La 4680 de Tesla : des feuilles « sans languette » gravées au laser ont rendu une plus grosse cellule plus froide, pas plus chaude

Lors du Battery Day du 22 septembre 2020, Elon Musk et Drew Baglino ont dévoilé la 4680 : une cellule cylindrique de 46 mm de large et 80 mm de haut, soit environ six fois le volume des cellules Panasonic 2170 qui équipaient alors les Tesla, destinée à être fabriquée en interne. L'intérêt d'augmenter le format réside dans le conditionnement : Shirley Meng, de l'UC San Diego, a fait remarquer que les grands formats réduisent la quantité de matériau inactif autour de chaque cellule, ce qui augmente la densité énergétique au niveau du pack et fait baisser le coût. Tesla affirmait que la nouvelle conception réduirait le coût par kilowattheure de 56 pour cent.

Le hic, c'est la languette. Dans chaque cellule de véhicule électrique, de fines feuilles collectrices en cuivre et en aluminium transportent le courant vers l'extérieur via de petites languettes soudées, et ces languettes handicapent la cellule : elles consomment de la surface revêtue, exigent des soudures ultrasoniques spécialisées et concentrent tout le courant en un seul point, ce qui s'aggrave à mesure que la cellule grandit. Les solutions conventionnelles — plus de languettes, des soudures plus grandes, ou simplement ne pas fabriquer de cellules plus grosses — ajoutent chacune du coût ou laissent la contrainte intacte.

La réponse de Tesla a été de n'avoir aucune languette. Baglino a décrit la structuration au laser des feuilles collectrices afin qu'elles comportent des dizaines de connexions à l'électrode — la « spirale en bardeaux » imprimée sur les t-shirts du Battery Day. « La distance que l'électron doit parcourir est bien moindre », a déclaré Musk : même si la cellule est plus grosse, elle a un meilleur rapport puissance-poids. Greg Less, qui dirige le Battery Lab de l'université du Michigan, a confirmé la logique — supprimer les languettes libère davantage de surface revêtue, ce qui augmente la capacité sans rien changer d'autre.

Découper les feuilles au laser de sorte que tout le bord devienne la languette

La résistance augmente avec la longueur du trajet du courant ; répartir la collecte sur tout le bord de l'électrode réduit ce trajet, quelle que soit la largeur du boîtier.

Les languettes gaspillent de la surface revêtue et exigent une soudure de précision sur chaque feuille ; les supprimer élimine une étape lente et sujette aux défaillances de la chaîne d'assemblage.

Des cellules plus grosses signifient moins de cellules par pack — moins de boîtiers, de soudures et de connexions de bus, là où résident réellement le coût et la masse inactive.

L'astuce est purement géométrique : le rapport puissance-poids de la cellule s'améliore tandis que la chimie, les revêtements et les fournisseurs restent les mêmes.

Trouvez la pièce qui empêche la mise à l'échelle et supprimez-la. La languette soudée qui servait une cellule d'ordinateur portable est devenue le goulot d'étranglement à 46 mm ; la supprimer a transformé une contrainte de fabrication en avantage de puissance.

La montée en cadence a été plus lente que le discours : Tesla a affronté des goulots d'étranglement liés à l'électrode sèche tout au long de 2022 et 2023. Lors de la conférence du premier trimestre 2023, Baglino a déclaré que Tesla produisait non seulement la première génération de cellule sans languette, mais aussi « une seconde version plus facile à fabriquer » à la Gigafactory du Texas, avec une production en hausse de 50 pour cent d'un trimestre sur l'autre et un coût unitaire en baisse de 25 pour cent sur le trimestre. La cellule a également permis le pack structurel — les cellules faisant office de plancher du véhicule — crédité d'un coût d'investissement inférieur de 50 pour cent et d'une usine 66 pour cent plus petite par GWh ; le Model Y du Texas en a été le premier équipé, puis le Cybertruck.