Büyük maliyet avantajlarına sahip ve bir zamanlar Tesla'nın 4680 büyük silindirik bataryasını piyasaya sürmesinin temel itici gücü olmuştu.
Tesla, Eylül 2020'de 4680 pilini ilk kez piyasaya sürdüğünde, gelecekte malzemeler, pil hücresi tasarımı, süreç optimizasyonu, üretim verimliliği ve paket tasarımı alanındaki kapsamlı yeniliklere dayanarak büyük silindirik pillerin %56 maliyet tasarrufu sağlamasının beklendiğini belirtmişti.
Kuru elektrot teknolojisinin uygulanması, silindirik pillerin yüksek üretim verimliliği, standartlaştırılmış boyutlar sayesinde büyük ölçekli seri üretimle sağlanan maliyet düşürme potansiyeli ve tam sekmeli teknolojiyle sağlanan çok yönlü performans iyileştirmesi, 46 serisi büyük silindirik pilleri dünya çapında yaygın bir şekilde popüler hale getirmiş ve piyasaya sunulduktan sonra en üst seviye piller arasına girmeyi başarmıştır.
Ancak dört yıl sonra, büyük silindirik pil hâlâ seri üretim hattında takılıp kalıyor: Beklenen maliyet düşürme hedefine ulaşamadığı gibi, mevcut ana akım kare pil üretim teknolojisinden daha zor ve daha maliyetlidir.
Tesla, bu yılın mayıs ayında 4680 pil bölümüne sert bir açıklama yaptı: Yıl sonuna kadar maliyet düşürme hedefine ulaşılamazsa Tesla, 4680 projesini terk edebilir.
Şu anda maliyet azaltma hedefinin 2020'de önerilen %56 maliyet azaltma değil, Panasonic ve LG Energy Solution gibi tedarikçilerden satın alınan benzer pillerden daha ucuz olması olduğu belirtilmelidir. Açıkçası, Tesla da maliyet azaltma hedefinden taviz verdi.
01
Sektörün en iyi yayınlarından "havadaki kalelere "
Tesla'nın 2020 yılında 4680 pilini piyasaya sürmesinden bu yana, özellikle sekmesiz (tam sekmeli) ve kuru elektrotlar gibi yenilikçi teknolojilerin ortaya çıkmasıyla birlikte, büyük silindirik piller yavaş yavaş pil şirketlerinin geliştirmek için rekabet ettiği teknik bir rota haline geldi ve 2021'den 2023'e kadar sektörün tanınan "top outlet" haline geldi. 2021'den 2023'e kadar hemen hemen her yıl, büyük silindirik pillerin seri üretiminin ilk yılı olarak tanımlanıyor.
Ancak 46 serisi büyük silindirik pil, yenilikçi bir yapısal tasarıma sahiptir. tam kulak kalıplama, düzleştirme, tam kulak ve toplayıcı plaka veya kabuğun lazer kaynaklanması, açma oluşumu ve kapak plakasının lazer kaynaklanması gibi işlemlerin eklenmesi Yeni tasarım yapısı, süreç, üretim ve tutarlılık açısından büyük zorluklar getiriyor. Şimdiye kadar, büyük silindirik pil üretim hattının verim oranı, birçok şirketin üstesinden gelmesi gereken bir engel olmuştur.
Örneğin, 46 serisi silindirik pil, sekmesiz bir tasarıma sahiptir ve pil kesimi ve lazer kaynak gibi işlem adımları büyük ölçüde değişir. İşlem oldukça karmaşıktır ve ekipmanın doğruluğu ve verimliliği konusunda daha yüksek gereksinimler vardır.
Üretim aşamasında, büyük silindirik pillerde, örneğin, sekme işleme yönteminin tam sekme, kalıp kesim sekme veya eğimli sekme olup olmadığı konusunda hala belirsizlikler bulunmaktadır. İşleme teknolojisi düzleştirme ve presleme işlemlerini içerir. Toplayıcı plaka ve direğin, toplayıcı plaka ve kabuk/alt kapağın kaynaklanması da daha zor bir sorundur.
