Il présente de grands avantages en termes de coût et a été autrefois l'une des principales forces motrices qui ont poussé Tesla à lancer la grande batterie cylindrique 4680.
En septembre 2020, lorsque Tesla a lancé pour la première fois la batterie 4680, elle a souligné qu'à l'avenir, sur la base d'innovations complètes dans les matériaux, la conception des cellules de batterie, l'optimisation des processus, l'efficacité de fabrication et la conception des packs, les grandes batteries cylindriques devraient entraîner une réduction des coûts de 56 %.
L'application de la technologie des électrodes sèches, l'efficacité de production efficace des batteries cylindriques, le potentiel de réduction des coûts apporté par la production de masse à grande échelle en raison des tailles standardisées et l'amélioration globale des performances apportée par la technologie Full-Tab ont rendu les batteries cylindriques de grande taille de la série 46 très populaires dans le monde entier et sont devenues le produit haut de gamme une fois lancées.
Pourtant, quatre ans plus tard, la grande batterie cylindrique est toujours bloquée sur la chaîne de production de masse : Non seulement elle n’a pas réussi à atteindre l’objectif de réduction des coûts attendu, mais elle est encore plus difficile et plus coûteuse que la technologie actuelle de fabrication de batteries carrées.
En mai de cette année, Tesla a fait une déclaration sévère au département des batteries 4680 : si l'objectif de réduction des coûts ne peut pas être atteint d'ici la fin de l'année, Tesla pourrait abandonner le projet 4680.
Il convient de souligner que l’objectif de réduction des coûts à l’heure actuelle n’est pas la réduction de 56 % proposée en 2020, mais d’être moins cher que des batteries similaires achetées auprès de fournisseurs tels que Panasonic et LG Energy Solution. De toute évidence, Tesla a également fait des compromis sur l’objectif de réduction des coûts.
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De "le meilleur stream de l'industrie" aux "les châteaux dans les airs"
Depuis que Tesla a sorti la batterie 4680 en 2020, en particulier avec l'émergence de technologies innovantes telles que les électrodes sans languette (full tab) et sèches, les grandes batteries cylindriques sont progressivement devenues une voie technique pour laquelle les fabricants de batteries rivalisent, et sont devenues la "top outlet" reconnue de l'industrie de 2021 à 2023. Presque chaque année de 2021 à 2023 est définie comme la première année de production de masse de grandes batteries cylindriques.
Cependant, la grande batterie cylindrique de la série 46 adopte une conception structurelle innovante, ajout de procédés tels que le moulage de l'oreille complète, l'aplatissement, le soudage au laser de l'oreille complète et de la plaque collectrice ou de la coque, la formation d'ouvertures et le soudage au laser de la plaque de recouvrement . La nouvelle structure de conception pose d'énormes défis en termes de processus, de fabrication et de cohérence. Jusqu'à présent, le taux de rendement des grandes lignes de production de batteries cylindriques a toujours été un obstacle que de nombreuses entreprises doivent surmonter.
Par exemple, la batterie cylindrique de la série 46 adopte une conception sans languette et les étapes du processus telles que la découpe de la batterie et le soudage au laser varient considérablement. Le processus est très complexe et des exigences plus élevées sont imposées à la précision et à l'efficacité de l'équipement.
Au niveau de la fabrication, des incertitudes subsistent dans les grandes batteries cylindriques, par exemple, quant à savoir si la méthode de traitement des languettes est une languette pleine, une languette découpée ou une languette biseautée. La technologie de traitement comprend les processus d'aplatissement et de pressage. Le soudage de la plaque collectrice et du pôle, de la plaque collectrice et de la coque/du couvercle inférieur est également un problème plus difficile.
