Dalla Gigafactory di Shanghai spunta la strategia duale Tesla sulle batterie


L’autore di PushEVs.com spiega come Tesla ancora una volta stia dimostrando quale sia la strategia più intelligente per raggiungere una massa critica nelle auto elettriche

In Cina Tesla utilizzerà due chimiche molto diverse per Model 3. Una per fornire il costo più basso e la disponibilità più ampia e un’altra per dare la migliore autonomia.

In questo articolo vedremo perché la nuova strategia Tesla sulle batterie sarà probabilmente adottata da altre case auto. Un preavviso: questo è il genere di articolo che mi piace scrivere, e sarà lungo…

Iniziamo approfondendo le differenze sulle più popolari chimiche delle batterie odierne, per capire la scelta Tesla.

Anodi: anodi LTO (litio-titanato) vengono di solito combinati con catodi NCM. Le loro caratteristiche si adattano meglio ai sistemi di accumulo ESS (Energy Storage Systems), poiché contribusicono a rendere le batterie più grandi, pesanti e costoso. Tuttavia sono estremamemente sicure e durano a lungo.

LTO (Lithium Titanate Oxide)
Densità di energia: (★) 1/5
Potenza: (★★★★★) 5/5
Durata: (★★★★★) 5/5
Sicurezza: (★★★★★) 5/5
Costo: (★) 1/5

Catodi: nelle auto elettriche ci si è focalizzati sul miglioramento dei catodi. Questi sono stati abitualmente abbinati con anodi in grafite, ma più di recente è stata utilizzata una miscela di grafite e silicio per raggiungere una densità di energia più alta. Tuttavia l’uso del silicio si sconta nella durata ridotta, a causa della tendenza dell’anodo a dilatarsi.

LFP (Lithium Ferro Phosphate)
Densità di energia: (★★) 2/5
Potenza: (★★★★) 4/5
Durata: (★★★★) 4/5
Sicurezza: (★★★★★) 5/5
Costo: (★★★★) 4/5

LFMP (Lithium Ferro Manganese Phosphate)
Densità di energia: (★★★) 3/5
Potenza: (★★★★) 4/5
Durata: (★★★★) 4/5
Sicurezza: (★★★★★) 5/5
Costo: (★★★★★) 5/5

NCM 333 o 111 (Lithium Nickel Cobalt Manganese)
Densità di energia: (★★★) 3/5
Power density: (★★★) 3/5
Durata: (★★★★) 4/5
Sicurezza: (★★★★) 4/5
Costo: (★★) 2/5

NCM 523 (Lithium Nickel Cobalt Manganese)
Densità di energia: (★★★★) 4/5
Power density: (★★★) 3/5
Durata: (★★★) 3/5
Sicurezza: (★★★) 3/5
Costo: (★★★) 3/5

NCM 622 (Lithium Nickel Cobalt Manganese)
Densità di energia: (★★★★) 4/5
Potenza: (★★★) 3/5
Durata: (★★★) 3/5
Sicurezza: (★★★) 3/5
Costo: (★★★) 3/5

NCM 712 (Lithium Nickel Cobalt Manganese)
Densità di energia: (★★★★★) 5/5
Potenza: (★★) 2/5
Durata: (★★) 2/5
Sicurezza: (★★) 2/5
Costo: (★★★★) 4/5

NCM 811 (Lithium Nickel Cobalt Manganese)
Densità di energia: (★★★★★) 5/5
Potenza: (★★) 2/5
Durata: (★★) 2/5
Sicurezza: (★★) 2/5
Costo: (★★★★) 4/5

NCA (Lithium Nickel Cobalt Aluminium)
Densità di energia: (★★★★★) 5/5
Potenza: (★★★) 3/5
Durata: (★★★) 3/5
Sicurezza: (★★) 2/5
Costo: (★★★★) 4/5

Adesso che conoscete i proncipali vantaggi e svantaggi delle più popolari chimiche usate nelle batterie è facile indovinare su quali cadrà la scelta Tesla per scopi differenti…

Tesla Model 3 Standard Range

Per la Model 3 Standard Range in Cina, Tesla userà celle LFMP per le batterie di CATL. LFMP è un recente miglioramento apportato alle celle LFP (LiFePO4). Non solo queste batterie non richiedono cobalto, il che significa costo più basso e maggiore disponibilità, non hanno bisogno di un TMS (Thermal Management System) particolarmente complesso, dal momento che sono molto sicure.