Aslında, 46 serisi büyük silindirik pili sektöre getiren Tesla, son birkaç yıldır önemli teknoloji araştırma ve geliştirme ve mühendislik optimizasyonunda tekrar tekrar kendini geliştiriyor. Medya raporlarına göre, bu yılın Haziran ayı itibarıyla, yaklaşık dört yılda, Tesla'nın Austin, Teksas'taki süper fabrikası yalnızca 50 milyon 4680 büyük silindirik pil üretti. Bunların arasında, yaklaşık 40 milyon 4680 pil geçen yıl üretildi. Tesla ayrıca önemli teknoloji araştırma ve geliştirme, süreç optimizasyonu ve üretim hattı verimini iyileştirme konusunda uzun zaman harcadı.
Bu aşamada, süreçlerin, verimlerin ve performansın iyileştirilmesinin zorluğu nedeniyle, küresel pil şirketlerine bakıldığında, her şirketin üretiminin hala nispeten sınırlı olduğu ve büyük silindirik pillerin maliyet ve performans açısından rekabet avantajı göstermediği belirtilmelidir.
Üstelik malzeme maliyetlerinin 21700'den 46 serisi silindirik akülere doğru fırlaması, 46 serisi silindirik akülerde maliyetleri düşürmeyi de zorlaştırıyor.
Büyük silindirik pillerde kullanılan çelik gövde ve alt kapak malzemelerini örnek alırsak, mevcut nikel kaplı çelik malzeme iletkenlik, iç direnç ve kaynaklanabilirlik açısından göreceli avantajlara sahiptir ve korozyon direnci açısından gereksinimleri nispeten karşılayabilir, ancak bu malzeme temel olarak yurtdışından ithal edilmektedir. "Geleneksel 21700 silindirik pillerle karşılaştırıldığında, 4680 silindirik pillerde kullanılan nikel kaplı çelik gövdelerin maliyeti 8 ila 10 kat artmıştır." Guangzhou Dongshi Chuangzhan Enerji Teknolojisi A.Ş. Genel Müdürü Xu Tao, Battery China'ya söyledi.
Başlangıçta, büyük silindirik piller aşırı verimlilikleri, güvenlikleri ve üretimleri nedeniyle maliyet düşürücü bir araç olarak görülüyordu ve Tesla, BMW, GM, Porsche ve NIO gibi birçok otomobil üreticisi tarafından tercih ediliyordu. Ancak bugün, süreç, üretim ve verimdeki darboğazları aşmanın zorluğu ve artan malzeme maliyetleri nedeniyle, iç pazardaki çoğu otomobil üreticisi artık silindirik pillere karşı o kadar hevesli değil.
02
Çıkmazdan nasıl kurtuluruz?
"2020'de büyük silindirik pilin piyasaya sürülmesinden bu yana dört yıl geçti. Tüm şirketler çok fazla Ar-Ge fonu ve insan gücü yatırdı, ancak 46 serisi pil (üretim) sürecinde hala darboğazlar var. Seri üretilen 46 silindirik pil hücrelerinin maliyeti hala nispeten yüksek." Xu Tao, Bunun başlıca nedeni, endüstrinin başlangıçtan itibaren yalnızca araçta 46 serisi silindirik akünün uygulanmasına odaklanmış olmasıdır , ve araç kurulumuna yöneliktir. "Aracın akü kalitesi için çok yüksek gereksinimleri vardır ve geliştirme ve doğrulama döngüsü nispeten uzundur. Bu, erken aşamada küçük ölçekli büyük silindirik üretime yol açmıştır ve birçok sorun nispeten yavaş bir şekilde ortaya çıkmıştır. Sürecin kırılması ve verimin alınması uzun zaman alır."
Büyük ölçekli seri üretim eksikliği, büyük silindirik pillerin tüm sorunlarının kısa bir süre içinde tam olarak ortaya çıkarılamayacağı ve küçük ve orta ölçekli üretim hatlarında birçok işlem sorununun ortaya çıkmaya devam ettiği anlamına gelir. Pil şirketleri ve otomobil şirketleri bunları tekrar tekrar doğrulamak ve çözmek zorundadır.
Xu Tao, büyük silindirik pil teknolojisi ve süreçlerinin olgunluğuna ulaşmak ve verimin hızla iyileştirilmesi için tüm endüstrinin büyük silindirik pil seri üretimi için yeterli ölçek ve hacme sahip olması, tüm potansiyel sorunları mümkün olan en kısa sürede ortaya koyması ve ardından endüstriyel zincirin işbirliğiyle ilgili teknoloji, süreçler ve üretim zorluklarının nispeten kısa bir sürede aşılması ve büyük silindirik pillerin maliyetinin hızla düşürülmesi ve performans iyileştirmesinin gerçekten sağlanması gerektiğine inanıyor.
