Le secret qui se cache derrière l’objectif d’Elon Musk de vendre 20 millions de Tesla par an d’ici 2030 réside dans sa technologie de batterie pionnière. La bonne nouvelle, c’est qu’en utilisant des cellules plus grandes et un nouveau procédé de revêtement à sec des électrodes, Tesla pourrait réduire de moitié le coût d’une batterie de modèle Y, ce qui permettrait d’économiser plus de 8 % du prix de départ de la voiture aux États-Unis, ont déclaré des experts en batteries ayant des liens avec la société.
La mauvaise nouvelle est qu’elle n’en est qu’à mi-chemin, selon 12 experts proches de Tesla ou connaissant bien sa nouvelle technologie. Cela s’explique par le fait que la technique de revêtement à sec utilisée pour produire les plus grandes cellules de la batterie 4680 de Tesla est si nouvelle et si peu éprouvée que l’entreprise a du mal à augmenter la production au point où les économies importantes se font sentir, ont déclaré les experts à Reuters.
« Ils ne sont tout simplement pas prêts pour la production de masse », a déclaré l’un des experts proches de Tesla. Néanmoins, les gains que Tesla a déjà réalisés en réduisant les coûts de production des batteries au cours des deux dernières années pourraient contribuer à accroître ses bénéfices et à renforcer son avance sur la plupart de ses rivaux dans le domaine des véhicules électriques (VE).
Les investisseurs considèrent que les améliorations promises par M. Musk en matière de coût et de performances des batteries sont essentielles pour que Tesla puisse entrer dans une ère où elle pourra vendre un véhicule électrique à 25 000 dollars en réalisant des bénéfices, et avoir de meilleures chances d’atteindre ses objectifs pour 2030.
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Les systèmes de batterie sont l’élément le plus coûteux de la plupart des véhicules électriques. La fabrication de packs performants à moindre coût est donc essentielle pour produire des voitures électriques abordables, capables de rivaliser avec leurs concurrentes à moteur à combustion au niveau des prix d’achat.
Tesla est l’un des rares grands constructeurs automobiles à produire ses propres batteries de VE et, en fabriquant les cellules du modèle Y dans des usines américaines, le SUV restera admissible aux crédits d’impôt américains alors que de nombreux VE rivaux pourraient ne plus y avoir droit.
Parmi les 12 experts en batteries avec lesquels Reuters s’est entretenu, neuf ont des liens étroits avec Tesla et trois d’entre eux ont examiné de près et de loin les nouvelles et anciennes technologies de batteries de Tesla en les démontant. Tesla n’a pas répondu aux demandes de commentaires.
« IL VA RÉSOUDRE LE PROBLÈME
Les sources prévoient que Tesla aura du mal à mettre pleinement en œuvre le nouveau processus de fabrication par revêtement sec avant la fin de cette année, et peut-être même pas avant 2023.
Stan Whittingham, co-inventeur des batteries lithium-ion et lauréat du prix Nobel 2019, estime que le directeur général de Tesla, Elon Musk, a été trop optimiste quant au délai de commercialisation de la nouvelle technique.
« Je pense qu’il va le résoudre, mais pas aussi rapidement qu’il le souhaite. Il faudra un certain temps pour le tester réellement », a-t-il déclaré. En août, M. Musk a déclaré aux actionnaires que Tesla produirait des volumes élevés de batteries 4680 d’ici la fin 2022.
Selon les experts, Tesla n’a pu réduire le coût de la batterie du modèle Y que de 2 000 à 3 000 dollars jusqu’à présent, soit environ la moitié des économies que Tesla avait prévues pour la batterie 4680, qu’elle a dévoilée il y a deux ans.
Mais ces économies sont principalement dues à la conception des nouvelles cellules 4680, qui sont plus grandes que celles de la batterie 2170 actuelle de Tesla, ont-ils précisé. Mais le cœur de la campagne de réduction des coûts est la technologie de revêtement à sec, que Musk a décrite comme révolutionnaire mais difficile à mettre en œuvre.
Selon les sources, il devrait permettre de réaliser jusqu’à la moitié des 5 500 dollars d’économies que Tesla espère obtenir, en réduisant les coûts de fabrication et les dépenses d’investissement ponctuelles.
Tesla a acquis ce savoir-faire en 2019 lorsqu’elle a payé plus de 200 millions de dollars pour Maxwell Technologies, une entreprise de San Diego fabriquant des supercondensateurs, qui stockent l’énergie pour les appareils qui ont besoin de rafales d’électricité rapides, comme les flashs des appareils photo.
S’appuyant sur la technologie de Maxwell, Tesla a commencé à fabriquer 4680 piles sèches cette année, d’abord dans le cadre d’un projet pilote près de son usine de Fremont, en Californie, et plus récemment dans son nouveau siège mondial à Austin, au Texas.
LE MEILLEUR DE SA CATÉGORIE
Cette technologie permet à Tesla d’abandonner l’ancien procédé de revêtement par voie humide, plus complexe et plus coûteux. Elle est coûteuse car elle nécessite une quantité importante d’électricité, de machines, d’espace d’usine, de temps et une main-d’œuvre importante.
