Les nouvelles batteries Tabless de Tesla débloquent de nouveaux niveaux de performance

Telsa est l'un des plus gros acheteurs de batteries au monde grâce à ses partenariats avec des fabricants comme Panasonic, LG et CATL. Il est peu probable que leur faim sans fin pour plus de cellules soit satisfaite de sitôt, car la demande de voitures électriques et de stockage d'énergie continue d'augmenter.

Comme annoncé lors de leur keynote Battery Day, Tesla a travaillé dur sur un large éventail de projets pour faire passer la technologie des batteries à un niveau supérieur afin d'atteindre leur objectif de production annuelle de 3 TWh d'ici 2030. L'un des aspects les plus intéressants de cela a été l'annonce de la nouvelle batterie tabless 4680 de Tesla, qui sera fabriquée par l'entreprise elle-même. Jetons un coup d'œil à ce qui rend le 4680 si excitant et pourquoi jouer sans table est si important.

Tesla est quelque peu unique parmi les constructeurs de voitures électriques en ce sens qu'ils se sont résolument attachés à utiliser des cellules cylindriques dans leurs batteries, là où d'autres fabricants ont largement utilisé des conceptions prismatiques. En commençant par le vénérable 18650 populaire auprès des fabricants d'ordinateurs portables et des constructeurs de lampes de poche, Tesla est ensuite passé à l'utilisation de batteries 21700 plus grandes, le plus grand facteur de forme signifiant que chaque cellule avait une plus grande capacité. Pour construire ces cellules, de longues et minces feuilles de matériau d'anode et de cathode sont posées les unes sur les autres avec un matériau séparateur entre les deux, puis enroulées en un "jellyroll" pour s'adapter à l'intérieur du corps cylindrique. L'anode et la cathode ont chacune une petite languette, généralement au centre des feuilles enroulées, qui transmet l'alimentation aux bornes sur le boîtier extérieur de la batterie.

Ces petites languettes retiennent les cellules cylindriques de multiples façons. Ils agissent comme un goulot d'étranglement pour le courant entrant et sortant de la cellule, car malgré l'énorme surface de l'anode et de la cathode, tout le courant entrant et sortant de la batterie doit passer par une paire de languettes de quelques millimètres de large. Les électrons des zones extérieures du jellyroll doivent parcourir une distance importante pour atteindre le terminal de la cellule, avec une longueur de trajet électrique allant jusqu'à 250 mm dans les cellules 21700. Cette plus grande longueur de chemin signifie plus de résistance, avec un effet correspondant sur les performances thermiques. De plus, les languettes contrecarrent les efforts pour produire efficacement des feuilles d'anode et de cathode à grande vitesse, les machines de production devant s'arrêter et redémarrer à plusieurs reprises pour faire face aux caractéristiques saillantes.

Tesla avait précédemment réalisé des gains de performances lors du passage de 18650 cellules à la conception plus grande de 21700, mais les efforts pour augmenter encore la taille des cellules se sont heurtés à un mur de briques. Alors que les cellules plus grandes peuvent stocker plus d'énergie et permettre des économies de coûts de production, les problèmes thermiques signifiaient que les temps de charge et les taux de décharge seraient impactés négativement. Des cellules plus grandes signifiaient des longueurs de trajet plus longues, la résistance plus élevée signifiant moins de puissance de sortie par cellule et une charge plus lente. Même avec la technologie de charge rapide de Tesla, beaucoup considèrent toujours que les voitures électriques se chargent trop lentement, c'était donc un compromis qui ne valait pas la peine d'être fait.

Entrez les piles "sans table". Plutôt que d'avoir une petite languette de batterie attachée respectivement à l'anode et à la cathode, l'ensemble des feuilles d'anode et de cathode est gravé au laser et traité pour avoir essentiellement de nombreuses petites languettes sur toute leur longueur. Remplace l'étape consistant à attacher manuellement des onglets séparés plus tard dans le processus de fabrication.