Büyük silindirik pillerin yüksek kalite gereksinimleri ve komple araçlar için üretim hatlarına yapılan büyük yatırımlarla karşılaştırıldığında, Xu Tao " büyük silindirik pillerin geliştirilmesi araç kurulumunu hedeflemek zorunda değildir. Ayrıca, uzun vadeli enerji depolama gibi araç kurulumu dışındaki senaryolar için de çok fazla alan vardır . Yüksek güvenlik, yüksek kapasite, esnek gruplama ve geri dönüşüm gibi araç kurulum kalitesi gereksinimlerinden farklı alanlarda büyük silindirik akülerin avantajlarından yararlanarak, 46 serisi silindirik akülerin büyük ölçekli seri üretimini gerçekleştirmede öncü olacağız. Bu süreçte, büyük silindirik akülerin sorunları tam olarak ortaya çıkarılacak ve çözümler kademeli olarak bulunacak ve tüm aracın kalitesine geri bildirilecektir. Bunun büyük silindirik akü teknolojisinin olgunlaşması ve maliyet optimizasyonu için büyük bir yardım olacağına inanıyorum."
Battery China'ya göre EVE Energy, Penghui Energy, Haichen Energy Storage, Sino-Belgian New Energy, Aerospace Lithium Battery ve Lihua Power Supply gibi pil şirketleri, enerji depolama pazarına uygun büyük silindirik lityum demir fosfat pilleri araştırdı veya piyasaya sürdü.
Son zamanlarda medya, Tesla'nın kuru elektrot sürecinde ustalaştığını ve yıl sonundan önce tamamen kuru elektrot kullanan 4680 pili seri üretmesi ve kurmasının beklendiğini bildirdi. Kuru elektrotların getirdiği ekipman ve üretim malzemelerindeki azalmanın, 46 serisi büyük silindirik pillerin maliyetini düşürmesi bekleniyor.
Malzeme maliyetinin azaltılması açısından Xu Tao şunları söyledi: Şu anda büyük silindirik pil çelik gövde malzemeleri çoğunlukla ithal ediliyor ve maliyet optimizasyonu için neredeyse hiç yer yok. Gelecekte, ilgili malzemeler kademeli olarak yerelleştirildikçe maliyetlerin yaklaşık %30-%40 oranında düşmesi bekleniyor. 1999'dan beri Dongshi Chuangzhan'ın Japonya'nın Nippon Steel Corporation ile pil çelik kabukları için "özel malzemeleri geliştirmek, üretmek, işlemek ve dağıtmak için işbirliği yaptığı bildirilmektedir. Silindirik pil çelik kabuk malzemeleri alanında, şirket uzun yıllardır birçok yerli lider pil şirketiyle derinlemesine işbirliği yapmış ve pil çelik kabuk malzemeleri endüstrisinin gelişimine öncülük etmiştir. Şu anda şirket, silindirik piller için yüksek kaliteli malzemeler için inşaatı hızlandırmakta ve araştırma ve geliştirme ile maliyet optimizasyon çözümlerini sürekli olarak iyileştirmektedir.
Gelecekte, daha fazla alanda büyük ölçekli seri üretime geçilmesi ve pil endüstrisi zincirindeki şirketlerin sürekli olarak ilgili proses ve üretim sorunlarını aşmak için birlikte çalışmasıyla, büyük silindirik pillerin büyük ölçekli seri üretiminin ve kurulumunun yakın zamanda gerçekleşeceği öngörülebilir.
Huatai Menkul Kıymetler Araştırma Raporu, 2027 yılına kadar büyük silindirik pillerin küresel kurulu kapasitesinin 429 GWh'ye ulaşmasının beklendiğini, buna karşılık gelen pazar büyüklüğünün 214,48 milyar yuan ve 2023'ten 2027'ye kadar %110,7'lik bir bileşik yıllık büyüme oranının olacağını öngörüyor. Büyük silindirik piller enerji depolama ve diğer güç pazarlarında kullanıldıkça, en yüksek performansa, en yüksek güvenliğe ve en yüksek üretim verimliliğine sahip büyük silindirik piller, en yüksek maliyetle gerçekten daha fazla pazar payı kazanabilir.