmente diventate una via tecnica che le aziende di batterie stanno gareggiando per sviluppare e sono diventate il punto vendita "top riconosciuto del settore dal 2021 al 2023. Quasi ogni anno dal 2021 al 2023 è definito come il primo anno di produzione di massa di grandi batterie cilindriche.
Tuttavia, la batteria cilindrica di grandi dimensioni della serie 46 adotta un design strutturale innovativo, aggiungendo processi quali stampaggio dell'orecchio completo, appiattimento, saldatura laser dell'orecchio completo e della piastra o del guscio del collettore, formazione dell'apertura e saldatura laser della piastra di copertura . La nuova struttura di progettazione porta con sé enormi sfide in termini di processo, produzione e coerenza. Finora, il tasso di rendimento della linea di produzione di batterie cilindriche di grandi dimensioni è sempre stato un ostacolo che molte aziende devono superare.
Ad esempio, la batteria cilindrica della serie 46 adotta un design senza linguetta e le fasi del processo come il taglio della batteria e la saldatura laser variano notevolmente. Il processo è altamente complesso e vengono imposti requisiti più elevati sulla precisione e l'efficienza dell'attrezzatura.
A livello di produzione, permangono ancora incertezze nelle batterie cilindriche di grandi dimensioni, ad esempio se il metodo di lavorazione delle linguette sia a linguetta piena, a linguetta fustellata o a linguetta smussata. La tecnologia di lavorazione include processi di appiattimento e pressatura. Anche la saldatura della piastra del collettore e del polo, della piastra del collettore e del guscio/coperchio inferiore è un problema più difficile.
Infatti, Tesla, che ha portato la batteria cilindrica grande serie 46 nel settore, ha ripetutamente perfezionato la ricerca e lo sviluppo di tecnologie chiave e l'ottimizzazione ingegneristica negli ultimi anni. Secondo i resoconti dei media, a giugno di quest'anno, in quasi quattro anni, la super fabbrica Tesla ad Austin, in Texas, ha prodotto solo 50 milioni di batterie cilindriche grandi 4680. Tra queste, circa 40 milioni di batterie 4680 sono state prodotte nell'ultimo anno. Tesla ha anche dedicato molto tempo alla ricerca e allo sviluppo di tecnologie chiave, all'ottimizzazione dei processi e al miglioramento della resa della linea di produzione.
Vale la pena notare che in questa fase, a causa della difficoltà nel migliorare processi, rendimenti e prestazioni, considerando le aziende produttrici di batterie a livello mondiale, la produzione di ciascuna azienda è ancora relativamente limitata e le grandi batterie cilindriche non hanno dimostrato vantaggi competitivi in termini di costi e prestazioni.
Non solo, l'impennata dei costi dei materiali dalle batterie cilindriche della serie 21700 a quelle della serie 46 rende anche più difficile ridurre i costi delle batterie cilindriche della serie 46.
Prendendo come esempio i materiali del guscio in acciaio e del coperchio inferiore utilizzati nelle grandi batterie cilindriche, l'attuale materiale in acciaio nichelato presenta vantaggi relativi in termini di conduttività, resistenza interna e saldabilità e può soddisfare relativamente i requisiti in termini di resistenza alla corrosione, ma questo materiale è fondamentalmente importato dall'estero. "Rispetto alle tradizionali batterie cilindriche 21700, il costo dei gusci in acciaio nichelato utilizzati nelle batterie cilindriche 4680 è aumentato da 8 a 10 volte. " Xu Tao, direttore generale di Guangzhou Dongshi Chuangzhan Energy Technology Co., Ltd., ha dichiarato a Battery China.
Inizialmente, le grandi batterie cilindriche erano considerate uno strumento di riduzione dei costi per la loro estrema efficienza, sicurezza e produzione, ed erano favorite da numerose case automobilistiche tra cui Tesla, BMW, GM, Porsche e NIO. Tuttavia, oggi, a causa della difficoltà di superare i colli di bottiglia nel processo, nella produzione e nella resa, nonché dei crescenti costi dei materiali, la maggior parte delle case automobilistiche nel mercato interno non è più così entusiasta delle batterie cilindriche.
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Come uscire dalla situazione di stallo?
