BYD vs. Tesla 4680 Batterie: Teardown zeigt thermische Probleme als Ursache für langsames Laden des Cybertrucks

Als Elon Musk im vergangenen Frühjahr Teslas Batterie-Chefingenieur Drew Baglino entließ, wurde auch der Produktionsleiter für die 4680-Zellen in der Giga Texas entlassen. Berichten zufolge wollte Drew Baglino die 4680-Batterie so entwickeln, wie Elon Musk sie auf dem Battery Day 2020 skizziert hatte - mit einer Kostenreduktion von 50 Prozent im Vergleich zu Teslas konventionelleren Batterien.

Doch der Prozess dauerte zu lange, und Elon Musk kam zu dem Schluss, dass es sinnvoller sei, die 4680-Batterien von Zulieferern wie LG zu beziehen, wenn Tesla die Kosten nicht bis Ende des Jahres senken könne. Die Fabrik von LG in Arizona soll die 4680-Zellen mit einem fortschrittlichen Herstellungsverfahren produzieren.

Inzwischen hat Tesla jedoch bekannt gegeben, dass es die Trockenkathoden-Produktionsmethode erfolgreich umgesetzt hat, was die Kosten der 4680-Batterie deutlich wettbewerbsfähiger macht. Darüber hinaus wird nun auch der Cybertruck nun mit den neuen Zellen ausgestattet.

Laut Robin Zeng, dem Chef des weltgrößten Batterieherstellers CATL, wird die 4680-Batterie in der von Musk entworfenen Form jedoch „scheitern und niemals erfolgreich sein“. Zeng habe Musk die Gründe dafür erläutert, was Musk wohl „sprachlos“ zurückließ. Für Zeng liegt Musks Problem darin, zu viel zu versprechen: „Manchmal braucht etwas vielleicht fünf Jahre. Aber dann behauptet er, dass es zwei Jahre seien. Ich habe ihn daraufhin gefragt, warum er das sagt. Er antwortete, er wolle die Leute anspornen“, erklärt Zeng.

Die beiden weltgrößten Hersteller von Elektroautobatterien, CATL und BYD, setzen stattdessen auf iterative Verbesserungen von Batteriedesign und -chemie, immer mit dem Ziel, die Massenproduktion zu ermöglichen. Dieser Ansatz hat sich bisher bewährt, obwohl beide Unternehmen auch erfolgreiche Projekte mit Feststoff- oder Natrium-Ionen-Batterien in der Entwicklung oder Umsetzung haben.

BYD Blade vs. Tesla 4680: Leistungsvergleich

Eine aktuelle Demontage einer BYD Blade- und einer Tesla 4680-Batteriezelle scheint Zengs Einschätzung zu bestätigen. Laut einer Studie von Jonas Gorsch, Forscher an der RWTH Aachen, hat die prismatische BYD-Zelle einen doppelt so hohen thermischen Wirkungsgrad wie die 4680-Batterie von Tesla. Sein Team zerlegte beide Zellen, um ihre Gehäusekonstruktion, Abmessungen, thermischen Spezifikationen sowie die genaue Materialzusammensetzung und Kosten der Elektroden zu analysieren.

Dabei entdeckten sie sowohl interessante Unterschiede als auch Gemeinsamkeiten - zum Beispiel, dass beide Batterien per Laserschweißen verbunden werden. Die 4680-Batterie von Tesla erreichte eine Energiedichte von 241 Wh/kg im Vergleich zu 160 Wh/kg bei der Blade-Zelle von BYD. Dies lässt sich dadurch erklären, dass die Tesla-Batterie auf Nickel basiert, während BYD kostengünstigere LiFePO4-Chemie verwendet.

Beim Laden ist den Forschern jedoch etwas an der 4680- Batterie von Tesla aufgefallen:

Der Widerstand der 4680-Zelle steigt bei hohen SOC-Werten (State of Charge), insbesondere bei niedrigen Temperaturen, während der Widerstand der Blade-Zelle von BYD bei höheren SOC-Werten sinkt. Der Grund dafür könnte ein erhöhter Übergangswiderstand in und an der Oberfläche der Anode aufgrund einer hohen Lithiumkonzentration sein, da dieser Widerstand tendenziell mit steigendem SOC zunimmt. Dies muss weiter untersucht werden, da ein Anstieg des Gesamtzellenwiderstands bei höherem SOC ungewöhnlich ist - denn der Widerstand an der Kathode nimmt mit höherem SOC ab und sollte den Anstieg an der Anode ausgleichen.

Infolgedessen erzeugte die 4680-Batteriezelle von Tesla bei gleichem Ladezustand doppelt so viel Wärme, die pro Volumen abgeführt werden musste. Kurz gesagt: Die BYD-Zelle ist „günstiger für die Entwicklung einer Kühlstrategie beim Schnellladen“, so die Forscher. Dieses weniger effiziente thermische Design könnte die ungleichmäßige Ladekurve des Model Y mit der ersten Generation der 4680-Batterie sowie die anhaltenden Probleme beim langsamen Laden des Cybertrucks erklären, obwohl dieser bereits die nächste Generation, die sogenannte Cybercell, verwendet.

Obwohl Tesla versucht hat, die Ladekurve des Cybertrucks durch ein OTA-Update zu optimieren, haben Tests an Teslas neuen V4-Superchargern mit einer Leistung von 325 kW gezeigt, dass sich die Ladezeit nur geringfügig verkürzt hat. Die thermische Ineffizienz der 4680-Batterie könnte einer der Gründe dafür sein, so die Studie.