Teslas 4680: lasergeätzte „tablose“ Folien ließen eine größere Zelle kühler statt heißer laufen

Am Battery Day am 22. September 2020 stellten Elon Musk und Drew Baglino die 4680 vor: eine zylindrische Zelle mit 46 mm Durchmesser und 80 mm Höhe, etwa sechs Mal das Volumen der Panasonic-2170-Zellen, die damals Teslas Fahrzeuge antrieben, und für die Fertigung im eigenen Haus vorgesehen. Der Sinn des Größerwerdens liegt in der Verpackung: Shirley Meng von der UC San Diego merkte an, dass große Formate das inaktive Material um jede Zelle herum reduzieren, sodass die Energiedichte auf Packebene steigt und die Kosten sinken. Tesla behauptete, das neue Design würde die Kosten pro Kilowattstunde um 56 Prozent senken.

Der Haken ist die Fahne. In jeder EV-Zelle führen dünne Kupfer- und Aluminium-Kollektorfolien den Strom über kleine angeschweißte Fahnen nach außen, und diese Fahnen behindern die Zelle: Sie verbrauchen beschichtete Fläche, erfordern spezialisierte Ultraschallschweißungen und bündeln den gesamten Strom auf einen Punkt, was mit wachsender Zellgröße schlimmer wird. Die herkömmlichen Lösungen – mehr Fahnen, größere Schweißnähte oder einfach keine größeren Zellen zu bauen – kosten jeweils zusätzlich oder lassen die Einschränkung bestehen.

Teslas Antwort war, gar keine Fahne zu haben. Baglino beschrieb das Laserstrukturieren der Kollektorfolien, sodass sie Dutzende Verbindungen zur Elektrode halten – die „shingled spiral“, die auf den Battery-Day-T-Shirts gedruckt war. „Die Strecke, die das Elektron zurücklegen muss, ist viel kürzer“, sagte Musk: Obwohl die Zelle größer ist, habe sie ein besseres Leistungs-Gewichts-Verhältnis. Greg Less, der das Battery Lab der University of Michigan leitet, bestätigte die Logik – das Entfernen der Fahnen setzt mehr beschichtete Fläche frei und erhöht die Kapazität, ohne sonst etwas zu ändern.

Die Folien so per Laser schneiden, dass der gesamte Rand zur Fahne wird

Der Widerstand wächst mit der Länge des Strompfads; verteilt man die Sammlung über den gesamten Elektrodenrand, kollabiert dieser Pfad, egal wie breit die Dose wird.

Fahnen verschwenden beschichtete Fläche und verlangen eine Präzisionsschweißung an jeder Folie; ihr Wegfall entfernt einen langsamen, fehleranfälligen Schritt aus der Montagelinie.

Größere Zellen bedeuten weniger Zellen pro Pack – weniger Gehäuse, Schweißnähte und Busverbindungen, wo die Kosten und die inaktive Masse tatsächlich liegen.

Der Trick ist reine Geometrie: Das Leistungs-Gewichts-Verhältnis der Zelle verbessert sich, während Chemie, Beschichtungen und Lieferanten gleich bleiben.

Finde das Teil, das das Skalieren stoppt, und entferne es. Die angeschweißte Fahne, die einer Laptop-Zelle diente, wurde bei 46 mm zum Engpass; ihr Wegfall verwandelte eine Fertigungsbeschränkung in einen Leistungsvorteil.

Die Hochlaufphase war langsamer als die Ankündigung: Tesla kämpfte 2022 und 2023 mit Engpässen bei der Trockenelektrode. In der Telefonkonferenz zum ersten Quartal 2023 sagte Baglino, Tesla produziere nicht nur die tablose Zelle der ersten Generation, sondern „eine zweite, besser fertigbare Version“ im Gigafactory Texas, mit einer Produktionssteigerung von 50 Prozent gegenüber dem Vorquartal und einem um 25 Prozent gesenkten Stückkosten im Quartal. Die Zelle ermöglichte zudem das Strukturpack – Zellen als Fahrzeugboden –, dem ein um 50 Prozent niedrigerer Kapitalaufwand und eine um 66 Prozent kleinere Fabrik pro GWh zugeschrieben werden; das Model Y aus Texas wurde zuerst damit ausgeliefert, dann der Cybertruck.