"Sono passati quattro anni dal lancio della grande batteria cilindrica nel 2020. Tutte le aziende hanno investito molti fondi e manodopera in R&S, ma ci sono ancora dei colli di bottiglia nel processo di produzione delle batterie della serie 46. Il costo delle celle della batteria cilindrica 46 prodotte in serie è ancora relativamente alto." Xu Tao ritiene che Ciò è dovuto principalmente al fatto che l'industria si è concentrata sin dall'inizio sull'applicazione della batteria cilindrica serie 46 solo sul veicolo , ed è orientato all'installazione del veicolo. "Il veicolo ha requisiti molto elevati per la qualità della batteria e il ciclo di sviluppo e verifica è relativamente lungo. Ciò ha portato a una piccola scala di produzione cilindrica di grandi dimensioni nella fase iniziale e molti problemi sono stati esposti relativamente lentamente. Ci vuole molto tempo per decifrare il processo e produrre. "
La mancanza di una produzione di massa su larga scala significa che tutti i problemi delle grandi batterie cilindriche non possono essere completamente esposti in un breve periodo di tempo e molti problemi di processo continuano a presentarsi nelle linee di produzione su piccola e media scala. Le aziende produttrici di batterie e le aziende automobilistiche devono verificarli e risolverli ripetutamente.
Xu Tao ritiene che per raggiungere la maturità della tecnologia e dei processi delle batterie cilindriche di grandi dimensioni, nonché il rapido miglioramento della resa, l'intero settore debba disporre di scala e volume sufficienti per la produzione in serie di batterie cilindriche di grandi dimensioni, evidenziare tutti i potenziali problemi il prima possibile e quindi, con la collaborazione della filiera industriale, superare la tecnologia, i processi e le difficoltà di produzione correlate in un periodo di tempo relativamente rapido e ottenere davvero una rapida riduzione dei costi e un miglioramento delle prestazioni delle batterie cilindriche di grandi dimensioni.
Rispetto agli elevati requisiti di qualità delle grandi batterie cilindriche e agli enormi investimenti nelle linee di produzione per veicoli completi, Xu Tao ritiene che " lo sviluppo di grandi batterie cilindriche non deve essere mirato all'installazione sui veicoli. C'è anche molto spazio per scenari diversi dall'installazione sui veicoli, come l'accumulo di energia a lungo termine . Sfruttando i vantaggi delle grandi batterie cilindriche in campi diversi dai requisiti di qualità dell'installazione del veicolo, come elevata sicurezza, elevata capacità, raggruppamento flessibile e riciclaggio, prenderemo l'iniziativa di realizzare una produzione di massa su larga scala di batterie cilindriche della serie 46. In questo processo, i problemi delle grandi batterie cilindriche saranno completamente esposti e le soluzioni saranno gradualmente trovate e reimmesse nella qualità del veicolo completo. Credo che questo sarà di grande aiuto per la maturità della tecnologia delle grandi batterie cilindriche e l'ottimizzazione dei costi."
据电池中国网了解，亿纬锂能、鹏辉能源、海辰储能、中比新能源、航天锂电、力华电源等电池企业均已探索或推出适用于储能市场的大型圆柱磷酸铁锂电池。
近日，媒体报道称特斯拉已掌握干电极工艺，预计年底前量产并安装全面使用干电极的4680电池。干电极带来的设备和生产材料的减少有望带动46系大圆柱电池成本下降。
在降低材料成本方面，徐涛表示 目前大型圆柱电池钢壳材料主要依赖进口，成本优化空间几乎为零，未来随着相关材料逐步国产化，成本有望下降30%-40%左右。 据悉，东实创展自1999年起与日本新日铁公司合作研发、生产、加工及销售电池钢壳专用材料。在圆柱电池钢壳材料领域，公司多年来与国内多家电池龙头企业深度合作，一直引领着电池钢壳材料行业的发展。目前，公司正加快建设，不断完善圆柱电池高端材料研发及成本优化解决方案。
可以预见，未来随着更多领域开始规模化量产，以及电池产业链企业联手，不断突破相关工艺及良率痛点，大型圆柱电池的规模化量产及安装也将很快到来。
华泰证券研报预测，至2027年，全球大圆柱电池装机量有望达到429GWh，对应市场规模达2144.8亿元，2023年至2027年年复合增长率达110.7%。随着大圆柱电池在储能等动力市场的运用，极致性能、极致安全、极致生产效率的大圆柱电池才能真正以极致的成本赢得更多的市场份额。