Pour revêtir les électrodes par voie humide, les fabricants de piles mélangent les matériaux avec des solvants liants toxiques. Une fois revêtues, les électrodes sont séchées dans d’énormes fours, et les solvants toxiques qui s’évaporent au cours du processus sont récupérés, traités et recyclés, ce qui augmente le coût.
Avec la nouvelle technologie, les électrodes sont enduites à l’aide de différents liants en utilisant peu de liquides, de sorte qu’elles n’ont pas besoin d’être séchées. Cela signifie qu’elle est moins chère, plus rapide et aussi moins dommageable pour l’environnement. En raison de sa simplicité, ce procédé permet à Tesla de réduire d’un tiers les dépenses d’investissement et de réduire l’empreinte d’une usine et sa consommation d’énergie à un dixième de ce qui serait nécessaire pour le procédé humide, a déclaré Tesla.
Mais l’entreprise a eu des difficultés à commercialiser le processus, selon les sources. Maxwell a mis au point son procédé de revêtement à sec pour les supercondensateurs, mais le problème du revêtement des électrodes des batteries des véhicules électriques est qu’elles sont beaucoup plus grandes et plus épaisses, ce qui rend difficile un revêtement de qualité constante à des vitesses de production de masse.
« Ils peuvent produire en petit volume, mais lorsqu’ils ont commencé à produire en grand volume, Tesla s’est retrouvé avec de nombreux rejets, trop nombreux », a déclaré à Reuters l’une des sources ayant des liens avec Tesla.
Les rendements de production étaient si faibles que toutes les économies de coûts prévues par le nouveau procédé ont été perdues, selon la source. Si tous les gains d’efficacité potentiels liés au revêtement à sec et aux cellules plus grandes sont réalisés, le coût de fabrication du bloc de batteries 4680 du modèle Y devrait tomber entre 5 000 et 5 500 dollars, soit environ la moitié du coût du bloc 2170, selon les sources.
L’augmentation du coût des matériaux et de l’énergie des batteries compromet toutefois ces prévisions, et Tesla n’a pas encore été en mesure d’améliorer de manière significative la densité énergétique de la nouvelle batterie ou la quantité d’énergie qu’elle embarque, comme l’a promis M. Musk.
Pourtant, malgré ces facteurs, les économies que Tesla devrait réaliser feront de la batterie 4680 la « meilleure de sa catégorie » dans un avenir prévisible, selon une source.
BULKING UP
Une grande partie des économies de 2 000 à 3 000 dollars réalisées jusqu’à présent avec la batterie 4680 provient d’autres améliorations, et l’utilisation de cellules plus grandes s’est avérée particulièrement efficace, selon les experts.
Les 4680 cellules sont 5,5 fois plus grandes en volume que les 2170 cellules. Les anciennes cellules cylindriques mesurent 21 mm de diamètre et 70 mm de hauteur, d’où leur nom. Les cellules 4680 ont un diamètre de 46 mm et une hauteur de 80 mm.
Avec l’ancienne technologie, Tesla a besoin d’environ 4 400 cellules pour alimenter le Model Y et il y a 17 600 points à souder – quatre par cellule – pour créer un pack qui peut être intégré dans la voiture, ont indiqué les sources.
Le pack de batteries 4680 ne nécessite que 830 cellules et Tesla a modifié la conception de manière à ce qu’il n’y ait que deux points de soudure par cellule, ce qui réduit la soudure à 1 660 points et permet de réaliser d’importantes économies.
La conception plus simple signifie également qu’il y a moins de connecteurs et d’autres composants, ce qui a permis à Tesla d’économiser davantage sur les coûts de main-d’œuvre et le temps de machine.
Une autre source d’efficacité a été le boîtier extérieur beaucoup plus robuste de la grande cellule. Tesla peut maintenant coller les cellules ensemble avec de l’adhésif pour former un ensemble rigide en forme de nid d’abeille qui est ensuite relié directement à la structure interne de la carrosserie de la Model Y.
Cela élimine l’étape intermédiaire consistant à regrouper les cellules en modules plus grands qui sont ensuite installés dans un bloc de batteries traditionnel, ont indiqué les sources.
En adoptant cette conception « de la cellule au véhicule », Tesla peut réduire le poids d’un pack de batteries traditionnel de 1 200 livres de 55 livres ou plus, ce qui représente une économie de 500 à 600 dollars par pack, selon l’une des sources.
Mais la maîtrise de la technique d’enduction à sec reste le Saint-Graal. « L’augmentation du volume de la cellule de la batterie a beaucoup aidé à améliorer l’efficacité, mais faire pression pour obtenir une réduction de 50 % du coût de la cellule dans son ensemble est une autre affaire », a déclaré une source. « Cela dépendra de la capacité de Tesla à déployer avec succès le processus de revêtement à sec dans une usine ».
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