焦慮的汽車「祖師爺」：德國人開拆比亞迪、特斯拉動力電池

轉自：澎湃新聞

汽車「祖師爺」德國在新能源汽車浪潮中顯露頹勢，2024年其純電動車銷量同比暴跌27%，技術轉型滯后與成本困境令德國汽車工業遭受雙重擠壓。焦慮的德國工程師們不得不逆向拆解來自中美兩大汽車巨頭電動車的「心臟」——動力電池，學習先進經驗。

當地時間3月7日，Cell Reports Physical Science期刊最新發表的論文中，德國亞琛工業大學研究團隊對特斯拉「4680電池」與比亞迪「刀片電池」的系統性拆解。他們重點研究了每種電池的具體設計和性能特徵。他們評估了電池的機械設計和尺寸、電極的材料成分，以及電池的電學和熱性能，還推導了組裝電池的過程和電池材料成本。

最終，德國人發現：特斯拉的電池優先考慮高能量密度和性能，而比亞迪的電池優先考慮體積效率和低成本材料。總的來説，研究表明比亞迪的電池效率更高，因為它更容易進行熱管理。

機械設計：黏合創新VS結構革新  

拆電池后，德國人發現，特斯拉在其4680電池中採用新型黏合劑固定電極活性材料，與行業主流方案相比展現出顯著創新。該黏合劑在維持電極結構完整性的同時，支持更高能量密度的實現。  

比亞迪則通過結構創新，通過在正負極之間的隔膜邊緣實施特殊層壓處理，將96層電極片固定為14毫米厚的一體化刀片結構。這種機械設計使電池包空間利用率提升至60%以上，並簡化了熱管理系統。  

機械結構示意圖：(A)BYD刀片電池：Z型摺疊堆疊結構；雙面絕緣鋁殼；側置可拆卸端子 (B) 特斯拉4680電池：卷繞式極組（jelly roll）；鋼製殼體帶鎳塗層；底部泄壓閥設計。

電極堆疊結構：(A) BYD刀片電池：單堆Z型摺疊（38正極/39負極）；隔膜層邊緣層壓密封；塑料導軌固定結構； (B) 特斯拉4680電池：中心空腔卷繞設計；頂部/底部膠帶固定；無集流耳結構（tabless設計）。

材料體系：三元鋰與磷酸鐵鋰的成本博弈

能譜分析顯示，特斯拉電池採用高鎳三元材料（NMC），能量密度達643Wh/L，但材料成本高出磷酸鐵鋰（LFP）方案約10歐元/kWh。比亞迪刀片電池使用LFP正極，雖能量密度為355Wh/L，但憑藉零鈷配方與結構創新，實現每kWh綜合成本優勢。  

令人意外的是，兩家企業的石墨負極均未摻入硅材料。"這在特斯拉電池中尤其值得關注，因為硅基負極被視為提升能量密度的關鍵路徑。"研究負責人Jonas Gorsch表示。

材料構成與成本： (A) 重量分佈：BYD刀片電池：活性材料2%，特斯拉4680電池：活性材料7% ；(B) 材料成本：BYD刀片電池：€73.2/kWh，特斯拉4680電池：€83.5/kWh ；*LFP正極材料成本低34%。

製造工藝：殊途同歸的激光焊接  

儘管設計理念迥異，兩大電池均採用激光焊接技術連接電極箔材，而非行業常見的超聲波焊接。研究人員發現，比亞迪刀片電池的激光焊接位點密度比特斯拉低37%，但通過Z型疊片工藝補償了導電效率。  

在被動組件佔比方面，特斯拉4680電池的外殼、集流體等非活性材料佔總體積的40%，與比亞迪刀片電池的42%基本持平，揭示出現代動力電池設計的共性挑戰。

電氣連接技術：(A) BYD刀片電池：極耳超聲預焊+激光總線焊接；複合絕緣封裝結構 ；(B) 特斯拉4680電池：極組斜切集流結構；六點激光焊接連接；中心空腔極柱焊接。

熱性能差異：圓柱與刀片的結構宿命  

充放電測試表明，特斯拉電池單位體積發熱量是比亞迪的1.8倍，這與其圓柱結構帶來的表面積限制直接相關。比亞迪刀片電池的扁平設計使散熱接觸面積增加70%，支持更簡單的液冷系統佈局。  

"在-10℃低温環境中，特斯拉電池的直流內阻增幅達58%，而比亞迪僅22%。"Gorsch指出，"這解釋了為何比亞迪敢於在刀片電池中應用無模組技術（CTB）。"  

電性能對比：(A) 直流內阻（20℃,1C）：BYD刀片電池：35mΩ特斯拉4680電池：68mΩ； (B) 體積發熱量（1C放電）：特斯拉4680電池發熱量是BYD的1倍。

為下一代電池開發提供了實證基準  

該研究首次建立了大尺寸動力電池的完整分析框架，涵蓋機械設計、材料體系、製造工藝等23項關鍵參數。研究數據證實：特斯拉通過材料創新追求極致性能，比亞迪則依託結構設計優化成本效率，兩種技術路線分別對應不同市場需求。  

正如Gorsch在論文結論中強調："這些發現為下一代電池開發提供了實證基準，特別是在硅基負極應用、固態電解質集成等前沿領域，必須綜合考慮機械設計與電化學性能的協同關係。" 這項來自傳統汽車強國的逆向工程研究，或將成為全球動力電池技術演進的重要參照系。  

電池總體數據。