Tesla plant wohl 4680-Zellen mit Trockenbeschichtung noch 2024

Er will erste 4680-Zellen mit trockenbeschichteten Elektroden vor Ende 2024 in Serie produzieren und in Kundenfahrzeugen einsetzen, berichtet unter anderem die chinesische „Late Post“ unter Berufung auf Insider. Klappt das nicht, könnte Tesla seine eigene 4680-Zelle aufgeben – gleich dazu mehr.

Vorgestellt hatte Tesla die 4680-Rundzelle erstmals auf dem „Battery Day“ im Jahr 2020. Um alle damals angekündigten Vorteile der Zelle auch hinsichtlich Preis und Fabrikgröße umzusetzen, ist die Trockenbeschichtung der Elektroden essenziell. Bisher werden Batterie-Elektroden im sogenannten Nassverfahren beschichtet. Dabei wird eine pulverförmige Mischung der Aktivmaterialien mit Lösungsmitteln und weiteren Chemikalien zu einer Paste vermischt, die dünn auf die Trägerfolie aufgebracht wird. Direkt im nächsten Arbeitsschritt werden die Elektroden in sehr großen Öfen getrocknet, was energieintensiv und damit sehr teuer ist – die Flüssigkeit wird also nur für den Arbeitsschritt des Auftragens benötigt. Bei der Trockenbeschichtung entfällt das – und damit die Notwendigkeit der teuren Öfen.

Die 4680-Zellen, die Tesla derzeit im Cybertruck verbaut, sind nach den Informationen der „Late Post“ eine Art Hybrid: Die Anode wird demnach bereits mit dem günstigeren Trockenbeschichtungs-Verfahren gefertigt, die Kathode aber nicht. Sie werde weiterhin von Zulieferern wie LG zugekauft – und wird dort mit dem klassischen Nassverfahren beschichtet. Die Produktion von Kathoden mit der Trockenbeschichtung ist demnach der schwierigste Teil, aber auch der größte Hebel zur Kostenreduzierung.

Auch wenn es derzeit noch Herausforderungen gibt, das Produktionsverfahren auf Kathoden zu übertragen, könnte es laut einem der Insider Tesla „ernsthaften Aufschwung“ geben, wenn man das Verfahren beherrschen würde. Allerdings hat die Zelle bis heute noch nicht das von Tesla erhoffte Niveau bei Leistung und Kosten erreicht.

Laut einem Bericht von „The Information“ soll Musk das Batterie-Team aufgefordert haben, bis Jahresende die Kosten zu senken und „eine der wichtigsten Innovationen“ bis dahin zu entwickeln – gemeint ist wohl die Trockenbeschichtung der Kathode. Dabei beruft sich „The Information“ auf drei Informanten. Zwei dieser Quellen sollen zudem angegeben haben, dass Musk die Skalierung der Zelle möglicherweise aufgeben werde, wenn das Problem nicht bis zum Jahresende behoben sei. Gesichert ist das aber nicht.

Das würde aber wohl nur die Tesla-eigene Produktion der 4680-Zellen betreffen und nicht das Ende von 4680-Zellen in Tesla-Modellen bedeuten. Denn der Autobauer könnte die Zellen immer noch von Lieferanten wie Panasonic zukaufen – offen ist aber, zu welchen Kosten das ohne Trockenbeschichtung möglich ist.

Zudem gibt es Berichte, wonach Tesla einen Erfolg bei der Entwicklung von Kathoden mit hohem Mangan-Anteil erzielt haben soll. Manganreiche Kathoden sind günstiger als etwa Materialien mit hohem Nickel-Gehalt, allerdings war die Zyklenfestigkeit so gering, dass sie nicht für den Einsatz in Elektrofahrzeugen in Betracht kamen. Mit den nun zum Patent angemeldeten, „dotierten, manganreichen Kathodenaktivmaterialien“ die Lebensdauer solcher Zellen verlängert haben. Allerdings wurden bisher 94 Prozent der ursprünglichen Kapazität nach 50 Zyklen erreicht. Das ist zwar besser als bei bisherigen Mangan-Zellchemien, aber noch deutlich unter dem Niveau, das für Elektroautos nötig ist.

Update 31.07.2024: Rund zwei Wochen, nachdem Berichte über mögliche Verzögerungen bei der Entwicklung von 4680-Batteriezellen mit trocken beschichteten Kathoden bekannt wurden, hat ein Tesla-Ingenieur ein interessantes Update gegeben. Auf LinkedIn schreibt Cole Otto, Senior Manufacturing Engineer 4680 Cell Development: „Wir stellen den allerersten Trockenkathoden-Cybertruck vor! Im Juli haben wir mit der Fahrzeugerprobung mit unseren bahnbrechenden hauseigenen Trockenkathodenzellen 4680 begonnen.“

Laut Otto ist das „ein bedeutender Meilenstein im Hinblick auf die Verbesserung der Technologie und der Kosteneffizienz“. Mit der Trockenbeschichtung werden einige, besonders energieintensive Arbeitsschritte in der Elektrodenherstellung eingespart, was nicht nur die Produktionsanlagen verkleinert und günstiger macht, sondern auch die benötigte Reinraum-Fläche erheblich reduziert – was wiederum Kosten und Energie spart.

Zuletzt hatte Tesla offenbar eine Art Hybrid-Zelle verwendet: Die Anode, eine mit Graphit beschichtete Kupferfolie, konnte bereits im Trockenbeschichtungs-Verfahren hergestellt werden. Bei der komplexeren Kathode, bei der eine Mischung der Aktivmaterialien auf eine Aluminiumfolie aufgetragen wird, sollen noch eingekaufte, nass beschichtete Kathoden von LG zum Einsatz gekommen sein. Wie nahe Tesla an einer Produktion der Trocken-Kathoden in größeren Stückzahlen ist, geht aus dem LinkedIn-Post zu dem ersten Testfahrzeug nicht hervor.

weixin.qq.com (auf Chinesisch), teslarati.com, theinformation.com (Paywall), electrek.co (alle 4680-Zellen), electrek.co (Mangan-Kathode), linkedin.com (Update)