Arkiv / Teknik

Tesla Battery Day, eller i väntan på Godot…

Creative commons license

Vi är nog många som väntat på Tesla Battery Day. I april meddelades det att Tesla hade ’a lot to talk about’ när det kommer till batterier [1]. Dock har eventet skjutits på framtiden ett flertal gånger nu under våren. Först skulle dagen vara under första kvartalet, sedan i april, sedan mitten av maj och nyligen twittrade Elon Musk att ”tentative date” för Tesla Battery Day är den 15 september [2].

Vad som skulle avhandlas på Tesla Battery Day är okänt och har debatterats en del: planer för framtida batterilösningar, ny packdesign, ny celldesign eller cellkemi, produktionsplaner, mer kostnadsfördelar, samarbeten, forskningsframsteg, osv.? Att det skulle vara något utöver det vanliga är väl de flesta ense om. Mycket troligt är egen celldesign och cellproduktion. Under 2019 hölls ett likande event – Tesla Autonomy Day – där företaget berättade om sina planer kring självkörande fordon.

Men det händer ändå en del kring batteriutvecklingen hos Tesla och omEV försöker sammanfatta läget i väntan på 15 september…

Roadrunner – battericeller för kostnadsreduktion och ökad energitäthet

Så sent som i mars sammanfattade omEV läget kring Teslas batteriaktiviteter med ny packdesign m.m. . Då hoppades vi ju på att få mer detaljer om Roadrunner – projektet för att få fram en egen massproducerad battericell kapabel till “a 1-million mile battery”. En kostnad på under 100 USD/kWh (pack) är ett av målen för att nå prisparitet med en bensinbil. Målet ska nås genom ett antal aktiviteter: ökad energitäthet, teknologiska framsteg (t.ex. sammanfoga celler utan traditionella kablar), storskalig produktion, osv.

Tillsammans med ett forskningsteam vid ett kanadensiskt universitet (professor Jeff Dahn vid University of Dalhousie) och teknologin Tesla förvärvade i och med köpet av Maxwell Technologies tror Teslas interna team på kostnads- och prestandafördelar. Tekniken bygger på ’dry electrodes’ och man tror att 500 Wh/kg på cellnivå kan nås 2027/2028 [3].

I dagarna har nya detaljer dykt upp genom ett dokument som staden Fremont publicerat [4]. Tesla har ansökt om att få bygglov till en andra våningsplan på deras anläggning Tera för att rymma ny produktionsutrustning så väl som forskningsutrustning. Om Tesla kommer göra detta tillsammans med en partner framgår dock inte.

Nya patent banar vägen

Tesla har under våren lämnat in ett nytt patent kring en cylindrisk celldesign. Enligt ett uttalande från Elon Musk är detta “way more important than it sounds.” [5]

Den nya designen, tillsammans med tunnare strömuppsamlare, skulle göra att den inre resistansen i cellerna minskar samtidigt som energitätheten ökar.

Men även batterikemin är i fokus för Teslas patent – en ny katod – och kommer troligtvis att användas i de egna cellerna [6]. Den nya battericellen är en Li-joncell baserad på NMC532 (dvs. 50% Ni, 30% Mn och 20% Co) i kombination med en ny elektrolyt. Patentportföljen innehåller även en ny tvåstegsmetod för att syntetisera och litiera NCA-elektroder.

Ny celldesign – kombination av batteriteknologierna Li-jon och Li-metall

Men det stannar inte här. Tillsammans med forskarteamet i Kanada har Tesla publicerat forskningsresultat om ett cellkoncept som är en hybrid mellan en Li-joncell och en Li-metall-cell [7] – en cell som beskrivs som en range extender för elbilar [8]. Cellen används som en Li-joncell mestadels av tiden – all kapacitet används inte. Vid väl valda tillfällen kan man utnyttja hela cellens kapacitet utan att förkorta livslängden. Tesla menar att räckvidden skulle kunna förlängas från 400 till 480 km, men att använda cellen som en ’vanlig’ Li-joncell skulle ge en räckvidd på ca. 300 km [8].

Den nya cellen beskrivs som att ta det bästa av två världar: lång cyklingslivslängd och hög energitäthet i en och samma cell. Anoden är en kombination av grafit och metalliskt litium. För att få användningen av cellen mer stabil består elektrolyten av två olika salter.

Dock återstår lång väg tills cellen finns i massproduktion.

Terafactory – större fabriker för nya cellerna?

