【EV視界原創(chuàng)】在我們的認(rèn)知中，特斯拉作為一家技術(shù)發(fā)展比較“極端”的電動(dòng)汽車企業(yè)，總是能在某些技術(shù)方面做出驚人的舉動(dòng)，就比如它所采用的無極耳4680電池等。當(dāng)然，在電池技術(shù)上，作為全球電動(dòng)汽車發(fā)展最為迅猛且領(lǐng)先的咱們，在這方面自然也不甘落后。

在之前的一份關(guān)于動(dòng)力電池的專利說明中，我們看到了來自比亞迪最新的棱柱體電池專利。從專利圖上我們能夠看出，整個(gè)電池的排列就和“蜂巢”一樣，由多個(gè)六邊形棱柱體拼合而成。那么，這款電池與特斯拉的4680相比，又有著怎樣的特點(diǎn)呢？本期E說就懂，就來聊聊。

我們先來說說比亞迪這款最新的六棱柱電池。

首先，這款電池為什么會(huì)被設(shè)計(jì)成六邊形棱柱形狀？是為了與市面上常見的圓柱電池有所區(qū)分而做的“樣子”嗎？其實(shí)并不然。

在我們?nèi)祟惏l(fā)展的歷史長河中，大多數(shù)的科學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)都是源自于自然，而這個(gè)六邊形也是如此。蜜蜂大家應(yīng)該都見過吧，它們所工作居住的蜂房的外形就是我們常見到的六邊形。

一般來說，蜂房是由無數(shù)個(gè)大小相同的房孔組成，每個(gè)房孔都是正六邊形，且都被其它房孔包圍，兩個(gè)房孔之間只隔著一堵蠟制的墻。為什會(huì)是正六邊形呢？首先，我們知道在所有的形狀中，等邊三角形是最為堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)，而將兩個(gè)堅(jiān)固的等邊三角形左右排列，則得出了一個(gè)等邊的正六邊形，也就是蜂巢的結(jié)構(gòu)。而蜜蜂的身體基本上是圓柱形，蜂在房孔內(nèi)既不會(huì)有多余的空間又不感到擁擠。

所以這又得出了一個(gè)結(jié)論，六邊形的蜂窩組合不僅堅(jiān)固，還是最節(jié)省空間的方式之一。

蜂窩結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)也被運(yùn)用在運(yùn)輸或者裝飾方面的紙板之上

回到比亞迪的這款新型電池，其最大的特點(diǎn)就是如同蜂窩一樣，采用了正六邊形棱柱結(jié)構(gòu)。根據(jù)專利上的數(shù)據(jù)顯示，其整個(gè)殼體（蓋體+殼體）的高度在60-150mm之間，殼體內(nèi)接圓直徑在15-60mm之間。值得一提的是，專利中還提到：“殼體的高度可以為90mm，殼體1的內(nèi)接圓直徑可以為40mm”，而根據(jù)電池的命名規(guī)則，我們可以稱這款電池為“4090電池”。作為參考，特斯拉4680電池的高度為80mm，直徑為46mm。

那么，這款六棱柱的“4090電池”，相比特斯拉的4680電池，能帶來怎樣的優(yōu)勢(shì)？我們先從這兩款電池的運(yùn)用場(chǎng)景說起。

目前的純電動(dòng)車型在技術(shù)的不斷迭代發(fā)展后，在提高車輛的續(xù)航方面，除了寄托在電池材料上的研發(fā)外，在電池包的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，也做出了相應(yīng)的技術(shù)發(fā)展。因?yàn)樵谡麄€(gè)電池包中，還包含了電池管理系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、高低壓回路等部件，它們的分布占據(jù)了電池系統(tǒng)的部分重量和內(nèi)部空間，其成組效率在60%~70%！也就是說你買了一套房，這60%-70%只是你的使用面積，而剩下的為公攤面積。根據(jù)國內(nèi)某企業(yè)作出的論斷，一個(gè)單體能量密度突破300Wh/kg的電芯，因?yàn)槭芟抻趥鹘y(tǒng)電池包的成組方式，電池系統(tǒng)層面的能量密度仍處于160Wh/kg左右。

所以，通過優(yōu)化電池包的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，拋去或者簡(jiǎn)化一些構(gòu)建，來擴(kuò)展空間容下更多電池，這樣就能有效的提高電池包整體的容量，這其中比較有代表性就是特斯拉的CTC與比亞迪的CTB技術(shù)。

特斯拉的CTC技術(shù)英文全稱為Cell To Chassis，中文翻譯是電池底盤一體化。特斯拉將電池被交錯(cuò)平鋪在車身底盤之中，其中電芯正極朝上放置，在正極端完成電芯的串并聯(lián)連接，而在電芯之間設(shè)置了蛇形管，以對(duì)電芯的側(cè)面進(jìn)行冷卻。所以也就是說，特斯拉直接把電芯排列在底盤上，而電池艙前后直接連接起兩個(gè)車身大型鑄件，座艙地板沒有了，以電池上蓋代替，座椅直接安裝在電池上蓋上。

