BYD Blade prizmatik hücresi ve Tesla 4680 silindirik hücresinin karşılaştırılması
Çalışmada, BYD’nin Blade Bataryası ve Tesla’nın 4680 bataryasının parçalanma analizi yürütülmüş, tasarım, malzeme, performans ve üretim süreçlerindeki farklılıklar karşılaştırılarak yeni nesil lityum iyon bataryaların tasarımı için değerli bilgiler sağlanmıştır. Bataryaların genel özellikleri Tablo 1’de özetlenmiştir.
BYD Blade Bataryası (BYD Blade hücresi):
Şekil: Prizmatik. Boyutlar: Yükseklik 90 mm, uzunluk 965 mm, kalınlık 14 mm.
Dış özellikler: Modül montajı sırasında kolay sökme için dişli terminaller.
Her iki tarafta hizalama pimleri, muhtemelen paket montajı sırasında mekanik konumlandırma için.
Yapıştırılmış polietilen tereftalat (PET) filmle yalıtılmış alüminyum kasa.
Tesla 4680 Pil (Tesla 4680 hücre)
Şekil: Silindirik
Boyutlar: Çap 46 mm, yükseklik 80 mm.
Dış özellikler: Sızdırmazlık contasıyla yalıtılmış hücre kapağı/pozitif terminal.
Bakır kör perçinle kapatılmış doldurma portu.
Doğrudan dış yalıtıma sahip olmayan nikel kaplamalı çelik kasa.
BYD Blade Pil (BYD Blade hücre):
Şekil: Prizmatik.
İç Yapı: Z katlı istifleme tasarımında düzenlenmiş elektrotlar, şunları içerir: 38 çift taraflı kaplamalı katot levhası. 39 çift taraflı kaplamalı anot levhası. 79 ayırıcı katman (tek bir sürekli katlanmış ayırıcıdan). Elektrotların ötesine uzanan ayırıcı kenarlar, her bir katot ve anot levhasını sabitlemek için lamine edilmiştir. Lamine yığın kenarlarının üzerine yapışkan bantla plastik bir şerit sabitlenmiştir. Her iki uçtaki temas düzenekleri, yapışkan bantla istiflenmiş çekirdeğe sabitlenmiştir. Tüm istiflenmiş çekirdek ve temas düzenekleri şeffaf bir yalıtım kesesine yerleştirilmiştir.
Tesla 4680 Pil (Tesla 4680 hücresi)
Şekil: Silindirik.
İç Yapı: Jöle rulosu yapılandırması: Elektrotlar ve ayırıcılar birlikte sarılır, üst ve altta yapışkan bantlarla sabitlenir. Orta boşluk: Üretim sırasında boş bırakılır; katot tırnaklarını nokta kaynağı yoluyla terminale bağlamak için kullanılır. Hücre kapağı/pozitif terminal bir sızdırmazlık contasıyla yalıtılmıştır. Dolum portu bakır kör perçinle kapatılmıştır.
Karşılaştırmalı Analiz
Havalandırma Yönü:
BYD Blade Bataryası: Yan havalandırma.
Tesla 4680 Bataryası: Alt havalandırma.
Kasa ve Yalıtım:
BYD Blade Bataryası: PET filmle yalıtılmış alüminyum kasa.
Tesla 4680 Bataryası: Doğrudan dış yalıtıma sahip olmayan nikel kaplamalı çelik kasa.
Elektrot Bağlantıları:
BYD Blade Bataryası: Tırnak bağlantıları: Folyo tırnakları, istiflenmiş çekirdekten dışarı doğru çıkıntı yapar, ultrasonik kaynak ve lazer kaynak yoluyla terminallere kaynaklanır ve ardından harici terminallere bağlanır.
Tesla 4680 Bataryası: Folyo entegre tırnaklar: Elektrot kenarları açılıdır ve katlanarak doğrudan folyodan tırnaklar oluşturur ve lazer kaynak yoluyla terminallere bağlanır.
BYD Blade Pil (BYD Blade hücresi):
Sekmeler: Elektrotlar, istiflenmiş çekirdekten uzanan çıkıntılı folyo sekmelerine sahiptir.
Kaynak İşlemi: Ultrasonik kaynak ve lazer kaynak birleştirir:
Folyo sekmeleri önce ultrasonik kaynakla hizalanır ve sıkıştırılır. Önceden hizalanmış sekmeler daha sonra baraya (akım toplayıcı) lazerle kaynaklanır.
