テスラの4680：レーザーでエッチングされた「タブレス」箔が、より大きなセルを熱くではなく冷たく動かした

2020年9月22日のバッテリーデーで、イーロン・マスクとドリュー・バグリーノは4680を発表した。直径46mm、高さ80mmの円筒形セルで、当時テスラ車に搭載されていたパナソニック製2170セルの約6倍の体積を持ち、社内で製造される。大型化の狙いはパッケージングにある。カリフォルニア大学サンディエゴ校のシャーリー・メンは、大型フォーマットは各セルの周囲の非活物質を削減するため、パックレベルのエネルギー密度が上がりコストが下がると指摘した。テスラは新設計によりキロワット時あたりのコストを56パーセント削減できると主張した。

問題はタブにある。すべてのEVセルでは、薄い銅とアルミニウムの集電箔が小さな溶接タブを通じて電流を外部へ運ぶが、これらのタブはセルを妨げる。塗布面積を消費し、特殊な超音波溶接を必要とし、すべての電流を一点に集中させるため、セルが大きくなるほど悪化する。従来の対策——タブを増やす、溶接を大きくする、あるいは単にセルを大きくしない——はいずれもコストを追加するか、制約をそのまま残す。

テスラの答えは、タブを一切持たないことだった。バグリーノは集電箔をレーザーパターニングして電極への数十の接続を保持する方法を説明した。バッテリーデーのTシャツに印刷された「重ね合わせスパイラル」である。「電子が移動しなければならない距離ははるかに短い」とマスクは述べた。セルは大きくなっても、出力重量比は向上する。ミシガン大学バッテリーラボを運営するグレッグ・レスはこの論理を確認した——タブを取り除くことでより多くの塗布面積が解放され、他を変えずに容量が増える。

箔をレーザー切断し、縁全体をタブにする

抵抗は電流経路の長さとともに増大する。電極の縁全体に集電を分散させれば、缶がどれだけ広くなってもその経路は崩れる。

タブは塗布面積を浪費し、すべての箔に精密溶接を要求する。それらを取り除くことで、組立ラインから遅く故障しやすい工程が削除される。

セルが大きくなればパックあたりのセル数が減る——ケーシング、溶接、バス接続が減り、コストと非活物質質量が実際に存在するのはそこである。

このトリックは純粋な幾何学である。化学、コーティング、サプライヤーは同じままで、セルの出力重量比が向上する。

スケーリングを止める部品を見つけて削除する。ラップトップセルに使われていた溶接タブは46mmでボトルネックになった。それを取り除くことで、製造上の制約が出力上の利点に変わった。

立ち上げは宣伝より遅かった。テスラは2022年から2023年にかけて乾式電極のボトルネックと戦った。2023年第1四半期の電話会議でバグリーノは、テスラが第一世代のタブレスセルだけでなく「より製造しやすい第二のバージョン」をギガファクトリー・テキサスで生産しており、生産量は前四半期比50パーセント増、単位コストは四半期で25パーセント減ったと述べた。このセルは構造的パック——車両の床としてのセル——も可能にし、資本コスト50パーセント削減とGWhあたり66パーセント小型の工場をもたらしたと評価されている。テキサス製モデルYが最初に搭載し、次にサイバートラックが続いた。