El CEO de Tesla, Elon Musk, ha establecido objetivos extraordinarios para su propia producción de baterías este año. A fines de 2020, Musk anunció que Tesla tenía como objetivo reducir a la mitad el costo de la parte más cara de un vehículo eléctrico mediante la fabricación de sus propias baterías. Las baterías de iones de litio 4680 de Tesla, de 46 milímetros de diámetro y 80 milímetros de largo, contienen aproximadamente cinco veces más energía que las actuales 2170 celdas más pequeñas. Tesla puede usar una cantidad menor de celdas nuevas para la misma energía y rango, lo que reduce los costos.

Sin embargo, Tesla se enfrenta a un largo proceso para aumentar su fábrica de baterías, complicado por los planes de utilizar una nueva tecnología de fabricación llamada revestimiento de electrodo seco.

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Las baterías de iones de litio (LIB) son la tecnología de almacenamiento elegida en los vehículos eléctricos de última generación, lo que lleva a un crecimiento significativo en la producción global de LIB. La prioridad dentro de la tecnología de baterías ha sido lograr mayores capacidades de energía LIB para competir con los vehículos con motor de combustión interna (ICE).

El procesamiento de electrodos secos es parte de la próxima generación de electrodos, ya que reduce los costos y elimina la toxicidad para satisfacer las futuras necesidades de producción de baterías.

La investigación muestra que mezclar y recubrir electrodos secos sería revolucionario para la producción de LIB a gran escala. La ausencia de solventes en el procesamiento de electrodos secos reduce significativamente el requerimiento de energía y permite un recubrimiento de electrodos grueso y mecánicamente estable. El recubrimiento seco finalmente reduce el paso de preparación y mezcla de la suspensión, acorta los tiempos de secado y elimina los vapores tóxicos fugitivos de N-metil-2-pirrolidona (NMP), recuperación de solventes y sistemas de reciclaje.

En comparación con los materiales procesados ​​en húmedo, es rentable y respetuoso con el medio ambiente. Además, el proceso de electrodo seco puede mejorar la energía y la densidad de potencia al permitir microestructuras de electrodos únicas, densas y de servicio pesado.

La dificultad de fabricar baterías a escala

«Está cambiando la forma en que se fabrican las baterías», dijo Shirley Meng. Reuters. “Es muy, muy difícil fabricarlo rápidamente ya escala.” Meng es profesor de la Universidad de Chicago y anteriormente trabajó en Maxwell, una empresa de tecnología de baterías adquirida por Tesla.

El equipo de fábrica para la fabricación interna de baterías, dijo Musk, «no existe. Sera hecho.»

Reuters proporciona una buena explicación de cómo se cargan y descargan las baterías de vehículos eléctricos mediante el flujo de iones de litio entre el ánodo de grafito y el cátodo. Los cátodos contienen níquel, que proporciona una alta densidad de energía, lo que permite que el vehículo llegue más lejos. Los precios de los ingredientes de las baterías, como el níquel, alcanzaron récords esta semana debido a los temores de suministro por el conflicto entre Rusia y Ucrania, y Musk había pronosticado escasez de suministro de baterías en enero, lo que hacía que la producción cautiva fuera clave para el crecimiento.

La búsqueda de la densidad energética ha impulsado a las baterías de los vehículos eléctricos desde el uso de cátodos de fosfato de hierro y litio en los primeros días a óxidos en capas ternarias, que son cada vez más ricas en níquel; Sin embargo, dado que el níquel se utiliza en la fabricación de baterías para vehículos eléctricos, cualquier sanción contra el níquel ruso se convertirá en un obstáculo para la fabricación de vehículos eléctricos. Rusia fue el tercer mayor productor de níquel en 2021, con una producción de más de 200.000 toneladas.

Las tecnologías de electrodos secos no solo ofrecen la oportunidad de reducir el consumo de energía en la fabricación de celdas de batería, lo que reduce los costos, sino que tales innovaciones también podrían ofrecer oportunidades para aumentar el rendimiento de las baterías de iones de litio actuales a corto plazo. La fabricación de electrodos secos omite un paso tradicional y complicado de fabricación de baterías que implica una suspensión química.

Si funciona, será más barato y eficiente, pero Musk admite abiertamente que será un desafío. «Entonces, la parte muy difícil es aumentar esa producción y obtener una confiabilidad y seguridad extremadamente altas con las celdas», dijo en una conferencia europea sobre baterías en noviembre de 2020.

Salir adelante con un poco de ayuda de su socio comercial de Panasonic

compañía de medios japonesa NHK informó a principios de este mes que Panasonic planea construir una fábrica en los EE. UU. para suministrar LIB a Tesla para aumentar la producción y satisfacer la demanda esperada de vehículos eléctricos. Con sitios de construcción planificados en Oklahoma y Kansas, la expansión de Panasonic complementaría el plan de Tesla de expandir sus operaciones internas de fabricación de baterías con la nueva fábrica que está construyendo en Texas.