Alan Verimliliği: Sekme entegrasyonu için yalnızca bir katlanmış elektrot folyo yığını gerektirir ve bu da ultra kompakt bir temas tasarımına olanak tanır.
Tesla 4680 Pil (Tesla 4680 hücresi)
Sekme Tasarımı: Sekmesiz mimari: Elektrot kenarları açılı hale getirilir, kesilir ve yapısal sekmeler (temas yüzeyleri) oluşturmak için katlanır.
Kaynak İşlemi: Sekmeler, sarılı elektrot yapısındaki altı üçgen temas yüzeyine lazerle kaynaklanır.
Katot sekmesi: Terminale nokta kaynaklı.
Anot sekmesi: Hücre kasasına (nikel kaplı çelik) lazerle kaynaklanır.
Karşılaştırmalı Analiz
Kaynak Teknolojisi:
BYD Blade Bataryası: Hibrit ultrasonik + lazer kaynak.
Tesla 4680 Bataryası: Öncelikle lazer kaynak.
Tıklama Tasarımı:
BYD Blade Bataryası: Kompakt tıklama tasarımı, tek katlanmış folyo yığınına ayrılan alanı en aza indirir.
Tesla 4680 Bataryası: Tıklamasız mimari, hücre yapısını basitleştirir, malzeme kullanımını azaltır ve üretim verimliliğini artırırken üretim maliyetlerini düşürür.
BYD Blade Bataryası (BYD Blade hücresi):
Elektrot Boyutları:
Katot: Uzunluk 899,5 mm, genişlik 82,5 mm.
Anot: Uzunluk 904 mm, genişlik 85 mm.
Ayırıcı: Uzunluk 915 mm, genişlik 87 mm.
Elektrot Katmanları: 38 çift taraflı kaplamalı katot levhası. 39 çift taraflı kaplamalı anot levhası.
Kaplama Kalınlığı:
Katot: Her taraf için 70 μm. Anot: Her tarafta 65 μm.
Elektrot Düzenlemesi: Z katlı istifleme tasarımı kompakt istifleme sağlar ve mekansal alanı en aza indirir.
Tesla 4680 Pil (Tesla 4680 hücre)
Elektrot Boyutları:
Katot: Uzunluk 3215 mm, kaplama genişliği 72 mm. 2,5 mm kenar tutkalı, yanlarda 5 mm çıplak folyo kenarı.
Anot: Uzunluk 3305 mm, kaplama genişliği 73 mm. 2,5 mm kenar tutkalı, yanlarda 7,5 mm çıplak folyo kenarı.
Ayırıcı: Uzunluk 3550 mm, genişlik 75 mm.
Elektrot Katmanları: 1 çift taraflı kaplamalı katot levhası. 1 çift taraflı kaplamalı anot levhası.
Kaplama Kalınlığı:
Katot: Her tarafta 75 μm.
Anot: Her tarafta 125 μm.
Elektrot Düzenlemesi: Elektrotlar ve ayırıcının birlikte sarıldığı jöle rulosu sarılı yapı.
Karşılaştırmalı Analiz
Akım Yolu:
BYD Blade Pil: Elektrot folyoları boyunca önemli ölçüde daha uzun akım yolu, potansiyel olarak iç direnci ve ısı üretimini artırır.
Tesla 4680 Pil: Masa tasarımı nedeniyle daha kısa akım yolu, direnci azaltır.
Ayırıcı Çakışması: Her iki pil de etkili izolasyonu sağlamak için elektrotların ötesinde 2 mm ayırıcı çakışmasına sahiptir.
Elektrot Hizalaması:
BYD Blade Pil: Hizalama için Z katlı istifleme kullanır, alan verimliliğini ve yapısal bütünlüğü dengeler.
Tesla 4680 Pil: Katot ve anot katmanlarının hassas sarılmasıyla kompakt hizalama elde eder.
Tesla 4680 Pil Üretim Süreci
Elektrot Üretimi: Kaplama, kurutma ve takvimleme yoluyla katot ve anot levhaları üretir. Anot muhtemelen kuru elektrot işlemi kullanır.
Elektrot Kesme: Elektrot levhalarını gerekli boyut ve şekillerde kesin.
Jöle Rulo Sarma: Katot, ayırıcı ve anodu bir jöle rulo yapısına sarın.
Elektrot Sabitleme: Sarılmış elektrotları üst ve altta yapışkan bantlarla sabitleyin.