Även om Tesla nya batterier baseras på förbättrade kemier, celldesign, högre energitäthet och lägre interna resistanserna i cellerna är det även nya produktionsmetoder av cellerna som verkar attrahera. Tesla har planer på att implementera nya produktionsprocesser som är effektiva och kraftigt automatiserade för att reducera lönekostnaderna och öka produktionskapaciteten – terafactory – en fabrik ca. 30 gånger större än Gigafactory i Nevada [9]. I denna anläggning ska även återvinning av Ni, Co och Li ingå (red.anm.: likt Northvolts planer), men även anpassning för återanvändning av celler i olika nätapplikationer.

Tre år till med Panasonic och grönt ljus för LFP-celler i Kina

Tesla och Panasonic har signerat ett nytt treårskontrakt gällande de volymer av celler som Panasonic ska förse Tesla med från Gigafactory 1 i Nevada [10]. Avtalet gäller fram till 31 mars 2023. Genom åren har Panasonic varit enda leverantören av celler till Model S och Model X. För Model 3 och Model Y har visserligen Panasonic också levererat celler till. Gigafactory 1 i Nevada visade svarta siffror för första gången nu under första kvartalet 2020 [11].

Samarbetet mellan Panasonic och Tesla har inte varit helt problemfritt. I alla fall inte vad som har rapporterats utåt. Tesla har bland annat anklagat Panasonic att inte leverera tillräckligt med celler och därmed försenade introduktionen av Model 3 [12]. Panasonic har även fått höra att de inte vill investera i Gigafactory 3 i Kina, något som Tesla hävdade att de kommit överens om, och detta har lett till samarbetet med CATL och LG Chem. Och nu att Tesla verkar sjösätta sin egen battericell kan inte göra samarbetet med Panasonic lättare. Men nu verkar Panasonic och Tesla arbeta med att förbättra battericellerna, enligt ett uttalande från Panasonic [13].

I Kina har Tesla fått statligt godkännande för att bygga Model 3 utrustade med LFP-celler [14]. Dock framgår det inte vem som kommer att leverera cellerna. Men mycket tyder på att det är CATL med tanke på de båda företagens tidigare kommunikation [15].

Egna kommentarer

Det enda vi kan räkna med när det kommer till Tesla Battery Day är att dagen kommer ge oss svar på många frågor. Under våren har ett antal rykten florerat: ’egen’ cell? ’1 million-mile battery? Terafactory för celler till fordon och stationära tillämpningar? ny packdesign (igen)? packkostnad under 100 USD/kWh? retrofit och återanvändning av batteripack?

Denna typ av frågor har funnits i debatten och det som känns mest troligt är att produktionsaspekterna och råvarutillgångar är viktigare än prestandaförbättringar, i alla fall om prisbilden ska se lovande ut och att framtida produktionsvolymer är säkrade.

Gigafactory 1 kommer troligtvis visa på röda siffror för andra kvartalet 2020 då fabriken stängts pga. pandemin. Och 31 mars 2023 blir en deadline att följa – kommer Tesla klara sig utan Panasonic? Kommer vi redan 15 september 2020 förstå konsekvenserna? Kommer Tesla Battery Day vara 15 september? Eller väntar vi på Godot, igen?

Referenser

[1] Elon Musk: Tesla’s upcoming event will focus on batteries, not powertrain — ‘a lot to talk about’ (länk)

[2] Elon Musk on Twitter (länk)

[3] Can Tesla batteries cost less than 100 dollars per kWh? (länk)

[4] Tesla plans battery manufacturing facility under project ’Roadrunner’: document (länk)

[5] Tesla patents a new battery cell that Elon Musk hypes as ‘way more important than it sounds’ (länk)

[6] Tesla patents a new electrode for its 1-million-mile battery (länk)

[7] Cycling Lithium Metal on Graphite to Form Hybrid Lithium-Ion/Lithium Metal Cells (länk)

[8]  Tesla researchers publish work on hybrid battery enabling all-electric car range extender (länk)

[9] Tesla’s secret batteries aim to rework the math for electric cars and the grid (länk)

[10] Tesla signs three-year pricing deal with battery cell maker Panasonic (länk)

[11] Tesla & Panasonic battery cell factory profitable (länk)

[12] Tesla and Panasonic freeze spending on $4.5bn Gigafactory (länk)

[13] Panasonic sees strong demand from Tesla, in talks to expand Nevada battery plant (länk)

[14] Tesla wins China approval to build Model 3 vehicles with LFP batteries: ministry (länk)

[15] China’s CATL signs battery supply agreement with Tesla (länk)