E ora vediamo cosa possiamo attenderci…

Celle LFMP
Densità di energia gravimetrica: 200 Wh/kg
Densità di energia volumetrica: 417 Wh/L
Durata: 4.000 cicli
Costo (a livello pacco): €80 al kWh
Esempi: ETC

Con le celle LFMP, Tesla può mettere sulla Model 3 una batteria da 50 kWh per €4.000 in grado di affrontare 4.000 cicli completi di carica/scarica prima di raggiungere il suo EoL (End of Life). Il suo fine vita è raggiunto quando la batteria conserva soltanto l’80% della sua capacità iniziale. Questo significa, qualora una nuova Tesla Model 3 Standard Range avesse una autonomia di 300 chilometri, che dopo 4.000 cicli e 1.080.000 km [(300 + 240) / 2 x 4.000] il range sarebbe ancora 240 chilometri.

Ipotetica batteria LFMP Tesla Model
Costo: €4.000
Capacità: 50 kWh
Autonomia: 300 km da nuova, 240 km dopo 1.080.000 km

Tesla Model 3 Long Range

In Cina per la Model 3 Long Range, Tesla userà una chimica del catodo ad alto contenuto di nickel (NCM 712, NCM 811 or NCA), probabilmente di LG Chem. Queste celle per batterie offrono la migliore densità di energia, che consente una più elevata autonomia. Tuttavia queste richiedono in parte cobalto, il che rende il loro costo maggiore e la disponibilità inferiore.
E adesso vediamo che cosa ci aspetta…

Celle NCM 811
Densità di energia gravimetrica: 300 Wh/kg (50 % more than LFMP)
Densità di energia volumetrica: 700 Wh/L (68 % more than LFMP)
Durata: 1.000 cicli
Costo (a livello pacco): €100 al kWh
Esempi:
Zenlabs
Envision AESC
CATL

Con le celle NCM 811 Tesla può mettere su una Model 3 una batteria da 75 kWh a €7.500 che superi 1.000 cicli completi di carica/scarica prima di raggiungere il raggiungere il suo fine vita. Poiché l’EoL è raggiunto quando alla batteria è rimasto soltanto l’80% della sua capacità originale, questo significa che nel caso una nuova Tesla Model 3 Long Range avesse un’autonomia media di 450 chilometri, dopo 1.000 cicli e 405.000 chilometri [(450 + 360) / 2 x 1.000] l’autonomia disponibile sarebbe ancora di 360 chilometri.

Ipotetica batteria MCM 811 Tesla Model
Costo: €7.500
Capacità: 75 kWh
Autonomia: 450 km da nuova, 360 km dopo 405.000 km

Come avete potuto vedere, usare due differenti chimiche di batterie consentirebbe a Tesla di offrire ai suoi clienti una scelta tra la migliore autonomia ed il miglior costo. Inoltre usare diversi fornitori e materie prime renderebbe Tesla meno esposta ad avere problemi di capacità produttiva. Questa strategia dovrebbe essere adottata da ogni casa auto. Essere legati a un numero limitato di fornitori e/o materie prime non è molto saggio.

Nissan

Attualmente la Nissan Leaf è disponibile agli ordini con due diversi pacchi batterie, ma entrambi usano le stesse identiche celle Envision AESC. Il pacco batteria da 40 kWh è fatto con 192 (2p96s) celle NCM 523, mentre il pacco con capacità da 62 kWh è formato da 288 celle (3p96s). Più avanti nel corso dell’anno, ci si attende che Nissan aggiorni le batterie con celle NCM 811.