而比亞迪的CTB技術(shù)，也就是Cell To Body電池車身一體化技術(shù)，它將全部電芯集成在車身上，其電池上蓋替代了車內(nèi)地板的一部分，并與前后橫梁形成一個(gè)平整密封的完全體用來隔離乘員艙。如此看來，比亞迪將電池系統(tǒng)作為一個(gè)整體與車身集成，而電池本身的密封及防水要求可以得到滿足，電池與成員艙的密封也相對(duì)簡(jiǎn)單，風(fēng)險(xiǎn)可控。

所以，這兩款電池技術(shù)最統(tǒng)一的特點(diǎn)，就是將電池完全平鋪在車輛的底盤或者靠著底盤的位置之上，基本上其承載的不止是車輛電池容量的大小，更多的是成為了車身結(jié)構(gòu)件的一部分，所以對(duì)于電池單體的強(qiáng)度要求就非常的高。

我們接著把話題繞回來，一個(gè)是特斯拉的4680圓柱體電池，另一個(gè)是比亞迪六邊棱柱體“4090電池”，它們?cè)诘妆P電池的運(yùn)用方面有啥不一樣呢？

首先，在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上，4680圓柱單體電池一起組合時(shí)，相鄰兩個(gè)圓柱單體電池之間的空間較大，會(huì)使得圓柱電池組的機(jī)械穩(wěn)定性不夠，在受到外界振動(dòng)或沖擊時(shí)會(huì)非常容易造成短路或破損現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了車輛的安全。而六邊棱柱體“4090電池”，在成組之后，由于其六邊形的結(jié)構(gòu)，可以使得電池單體之前沒有縫隙，由此提升了電池組的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。另外，有消息稱六邊棱柱體“4090電池”的外殼材質(zhì)有可能采用鋁合金。這樣既能保證動(dòng)力電池的強(qiáng)度，又可以減輕電池包的重量。這種高強(qiáng)度電池包的意義不僅在安全性方面，說不定也將是比亞迪未來的發(fā)展趨勢(shì)。

不過有人說，你可以用方形電池啊，這樣不也可以去除電池之間的空隙嗎？其實(shí)方殼單體電池則在組合后雖然穩(wěn)定性較好且堅(jiān)固，但方殼單體電池的體積過大，換熱效率低，熱管理難度較大，且長期使用下電芯膨脹問題難以解決。并且，在對(duì)于電池類型的選擇上，小體積的單體電池會(huì)擁有更多的適應(yīng)性，通用性強(qiáng)，而方形電池則由于單體太大，所以在適應(yīng)性上就比較保守，通用性稍遜一些。

那除了電池強(qiáng)度外，4680圓柱單體電池與六邊棱柱體“4090電池”在其它方面也有著不一樣的屬性。我們之前在講述蜂窩結(jié)構(gòu)的時(shí)候提到，由于采用六邊形結(jié)構(gòu)，因此內(nèi)部的空間要比圓形更多。因此，采用六邊棱柱體的“4090電池”樂意容納更多的電解液,以延長極芯的使用壽命,同時(shí)在將多個(gè)電池連接為電池模組時(shí),也有效提高了外部空間利用率。

另外，兩款電池在電芯正負(fù)極極片上，也有著截然不同的構(gòu)造。

從專利圖上來看，比亞迪六邊棱柱體“4090電池”電芯的正負(fù)極都設(shè)計(jì)在這一個(gè)蓋體中。其中，中心位置的圓柱形為負(fù)極，外圈的三個(gè)凸起長方體是正極。由于負(fù)極端子設(shè)在中央與周圍的三個(gè)間隔設(shè)置的正極端子距離相等，因此可以保證每個(gè)正極和負(fù)極之間的電阻相等，進(jìn)而可以保證電池的均溫性，同時(shí)也極大程度地縮短了電子的傳導(dǎo)路徑。

這就相當(dāng)于，傳統(tǒng)的電芯單體只有一個(gè)極耳，而這就相當(dāng)于一座大寫字樓只有一部電梯。而比亞迪的六邊棱柱體“4090電池”的三極耳結(jié)構(gòu)就相當(dāng)于在一座寫字樓中有三部電梯，所以人員上下樓的速度要更快，電子流通也就更順快。

另外，一般來說，電芯在工作的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生大量的熱，而電芯發(fā)熱則集中在正極區(qū)域，所以比亞迪將其放置在同一側(cè)，這對(duì)于散熱而言，可以更多強(qiáng)化單側(cè)即可，增加了布局的靈活性。除此之外，比亞迪六邊棱柱體“4090電池”單體相鄰之間設(shè)有散熱件，相鄰兩個(gè)電池產(chǎn)生的熱量可以通過散熱件進(jìn)行散熱，從而可以增大電池的散熱面積，提高電池模組的換熱效率，不過現(xiàn)在暫不知道散熱件的具體布置結(jié)構(gòu)是什么樣式的，但基本上都會(huì)使用技術(shù)比較成熟的液冷來進(jìn)行電池降溫。