Panasonic tiene la intención de comenzar la producción en masa del nuevo paquete de baterías de iones de litio de 46 mm de diámetro y 80 mm de alto para Tesla en marzo de 2024 en dos nuevas líneas de producción en su planta occidental de Japón en Wakayama. Según Kazuo Tadanobu, CEO de la División de Energía de Panasonic, la ventaja de Panasonic en el mercado radica en su capacidad de «utilizar la artesanía para mantener la seguridad incluso cuando se aumenta el rendimiento de la batería».

Y tras liderar el desarrollo de las celdas de próxima generación, Tabanobu reconoció que la empresa valora su relación con Tesla y trabajará para mantener su lugar en la línea de baterías de Tesla. «No queremos perder», dijo el gerente de Panasonic.

Panasonic fue el primer fabricante de baterías en trabajar con Tesla cuando acordó fabricar celdas de batería en la Gigafábrica de Tesla en Nevada. Esa relación ha tenido sus altibajos a lo largo de los años, y Tesla ha forjado alianzas con otros fabricantes de baterías. Tesla ha aumentado la producción y diversificado su cadena de suministro para otras empresas, incluidos los fabricantes chinos de paquetes de energía de fosfato de hierro y litio (LFP) como Contemporary Amperex Technology Co. (CATL).

En 2021, Tadanobu dijo que Panasonic no tiene planes de construir baterías LFP para Teslas de rango estándar, aunque el informe de Tesla dice que la compañía planea usarlas en sus vehículos de «rango estándar» en todo el mundo.

Cómo el dilema de la batería afecta las probables entregas de Tesla 2022

En 2020, Musk predijo que para 2022 Tesla tendría 100 gigavatios hora de capacidad con 4680 baterías, suficiente para alimentar alrededor de 1,3 millones de automóviles y más que suficiente para impulsar la producción en las fábricas de Texas y Alemania. Tesla anunció recientemente que comenzaría a enviar vehículos Model Y con sus celdas de batería más grandes a fines de marzo.

Tesla produjo su celda 4680 número un millón en enero.

Se espera que Tesla entregue alrededor de 1,4 millones de vehículos este año. El investigador de la industria Benchmark Mineral Intelligence espera que la compañía produzca baterías para alrededor de 30,000 vehículos Model Y, aumentando a 484,000 para 2024, según un pronóstico inédito proporcionado a Reuters.

¿Qué posibilidades hay de que Tesla alcance los objetivos previstos para la producción en masa de sus propias baterías nuevas este año? Nadie lo sabe con certeza, pero seguramente existen obstáculos inherentes a la apertura de una nueva fábrica y al desarrollo de una nueva metodología de fabricación de baterías.

La necesidad de Tesla de producir su propia batería es imperativa para proporcionar la escala necesaria para construir vehículos eléctricos de menor costo y mayor alcance. La competencia te está acechando por detrás.

El vicepresidente sénior, Drew Baglino, dijo en enero que Tesla está logrando «un progreso significativo en la curva de rampa» en su planta de baterías de prueba en Fremont, California, mientras instala equipos de baterías en su próxima planta de Texas. Baglino dijo que el «enfoque de Tesla es aumentar la calidad de los ingresos y aumentar los costos para garantizar que estemos listos para volúmenes más grandes este año y el próximo».

Como una señal de las ambiciones de Tesla, se espera que la producción interna de baterías lleve al mercado a los fabricantes de baterías Panasonic y LG con los 4680.

Por supuesto, se habla mucho sobre las posibilidades dentro de una batería de estado sólido, que muchos dicen que es mejor que una batería de electrolito líquido o semilíquido. Hay un riesgo reducido de incendio, más específicamente conocido como fuga térmica. Con una mayor densidad de energía, las baterías de estado sólido pueden cargarse y descargarse más rápido, funcionar mejor en temperaturas frías y ofrecer más resistencia. Las baterías de estado sólido se han visto restringidas de la comercialización a gran escala por dos factores: la menor conductividad del electrolito sólido y los problemas de inestabilidad interfacial.

Superar las inestabilidades que surgen en la interfaz fue el mayor desafío para los investigadores. Estas inestabilidades pueden ocurrir tanto durante la fabricación como durante el funcionamiento electroquímico de dichas baterías. La investigación y el desarrollo realizados en el MIT muestran la importancia de controlar el entorno gaseoso durante el proceso de sinterización para obtener un buen contacto entre el cátodo cerámico y el electrolito cerámico en las baterías de estado sólido. La sinterización conjunta del cátodo y el electrolito en un entorno de O2 da como resultado una interfaz químicamente estable con baja resistencia interfacial.


 

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