Tırnak Bağlantısı: Sarılmış elektrotlardaki altı üçgen temas yüzeyine lazerle kaynak yapın.
Katot tırnağı: Terminale nokta kaynaklı.
Anot tırnağı: Hücre kasasına lazerle kaynak yapın.
Hücre Montajı: Sabit elektrot montajını nikel kaplı çelik kasaya yerleştirin.
Hücre Sızdırmazlığı: Kasayı kıvrımlı kenar bükme yoluyla kapatın.
Elektrolit Enjeksiyonu: Doldurma portundan elektrolit enjekte edin.
Doldurma Portu Sızdırmazlığı: Portu bakır kör perçinle kapatın.
Son Test: Elektriksel ve mekanik performans testleri yapın.
BYD Blade Pil Üretim Süreci
Elektrot Üretimi: Kaplama, kurutma ve takvimleme yoluyla katot ve anot levhaları üretin.
Elektrot Kesimi: Sayfaları hassas boyutlarda kesin (örn. katot: 899,5 mm × 82,5 mm).
Z-Katlama Yığma: Katodu, ayırıcıyı ve anodu Z-yığılmış bir çekirdeğe katlayın (38 katot, 39 anot, 79 ayırıcı).
Plastik Şerit Kurulumu: Yapışkan bantla lamine yığın kenarlarına plastik bir şerit yapıştırın.
Tırnak Bağlantısı: Hibrit kaynak: Ultrasonik kaynak yoluyla folyo tırnaklarını hizalayın ve sıkıştırın. Önceden hizalanmış tırnakları terminallere lazerle kaynaklayın.
Yalıtım: Yığılmış çekirdeği ve plastik destekleri şeffaf bir yalıtım kesesine koyun.
Hücre Montajı: Elektrot montajını alüminyum kasaya yerleştirin.
Hücre Sızdırmazlığı: Çok adımlı lazer kaynaklama yoluyla kasayı sızdırmaz hale getirin.
Elektrolit Enjeksiyonu: Dolum portundan elektrolit enjekte edin.
Dolum Portu Sızdırmazlığı: Kaynaklama yoluyla portu sızdırmaz hale getirin.
Son Test: Elektriksel ve mekanik performans testleri yapın.
Üretim Süreci Karşılaştırması
Elektrot Montajı:
Tesla 4680: Jelly-roll sarma (daha basit ancak daha az yer kaplar).
BYD Blade: Z katlı istifleme (kompakt tasarım, üstün alan kullanımı).
Tık Bağlantısı:
Tesla: Öncelikle lazer kaynak.
BYD: Hibrit ultrasonik + lazer kaynak (geliştirilmiş bağlantı sağlamlığı).
Sızdırmazlık Yöntemi:
Tesla: Kıvrımlı kenar sızdırmazlığı (daha düşük karmaşıklık, daha hızlı üretim).
BYD: Çok adımlı lazer kaynak (daha yüksek hassasiyet, üstün sızdırmazlık bütünlüğü).
Montaj Karmaşıklığı:
BYD Blade: Daha fazla adım ancak hücre başına daha yüksek enerji içeriği (eşdeğer çıktı için daha az hücre gerekir).
Tesla 4680: Basitleştirilmiş süreç (seri üretim için uygun maliyetli).
Sonuç
BYD Blade Pil ve Tesla 4680 Pil, lityum iyon pil teknolojisinde iki farklı yenilikçi yolu temsil eder. Birincisi, prizmatik Z katlı istifleme tasarımı ve hibrit kaynak süreçleri sayesinde mekansal verimlilik ve yapısal kararlılıkta çığır açıcı gelişmeler elde ederek, yüksek enerji yoğunluğu ve titiz termal yönetim gerektiren uygulamalar için uygun hale getirir. İkincisi, akıcı üretim ve ölçeklenebilirlik sayesinde üretim verimliliği ve maliyet kontrolünde ilerlemeler sağlamak için masa üstü bir yara mimarisi ve kuru elektrot sürecinden yararlanır. Tasarım farklılıkları, güç pili geliştirmedeki temel ikilemleri vurgular: enerji yoğunluğu ile üretim verimliliği arasındaki denge ve yapısal yenilik ile süreç olgunluğu arasındaki denge.
Yazarlar: Jonas Gorsch, Julius Schneiders, Moritz Frieges, Niklas Kisseler, Domenic Klohs, Heiner Heimes, Achim Kampker, Marina Muñoz Castro, Eleonore Siebecke Yayın: Cell Reports Physical Science, 2025, 6: 102453