En fait, Tesla, qui a lancé la série 46 de batteries cylindriques de grande taille, a perfectionné à plusieurs reprises la recherche et le développement de technologies clés et l'optimisation de l'ingénierie au cours des dernières années. Selon les médias, en juin de cette année, en près de quatre ans, la super-usine Tesla d'Austin, au Texas, n'a produit que 50 millions de batteries cylindriques de grande taille 4680. Parmi elles, environ 40 millions de batteries 4680 ont été produites au cours de l'année écoulée. Tesla a également consacré beaucoup de temps à la recherche et au développement de technologies clés, à l'optimisation des processus et à l'amélioration du rendement de la chaîne de production.
Il convient de noter qu'à ce stade, en raison de la difficulté d'améliorer les processus, les rendements et les performances, en regardant les entreprises mondiales de batteries, la production de chaque entreprise est encore relativement limitée et les grandes batteries cylindriques n'ont pas démontré d'avantages concurrentiels en termes de coût et de performances.
De plus, la hausse des coûts des matériaux, des batteries cylindriques de la série 21700 aux batteries cylindriques de la série 46, rend également plus difficile la réduction des coûts des batteries cylindriques de la série 46.
En prenant comme exemple les matériaux de coque et de fond en acier utilisés dans les grandes batteries cylindriques, le matériau en acier nickelé actuel présente des avantages relatifs en termes de conductivité, de résistance interne et de soudabilité, et peut relativement répondre aux exigences en termes de résistance à la corrosion, mais ce matériau est essentiellement importé de l'étranger. "Par rapport aux batteries cylindriques traditionnelles 21700, le coût des coques en acier nickelé utilisées dans les batteries cylindriques 4680 a augmenté de 8 à 10 fois." Xu Tao, directeur général de Guangzhou Dongshi Chuangzhan Energy Technology Co., Ltd., a déclaré à Battery China.
Au départ, les grandes batteries cylindriques étaient considérées comme un outil de réduction des coûts en raison de leur efficacité, de leur sécurité et de leur fabrication extrêmes, et étaient privilégiées par un certain nombre de constructeurs automobiles, dont Tesla, BMW, GM, Porsche et NIO. Cependant, aujourd'hui, en raison de la difficulté à surmonter les goulets d'étranglement dans le processus, la fabrication et le rendement, ainsi que de la hausse des coûts des matériaux, la plupart des constructeurs automobiles du marché intérieur ne sont plus aussi enthousiastes à l'égard des batteries cylindriques.
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Comment sortir de l’impasse ?
"Cela fait quatre ans que la grande batterie cylindrique a été lancée en 2020. Toutes les entreprises ont investi beaucoup de fonds et de main-d'œuvre en R&D, mais il existe encore des goulots d'étranglement dans le processus de fabrication des batteries de la série 46. Le coût des cellules de batterie cylindriques 46 produites en série est encore relativement élevé." Xu Tao estime que c'est principalement parce que l'industrie s'est concentrée dès le début sur l'application de la batterie cylindrique de la série 46 uniquement sur le véhicule , et est orienté vers l'installation dans les véhicules. "Le véhicule a des exigences très élevées en matière de qualité de batterie, et le cycle de développement et de vérification est relativement long. Cela a conduit à une petite échelle de production de grands cylindres au début, et de nombreux problèmes ont été exposés relativement lentement. Il faut beaucoup de temps pour déchiffrer le processus et obtenir un rendement."
L'absence de production de masse à grande échelle signifie que tous les problèmes des grandes batteries cylindriques ne peuvent pas être entièrement résolus en peu de temps, et de nombreux problèmes de processus continuent d'apparaître dans les lignes de production à petite et moyenne échelle. Les fabricants de batteries et les constructeurs automobiles doivent les vérifier et les résoudre à plusieurs reprises.
Xu Tao estime que pour atteindre la maturité de la technologie et des processus des grandes batteries cylindriques, ainsi que l'amélioration rapide du rendement, l'ensemble de l'industrie doit avoir une échelle et un volume suffisants pour la production de masse de grandes batteries cylindriques, exposer tous les problèmes potentiels dès que possible, puis, avec la collaboration de la chaîne industrielle, surmonter les difficultés technologiques, de processus et de fabrication associées dans un laps de temps relativement rapide, et parvenir véritablement à une réduction rapide des coûts et à une amélioration des performances des grandes batteries cylindriques.