Lorsque l'anode, la cathode et le séparateur sont tous enroulés ensemble, ces nombreuses languettes plus petites s'aplatissent pour former une "spirale en bardeaux", créant une zone de contact beaucoup plus grande entre le matériau actif de la batterie et le boîtier. Cela signifie que la longueur du chemin parcouru par les électrons est très réduite; Tesla cite jusqu'à 5 fois la réduction par rapport aux conceptions précédentes. Cela est dû au fait que les électrons peuvent désormais se déplacer directement vers la borne de la batterie, plutôt que de devoir emprunter un chemin plus détourné vers le centre de la feuille pour atteindre la connexion à une languette.

Le résultat final est la cellule 4680, du nom de son diamètre de 46 mm et de sa longueur de 80 mm. Il s'agit d'un écart par rapport à la nomenclature à cinq chiffres, mais personne chez Tesla n'a pu comprendre pourquoi les cellules 18650 ont le zéro final, de sorte que la société l'a éliminé dans la nouvelle désignation de la cellule. Les nouvelles cellules sont censées contenir 5 fois l'énergie des conceptions antérieures en raison de leur plus grande taille. Mieux encore, Tesla affirme qu'ils peuvent fournir jusqu'à 6 fois la puissance, en raison de la longueur réduite du trajet électrique de la construction sans tables permettant de meilleures performances thermiques. Selon les estimations, le passage à 4680 cellules dans les packs automobiles de Tesla pourrait entraîner un gain d'autonomie allant jusqu'à 16 % - un nombre impressionnant compte tenu des chiffres déjà impressionnants du constructeur automobile dans ce domaine. Par exemple, le prochain Model S Plaid prétend avoir une autonomie de 520 miles en utilisant les 4680 cellules.

La nouvelle conception apporte également des avantages de production. En modelant au laser l'anode et la cathode pour une connexion directe, plutôt que de fixer des languettes séparées, les matériaux peuvent être manipulés par un traitement en rouleau continu, similaire aux techniques de production de papier. Cela promet d'énormes gains de vitesse de production, avec des machines capables de se déplacer à des vitesses élevées continues plutôt que d'avoir à accélérer et décélérer continuellement pour la fixation des languettes à chaque feuille d'anode et de cathode. Les objectifs de Tesla de produire plus de batteries pour répondre à la demande ne sont pratiquement pas réalisables avec les techniques de production actuelles, de sorte que les améliorations de la vitesse de traitement et de production sont essentielles pour résoudre ce problème. Cela entraînera également des réductions de coûts, ce qui constitue une partie importante des efforts de l'entreprise pour produire un véhicule électrique plus accessible au prix de 25 000 $.

Ces nouvelles cellules, avec leur plus grande densité d'énergie et leur puissance de sortie élevée, attireraient un énorme marché de hackers et de makers. Cependant, le thème continu tout au long du discours d'ouverture de Tesla était qu'ils ne pouvaient tout simplement pas se procurer suffisamment de batteries pour répondre à leurs besoins tels qu'ils sont. Nous pensons qu'il faudra plusieurs années avant que les batteries sans table n'arrivent sur le marché libre, car Tesla conserve l'intégralité de son approvisionnement pour son propre usage interne. D'autres fabricants se démèneront probablement pour développer une technologie similaire en raison des gains offerts, mais cela prendra du temps, et en attendant, les personnes qui veulent les meilleures cellules cylindriques devront attendre que de nouvelles Teslas apparaissent dans leurs chantiers de démolition locaux.

L'annonce de la technologie sans table n'était qu'un élément des annonces de la Journée de la batterie de Tesla. Des travaux sont en cours pour réaliser des gains dans d'autres domaines, tels que la chimie des anodes et des cathodes et les techniques de production, afin d'atteindre les nobles objectifs de l'entreprise d'augmenter la production de batteries pour répondre à la demande mondiale. Si le transport électrique et le stockage sur réseau Powerwall doivent vraiment changer le monde, des projets comme ceux-ci devront porter leurs fruits, sinon nous n'aurons tout simplement pas les batteries à mettre dans les voitures !