不過，有一點(diǎn)要說的是，由于采用了更為緊密的蜂窩結(jié)構(gòu)，因此比亞迪這款電池的電芯之間基本處于背靠背的狀態(tài)，因此熱傳遞會(huì)非常的迅速。而特斯拉的4680雖然在電池排列上會(huì)有很多的空隙，但是這個(gè)空隙之間的空氣會(huì)起到一個(gè)熱阻效果，因此會(huì)緩解熱傳遞的發(fā)生。但比亞迪現(xiàn)在主要的電池材料為磷酸鐵鋰。而該類型電池在充放電時(shí)本身所產(chǎn)生的熱量要低于三元鋰電池，所以也就或多或少減小了熱傳遞的速度。

特斯拉的4680電池則采用了無極耳方式，其實(shí)無極耳只是一個(gè)“夸張”的說法，它還是有極耳的。只不過它都集中到了一邊，所以更確切的稱呼應(yīng)該是全極耳設(shè)計(jì)。要知道，目前常見的電芯都是“果凍卷設(shè)計(jì)”樣式， 這是一種將陰極、陽極和隔板卷在一起，通過陰極耳和陽極耳連接到電池容器的正極和負(fù)極端子。這樣設(shè)計(jì)的好處就是將正負(fù)極集流體與蓋板殼體直接連接，從而成倍增大電流傳導(dǎo)面積、縮短電流傳導(dǎo)距離。同時(shí)大幅降低電池內(nèi)阻，減少發(fā)熱量延長電池壽命，并提高充放電峰值功率。

另外，在電池包內(nèi)部，所采用的蛇形管的布置與車橋方向平行，可以減少蛇形管長度，從而減少流阻，增加冷卻的均勻性。并且在電芯一側(cè)配備了八個(gè)泄壓閥，幾乎遍布電池包的側(cè)面，這樣做的好處是，一旦發(fā)生了熱失控，能夠快速打開泄壓閥，降低電池起火風(fēng)險(xiǎn)。

最后，再說一下這兩款電池的制造工藝。

首先，比亞迪六邊棱柱體“4090電池”與特斯拉的4680電池均采用圓柱卷繞極芯工藝，其相比傳統(tǒng)疊片工藝具有電焊容易，生產(chǎn)相對(duì)簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)。

另外，比亞迪六邊棱柱體“4090電池”由于采用有極耳設(shè)計(jì)，因此在制造方面要相對(duì)的簡(jiǎn)單許多。而特斯拉的4680由于采用了全極耳設(shè)計(jì)，其制作工藝有切疊法和揉平法兩種。切疊法是特斯拉采用的一種解決方案，主要通過斜切成片卷起，表面起伏較大，容易造成極耳因接觸程度不一致，內(nèi)阻一致性差。此外，當(dāng)電解液注入時(shí)，由于兩端都被極耳封閉，無法連續(xù)注液生產(chǎn)。揉平法是中國國內(nèi)企業(yè)廣泛使用的一種方案，這種方法通過超聲波或機(jī)械摩擦將極耳揉成端面。極耳在壓平過程中，容易產(chǎn)生金屬碎屑，導(dǎo)致電芯自放電過大，甚至內(nèi)部短路。此外，揉平后端面較致密，電解液難以進(jìn)入電芯內(nèi)部。這些都將成為提高電池生產(chǎn)率的難題。

所以在極耳的制造方面，比亞迪六邊棱柱體“4090電池”似乎要比特斯拉的4680要更容易些。

寫在最后：

綜合而言，比亞迪的六棱柱電池在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、能量密度與制造工藝方面要更優(yōu)于特斯拉的4680電池，但是因采用更為密實(shí)的排列方式，因此比亞迪的六棱柱電池在散熱方面的效果還是比較存疑的。不過如果這款電池如果繼續(xù)采用磷酸鐵鋰材料的話，相信這一問題也不會(huì)對(duì)電池有太大影響。

不過整體來看，相比特斯拉已經(jīng)裝配上車的4680電池，比亞迪推出的這款六棱柱電池在最終的產(chǎn)品落地上還需進(jìn)一步的發(fā)展，特別是在正極材料方面。雖然現(xiàn)階段磷酸鐵鋰電池大約比三元便宜10-20%，但是三元?jiǎng)恿﹄姵卦牧蟽r(jià)格高起是短期現(xiàn)象，從材料元素儲(chǔ)備量上來看，未來三元電池原材料價(jià)格一定會(huì)回歸正常水平，到那時(shí)候磷酸鐵鋰的成本優(yōu)勢(shì)或許會(huì)消失，再加上磷酸鐵鋰能量密度比較低，不符合未來動(dòng)力電池續(xù)航里程要求越來越高的趨勢(shì)，所以比亞迪應(yīng)該會(huì)考慮到未來電池市場(chǎng)的格局變化，對(duì)于高鎳或其他類型的高密度電池進(jìn)行深入研發(fā)，來滿足市場(chǎng)的需求，因此這款六棱柱電池或多或少只是一個(gè)對(duì)未來布局的橋梁而已。