焦虑的汽车“祖师爷”：德国人开拆比亚迪、特斯拉动力电池

颠颠

汽车“祖师爷”德国在新能源汽车浪潮中显露颓势，2024年其纯电动车销量同比暴跌27%，技术转型滞后与成本困境令德国汽车工业遭受双重挤压。焦虑的德国工程师们不得不逆向拆解来自中美两大汽车巨头电动车的“心脏”——动力电池，学习先进经验。
当地时间3月7日，Cell Reports Physical Science期刊最新发表的论文中，德国亚琛工业大学研究团队对特斯拉“4680电池”与比亚迪“刀片电池”的系统性拆解。他们重点研究了每种电池的具体设计和性能特征。他们评估了电池的机械设计和尺寸、电极的材料成分，以及电池的电学和热性能，还推导了组装电池的过程和电池材料成本。
最终，德国人发现：特斯拉的电池优先考虑高能量密度和性能，而比亚迪的电池优先考虑体积效率和低成本材料。总的来说，研究表明比亚迪的电池效率更高，因为它更容易进行热管理。

机械设计：黏合创新VS结构革新  
拆电池后，德国人发现，特斯拉在其4680电池中采用新型黏合剂固定电极活性材料，与行业主流方案相比展现出显著创新。该黏合剂在维持电极结构完整性的同时，支持更高能量密度的实现。  
比亚迪则通过结构创新，通过在正负极之间的隔膜边缘实施特殊层压处理，将96层电极片固定为14毫米厚的一体化刀片结构。这种机械设计使电池包空间利用率提升至60%以上，并简化了热管理系统。  

机械结构示意图：(A)BYD刀片电池：Z型折叠堆叠结构；双面绝缘铝壳；侧置可拆卸端子 (B) 特斯拉4680电池：卷绕式极组（jelly roll）；钢制壳体带镍涂层；底部泄压阀设计。

电极堆叠结构：(A) BYD刀片电池：单堆Z型折叠（38正极/39负极）；隔膜层边缘层压密封；塑料导轨固定结构； (B) 特斯拉4680电池：中心空腔卷绕设计；顶部/底部胶带固定；无集流耳结构（tabless设计）。


材料体系：三元锂与磷酸铁锂的成本博弈  
能谱分析显示，特斯拉电池采用高镍三元材料（NMC），能量密度达643Wh/L，但材料成本高出磷酸铁锂（LFP）方案约10欧元/kWh。比亚迪刀片电池使用LFP正极，虽能量密度为355Wh/L，但凭借零钴配方与结构创新，实现每kWh综合成本优势。  
令人意外的是，两家企业的石墨负极均未掺入硅材料。"这在特斯拉电池中尤其值得关注，因为硅基负极被视为提升能量密度的关键路径。"研究负责人Jonas Gorsch表示。

材料构成与成本： (A) 重量分布：BYD刀片电池：活性材料2%，特斯拉4680电池：活性材料7% ；(B) 材料成本：BYD刀片电池：€73.2/kWh，特斯拉4680电池：€83.5/kWh ；*LFP正极材料成本低34%。


制造工艺：殊途同归的激光焊接  
尽管设计理念迥异，两大电池均采用激光焊接技术连接电极箔材，而非行业常见的超声波焊接。研究人员发现，比亚迪刀片电池的激光焊接位点密度比特斯拉低37%，但通过Z型叠片工艺补偿了导电效率。  
在被动组件占比方面，特斯拉4680电池的外壳、集流体等非活性材料占总体积的40%，与比亚迪刀片电池的42%基本持平，揭示出现代动力电池设计的共性挑战。

电气连接技术：(A) BYD刀片电池：极耳超声预焊+激光总线焊接；复合绝缘封装结构 ；(B) 特斯拉4680电池：极组斜切集流结构；六点激光焊接连接；中心空腔极柱焊接。


热性能差异：圆柱与刀片的结构宿命  
充放电测试表明，特斯拉电池单位体积发热量是比亚迪的1.8倍，这与其圆柱结构带来的表面积限制直接相关。比亚迪刀片电池的扁平设计使散热接触面积增加70%，支持更简单的液冷系统布局。  
"在-10℃低温环境中，特斯拉电池的直流内阻增幅达58%，而比亚迪仅22%。"Gorsch指出，"这解释了为何比亚迪敢于在刀片电池中应用无模组技术（CTB）。"  

电性能对比：(A) 直流内阻（20℃,1C）：BYD刀片电池：35mΩ特斯拉4680电池：68mΩ； (B) 体积发热量（1C放电）：特斯拉4680电池发热量是BYD的1倍。


为下一代电池开发提供了实证基准  
该研究首次建立了大尺寸动力电池的完整分析框架，涵盖机械设计、材料体系、制造工艺等23项关键参数。研究数据证实：特斯拉通过材料创新追求极致性能，比亚迪则依托结构设计优化成本效率，两种技术路线分别对应不同市场需求。  
正如Gorsch在论文结论中强调："这些发现为下一代电池开发提供了实证基准，特别是在硅基负极应用、固态电解质集成等前沿领域，必须综合考虑机械设计与电化学性能的协同关系。" 这项来自传统汽车强国的逆向工程研究，或将成为全球动力电池技术演进的重要参照系。  

电池总体数据

liqiang2216

看看

jijianan2006

感谢分享！

com2

谢谢楼主分享！

yzszh64

感谢楼主分享。