Volkswagen

La Volkswagen ID.3 sarà proposta con batterie di tre differenti capacità: la versione mid range userà celle NCM 622, mentre la versione long range impiegherà il tipo NCM 811. C’è una chance che la versione con autonomia standard possa usare celle LFMP, ma finora è solo una possibilità priva di conferme…

Sarebbe bello avere almeno una opzione per un pacco batterie con celle cobalt-free, che sono fatte con materie prime abbondandantemente accessibili, il che le renderebbe economiche e prontamente disponibili per aumentare la produzione.

L’arrivo della versione entry-level della ID.3 è atteso per il prossimo anno e costerà meno di €30.000. Con una batteria da 48 kWh (di cui 45 kWh usabili) si ottiene una autonomia WLTP di 330 km. Se Volkswagen ci mettesse una batteria LFMP della CATL, sarebbe altamente redditizia e mi aspetterei un livello di produzione molto alto (potrebbe sorpassare la Tesla Model 3).

La proiezione dei costi espressi in Euro per kWh per celle e sistemi di batterie sostenuti dal gruppo Volkswagen tra 2013 e 2020. (credito immagine: PushEVs.com)

Ciò nonostante, già quest’anno anche con celle che richiedono ancora una parte di cobalto, Volkswagen si aspetta di raggiungere un costo al kWh al di sotto dei €100 (al livello pacco batteria), che è molto buono e probabilmente secondo solo a Tesla.

Per riassumere, fino quando non avremo la batteria perfetta (alta densità di energia con materie prime abbondanti) ogni auto elettrica dovrebbe essere offerta con due diversi pacchi batterie. Uno realizzato con materie prime disponibili ed economiche per offrire il miglior costo ed accessibilità, e un altro pacco a più elevata densità di energia che offra la migliore autonomia ad un costo più alto e con una produzione più limitata.

Ad esempio, secondo questa strategia la mia auto elettrica da città favorita, Renault Zoe, potrebbe essere disponibile con una batteria LFMO da 40 kWh ed una batteria NCM 811 da 60 kWh. Con una batteria LFMP da 40 kWh la Zoe non solo avrebbe per Renault costi di produzione minori della sua controparte termica (Clio), potrebbe anche raggiungere gli stessi livelli di produzione, dal momento che le materie prime necessarie sono abbondanti.

Ipotetica batteria LFMP Renault Zoe
Costo: €3.200 euros (€3.840 con un margine del 20%)
Capacita: 40 kWh
Autonomia WLTP: 300 km da nuova, 240 km dopo 1.080.000 km

Grazie alla sua eccellente durata, questa sarebbe l’opzione di batteria perfetta per l’uso con la tecnologia V2G (Vehicle-to-Grid). Di fatto potrebbe essere la sola chimica per batterie che renda razionale l’implementazione della tecnologia V2G.

Ipotetica batteria NCM 811 Renault Zoe
Costo: €6.000 (€8.400 con un margine del 40%)
Capacità: 60 kWh
Autonomia WLTP: 450 km da nuova, 360 km dopo 405.000 km

La batteria con maggiore densità di energia dovrebbe essere considerata una opzione premium e venduta con un margine di profitto più elevato.

Non vedo l’ora di vedere quale casa auto sarà la prima a rendere disponibile l’opzione di una pacco batterie senza cobalto, in Europa o Nord America. Posso indovinare che sia una che ha già legami con CATL, quindi probabilmente Tesla, Volkswagen o PSA.

Credito foto di apertura:

N.B. L’articolo originale si può leggere integralmente su PushEVs.com.

Pedro Lima

Pedro Lima, esperto portoghese di batterie ed auto elettriche, è il fondatore del seguito blog PushEVs.com.