Comparé aux exigences de qualité élevées des grandes batteries cylindriques et à l'énorme investissement dans les lignes de production de véhicules complets, Xu Tao estime que " Le développement de grandes batteries cylindriques ne doit pas nécessairement être destiné à l'installation dans les véhicules. Il existe également de nombreuses possibilités pour d'autres scénarios que l'installation dans les véhicules, comme le stockage d'énergie à long terme. En tirant parti des avantages des grandes batteries cylindriques dans des domaines qui sont différents des exigences de qualité d'installation des véhicules, tels que la sécurité élevée, la capacité élevée, le regroupement flexible et le recyclage, nous prendrons l'initiative de réaliser une production de masse à grande échelle de batteries cylindriques de la série 46. Dans ce processus, les problèmes des grandes batteries cylindriques seront pleinement exposés et des solutions seront progressivement trouvées et réinjectées dans la qualité du véhicule complet. Je pense que cela sera d'une grande aide pour la maturité de la technologie des grandes batteries cylindriques et l'optimisation des coûts.
Selon Battery China, des sociétés de batteries, dont EVE Energy, Penghui Energy, Haichen Energy Storage, Sino-Belgian New Energy, Aerospace Lithium Battery et Lihua Power Supply, ont exploré ou lancé de grandes batteries cylindriques au lithium fer phosphate adaptées au marché du stockage d'énergie.
Récemment, les médias ont rapporté que Tesla avait maîtrisé le procédé des électrodes sèches et qu'il devrait produire en masse et installer 4680 batteries utilisant entièrement des électrodes sèches avant la fin de l'année. La réduction des équipements et des matériaux de production induite par les électrodes sèches devrait faire baisser le coût des batteries cylindriques de grande taille de la série 46.
En termes de réduction des coûts matériels, Xu Tao a déclaré que Actuellement, les matériaux de la coque en acier des batteries cylindriques de grande taille sont principalement importés et il n'y a pratiquement aucune marge d'optimisation des coûts. À l'avenir, à mesure que les matériaux connexes seront progressivement localisés, les coûts devraient baisser d'environ 30 à 40 %. Il est rapporté que depuis 1999, Dongshi Chuangzhan coopère avec la société japonaise Nippon Steel Corporation pour développer, produire, traiter et distribuer des matériaux spéciaux pour les coques en acier des batteries. Dans le domaine des matériaux pour coques en acier des batteries cylindriques, la société coopère en profondeur avec de nombreuses sociétés nationales de batteries de premier plan depuis de nombreuses années et est à la pointe du développement de l'industrie des matériaux pour coques en acier des batteries. À l'heure actuelle, la société accélère la construction et améliore continuellement la recherche et le développement et les solutions d'optimisation des coûts pour les matériaux haut de gamme pour les batteries cylindriques.
On peut prévoir qu'à l'avenir, à mesure que de plus en plus de domaines commenceront la production de masse à grande échelle et que les entreprises de la chaîne industrielle des batteries travailleront ensemble pour percer en permanence les processus connexes et résoudre les problèmes, la production de masse à grande échelle et l'installation de grandes batteries cylindriques arriveront bientôt.
Selon le rapport de recherche de Huatai Securities, d'ici 2027, la capacité installée mondiale de grandes batteries cylindriques devrait atteindre 429 GWh, avec une taille de marché correspondante de 214,48 milliards de yuans et un taux de croissance annuel composé de 110,7 % de 2023 à 2027. Étant donné que les grandes batteries cylindriques sont utilisées dans le stockage d'énergie et d'autres marchés de l'électricité, les grandes batteries cylindriques offrant des performances, une sécurité et une efficacité de production ultimes peuvent véritablement gagner plus de parts de marché au prix ultime.