汽車“祖師爺”德國在新能源汽車?yán)顺敝酗@露頹勢，2024年其純電動車銷量同比暴跌27%，技術(shù)轉(zhuǎn)型滯后與成本困境令德國汽車工業(yè)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(xué)習(xí)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。

當(dāng)?shù)貢r間3月7日，Cell Reports Physical Science期刊最新發(fā)表的論文中，德國亞琛工業(yè)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)對特斯拉“4680電池”與比亞迪“刀片電池”的系統(tǒng)性拆解。他們重點(diǎn)研究了每種電池的具體設(shè)計和性能特征。他們評估了電池的機(jī)械設(shè)計和尺寸、電極的材料成分，以及電池的電學(xué)和熱性能，還推導(dǎo)了組裝電池的過程和電池材料成本。

最終，德國人發(fā)現(xiàn)：特斯拉的電池優(yōu)先考慮高能量密度和性能，而比亞迪的電池優(yōu)先考慮體積效率和低成本材料?？偟膩碚f，研究表明比亞迪的電池效率更高，因?yàn)樗菀走M(jìn)行熱管理。

機(jī)械設(shè)計：黏合創(chuàng)新VS結(jié)構(gòu)革新

拆電池后，德國人發(fā)現(xiàn)，特斯拉在其4680電池中采用新型黏合劑固定電極活性材料，與行業(yè)主流方案相比展現(xiàn)出顯著創(chuàng)新。該黏合劑在維持電極結(jié)構(gòu)完整性的同時，支持更高能量密度的實(shí)現(xiàn)。

比亞迪則通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，通過在正負(fù)極之間的隔膜邊緣實(shí)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(jié)構(gòu)。這種機(jī)械設(shè)計使電池包空間利用率提升至60%以上，并簡化了熱管理系統(tǒng)。

機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖：(A)BYD刀片電池：Z型折疊堆疊結(jié)構(gòu)；雙面絕緣鋁殼；側(cè)置可拆卸端子 (B) 特斯拉4680電池：卷繞式極組（jelly roll）；鋼制殼體帶鎳涂層；底部泄壓閥設(shè)計。

電極堆疊結(jié)構(gòu)：(A) BYD刀片電池：單堆Z型折疊（38正極/39負(fù)極）；隔膜層邊緣層壓密封；塑料導(dǎo)軌固定結(jié)構(gòu)； (B) 特斯拉4680電池：中心空腔卷繞設(shè)計；頂部/底部膠帶固定；無集流耳結(jié)構(gòu)（tabless設(shè)計）。

材料體系：三元鋰與磷酸鐵鋰的成本博弈

能譜分析顯示，特斯拉電池采用高鎳三元材料（NMC），能量密度達(dá)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，但憑借零鈷配方與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)每kWh綜合成本優(yōu)勢。

令人意外的是，兩家企業(yè)的石墨負(fù)極均未摻入硅材料。"這在特斯拉電池中尤其值得關(guān)注，因?yàn)楣杌?fù)極被視為提升能量密度的關(guān)鍵路徑。"研究負(fù)責(zé)人Jonas Gorsch表示。

材料構(gòu)成與成本： (A) 重量分布：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%。

制造工藝：殊途同歸的激光焊接

盡管設(shè)計理念迥異，兩大電池均采用激光焊接技術(shù)連接電極箔材，而非行業(yè)常見的超聲波焊接。研究人員發(fā)現(xiàn)，比亞迪刀片電池的激光焊接位點(diǎn)密度比特斯拉低37%，但通過Z型疊片工藝補(bǔ)償了導(dǎo)電效率。

在被動組件占比方面，特斯拉4680電池的外殼、集流體等非活性材料占總體積的40%，與比亞迪刀片電池的42%基本持平，揭示出現(xiàn)代動力電池設(shè)計的共性挑戰(zhàn)。

電氣連接技術(shù)：(A) BYD刀片電池：極耳超聲預(yù)焊+激光總線焊接；復(fù)合絕緣封裝結(jié)構(gòu) ；(B) 特斯拉4680電池：極組斜切集流結(jié)構(gòu)；六點(diǎn)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(jié)構(gòu)宿命

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

"在-10℃低溫環(huán)境中，特斯拉電池的直流內(nèi)阻增幅達(dá)58%，而比亞迪僅22%。"Gorsch指出，"這解釋了為何比亞迪敢于在刀片電池中應(yīng)用無模組技術(shù)（CTB）。"

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

為下一代電池開發(fā)提供了實(shí)證基準(zhǔn)

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(jī)械設(shè)計、材料體系、制造工藝等23項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)。研究數(shù)據(jù)證實(shí)：特斯拉通過材料創(chuàng)新追求極致性能，比亞迪則依托結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化成本效率，兩種技術(shù)路線分別對應(yīng)不同市場需求。

正如Gorsch在論文結(jié)論中強(qiáng)調(diào)："這些發(fā)現(xiàn)為下一代電池開發(fā)提供了實(shí)證基準(zhǔn)，特別是在硅基負(fù)極應(yīng)用、固態(tài)電解質(zhì)集成等前沿領(lǐng)域，必須綜合考慮機(jī)械設(shè)計與電化學(xué)性能的協(xié)同關(guān)系。" 這項(xiàng)來自傳統(tǒng)汽車強(qiáng)國的逆向工程研究，或?qū)⒊蔀槿騽恿﹄姵丶夹g(shù)演進(jìn)的重要參照系。

電池總體數(shù)據(jù)。

責(zé)編：沙兆華

一審：胡澤匯

二審：朱曉華

三審：文鳳雛

來源：澎湃新聞