Die Batterieproduktion des Tesla 4680 steckt in der Produktionshölle fest

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Tesla hat an 4680 Batteriezellen gearbeitet, die höher und breiter sind als die Zellen, die viele Unternehmen verwenden. Aber nicht nur das Format ist anders. Was drin ist, macht den Unterschied. Bei einer herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterie werden Anode und Kathode mit einer feuchten Paste beschichtet. Während des Herstellungsprozesses wird in der Fabrik viel Platz für das Trocknen dieser Beschichtungen aufgewendet, bevor das Ganze aufgerollt und in die äußere Metallhülle gesteckt wird, um zu dem zu werden, was wir als Batteriezelle bezeichnen.

Viele Leser erinnern sich vielleicht daran, dass Tesla vor fünf Jahren ein Unternehmen namens Maxwell Technologies gekauft hat, hauptsächlich wegen seines Trockenelektrodenverfahrens. Trockenbeschichtung bedeutet weniger Energiebedarf für die Trocknung, weniger Stellfläche in der Fabrik für den Trocknungsprozess und niedrigere Produktionskosten. Es ist eine Win/Win/Win-Situation für einen Hersteller, die zu niedrigeren Preisen für die Verbraucher führen sollte – Wenn Sie können den Trockenbeschichtungsprozess zum Laufen bringen.

Tesla stellt derzeit 4680-Zellen mit trocken beschichteten Elektroden in der Gigafactory in Austin, Texas her, wo das Model Y und der Cybertruck gebaut werden. Reuters sagt, es habe mit neun Personen gesprochen, die behaupten zu wissen, was in der Austin Gigafactory vor sich geht. Diesen Quellen zufolge hat Tesla den Trockenbeschichtungsprozess noch nicht in dem Umfang gemeistert, der erforderlich ist, um 4680-Batterien schnell genug herzustellen, um seine Produktionsziele zu erreichen.

Tesla geht davon aus, bis 2025 250.000 dieser Fahrzeuge zu produzieren, aber die aktuelle Produktionsrate reicht nur aus, um 24.000 Cybertrucks pro Jahr anzutreiben – ein Zehntel des Ziels. Diese Quellen sagten, dass die Trockenbeschichtung der Anode in den 4680-Zellen kein Problem sei, aber Tesla hatte Schwierigkeiten, die gleiche Technik für die Kathode zu perfektionieren, die die teuerste Komponente in einer Batterie ist.

Die Trockenbeschichtung von 4680-Zellen ist schwierig

Laut Yuan Gao, einem Berater für Batterietechnologie, hat sich die Trockenbeschichtung von Anoden und Kathoden im Labor sowie für kleinere Energiespeicher wie Superkondensatoren bewährt. „Aber bisher hat das noch niemand für große Elektrofahrzeugbatterien in großem Maßstab und mit ausreichend hoher Geschwindigkeit geschafft. Tesla ist der erste, der versucht, dies zu kommerzialisieren“, sagte Gao, der seit drei Jahrzehnten in der Branche tätig ist. „Die Herausforderung besteht darin, dass Tesla nicht nur den Prozess vergrößern und beschleunigen muss, sondern auch eigene Geräte und Werkzeuge entwickeln muss. Es ist gelinde gesagt entmutigend“, sagte er.

Drei der Quellen zufolge verfügen die 4680 Akkupacks in Cybertrucks über schätzungsweise 1.360 Einzelzellen. Das bedeutet, dass Tesla 340 Millionen Zellen pro Jahr – oder fast eine Million pro Tag – herstellen müsste, um 250.000 der Elektro-Pickups zu versorgen. Derzeit benötigt die Gigafactory in Austin etwa 16 Wochen, um 10 Millionen 4680-Zellen herzustellen, so Berechnungen von Reuters auf Basis der dort bereitgestellten Informationen.

Tesla hat angedeutet, dass es die 4680-Batteriezellen nicht nur für den Cybertruck, sondern auch für das seit langem gemunkelte Model 2 verwenden will (es könnte anders heißen, wenn es in ein paar Jahren in Produktion geht). Derzeit stellt das Unternehmen nicht annähernd genug trocken beschichtete 4680-Batteriezellen für beide Fahrzeuge her.

Tesla verfügt in Fremont, Kalifornien, über eine begrenzte Produktionskapazität für 4680-Zellen, sein dortiges Werk dient jedoch hauptsächlich der Pilotproduktion. Panasonic, einer der wichtigsten Batterielieferanten von Tesla, plant den Bau von mindestens zwei Werken in den Vereinigten Staaten, hat jedoch gerade erst den Grundstein für das erste Werk gelegt.

Einige der Quellen, mit denen gesprochen wurde Reuters glauben, dass Teslas Fortschritte bei der Ausweitung der 4680-Produktion wahrscheinlich an Dynamik gewinnen werden, sobald die Produktion auf einer Produktionslinie stabil ist. Sie sagten, Tesla habe sich darauf konzentriert, solides Know-how aufzubauen, um Batterien beim ersten Mal fehlerfrei herzustellen. Es ist ein zeitaufwändiger Prozess, aber „sobald man den Code geknackt und die Stabilität hergestellt hat, läuft es exponentiell ab.“ Die Geschwindigkeit würde zunehmen. Es gibt bereits viel Traktion bei der Trockenbeschichtung“, sagte eine Quelle.

Drew Baglino, der Leiter des Batteriebetriebs von Tesla, sagte im Oktober, das Unternehmen produziere nun 4680 Zellen auf zwei Produktionslinien in Austin und plane, dort in zwei Phasen insgesamt acht Linien zu installieren, wobei die letzten vier mit Verspätung in Betrieb gehen sollen 2024.

Es ist schwierig, etabliertes Know-how von einer Produktionslinie auf die nächste zu übertragen. Einer Quelle zufolge werden nur etwa 5 Prozent der in profitablen Produktionslinien hergestellten Zellen ausrangiert, die Verschrottungsraten könnten jedoch auf 30 bis 50 Prozent ansteigen und dort mehrere Monate lang verharren während jede neue Zeile in Gang kommt.

4680 Die Kämpfe gehen weiter

Einer anderen Quelle zufolge erwies sich Teslas Trockenbeschichtungsverfahren für Kathoden nicht als schneller als das alte Nassverfahren, obwohl die Ausschussraten auf nur 10 bis 20 Prozent gesunken waren. Den Quellen zufolge hatte Tesla Mühe, die Kathodenmaterialien – zu denen Lithium, Mangan und Nickel gehören – mit einem Bindemittel zu mischen und sie auf eine Metallfolie zu kleben, um eine Kathode ohne Verwendung von Feuchtigkeit herzustellen.

Zwei der Personen sagten, dass das Verfahren bei kleinen Mengen funktionierte, aber als Tesla versuchte, es zu vergrößern, wurde viel Hitze erzeugt und dadurch schmolz das Bindemittel, bei dem es sich nach einer der Quellen um Polytetrafluorethylen, besser bekannt als Teflon, handelte. „Wenn man den Kleber schmilzt, wird ziemlich bald alles zu einem großen Klumpen klebriger Sauerei“, sagte eine Quelle.

Ebenso problematisch für Tesla sind die Maschinen, mit denen die Metallfolie zur Herstellung von Batterieelektroden beschichtet wird – Geräte, die riesigen Zeitschriften- und Zeitungsdruckmaschinen mit großen Walzen ähneln. Um die Zellproduktion zu beschleunigen, versucht Tesla, mehrere Magnetfolienstreifen gleichzeitig und mit hoher Geschwindigkeit mit aktiven Batteriematerialien zu beschichten.

Dafür sind große, breite Walzen und ein enormer Kraftaufwand nötig, um die Materialien auf die Folie zu pressen. Da die Walzen jedoch groß und breit sind, erweist sich die gleichmäßige Druckausübung als Herausforderung. Wenn der Druck nicht gleichmäßig ausgeübt wird, entstehen bei Tesla Elektroden mit ungleichmäßiger Oberfläche und Dicke, die für die Batteriezellen nutzlos sind und verschrottet werden müssen.

Eine der mit der Angelegenheit vertrauten Quellen sagte ausdrücklich, es gehe darum, eine Dateninfrastruktur rund um Teslas Batterieentwicklung, -herstellung und den Einsatz vor Ort aufzubauen, da die Mängel in einigen Fällen in der Beschichtung verborgen seien und erst einige Monate später zum Vorschein kamen. Mit anderen Worten: Tesla weiß noch nicht, welche Trockenzellen gut sind und welche entsorgt werden müssen, sagte die Quelle. Baglino erzählte bei einem Kamingespräch auf einer Batteriekonferenz im März, dass Tesla immer noch ein völlig neues Qualitätsverifizierungssystem aufbaue, um Zellen mit Mängeln in der Beschichtung aussortieren zu können.

Der Punkt auf der Reuters Die Berichterstattung soll nicht heißen, dass Tesla niemals trocken beschichtete 4680-Batteriezellen herstellen wird, sondern dass die Perfektionierung des Prozesses einige Zeit in Anspruch nimmt. Der Geist von Tesla erinnert an das US-Militär während des Zweiten Weltkriegs, als ein beliebter Ausdruck lautete: „Das Schwierige machen wir sofort.“ Das Unmögliche dauert etwas länger.“ Scheint das perfekte Motto für Elon und seine Musketiere zu sein.