Tesla- und BYD-Batterien im Vergleich

09.04.2025

Bislang gibt es nur sehr wenige detaillierte Daten und Analysen zu modernen Akkus für E-Autos. Forscher der RWTH Aachen haben jetzt aktuelle Antriebsbatterien von Tesla und BYD zerlegt und miteinander verglichen.

Zwei Hersteller dominieren den Markt für Elektrofahrzeuge: Zum einen der US-amerikanische Elektroautobauer Tesla, der in Europa und Nordamerika am beliebtesten ist, und der chinesische Elektroautohersteller BYD (“Build Your Dreams”), der den chinesischen EV-Markt anführt. Beide Unternehmen stellen effiziente Traktionsbatterien für Elektrofahrzeuge her. Doch sowohl Tesla als auch BYD haben bislang nur begrenzte Daten über ihre Batterien veröffentlicht. Aufbau und die Eigenschaften der Batteriezellen sind ein Geheimnis.

Nur wenige öffentlich zugängliche Daten

Licht ins Dunkle bringen will nun ein Forscherteam des Lehrstuhls “Production Engineering of E-Mobility Components” (PEM) der RWTH Aachen, des “Münster Electrochemical Energy Technology” (MEET) und des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme (IKTS). Das Team hat sowohl die 4680er-Zellen von Tesla als auch die Blade-Batterie von BYD zerlegt, miteinander verglichen und in einer Studie beschrieben.

“Beide Akteure haben immer nur wenige Daten zu ihren Batterien preisgegeben, so dass die mechanische Struktur und die meisten Eigenschaften der Zellen bis dato im Verborgenen geblieben sind”, sagt PEM-Leiter Professor Achim Kampker. Generell gebe es nur wenige detaillierte Daten und Analysen zu modernen Elektrofahrzeug-Batterien. Die RWTH-Forschenden untersuchten daher die mechanische Konstruktion, die Abmessungen und die elektrischen und thermischen Eigenschaften der Zellen sowie die genaue Materialzusammensetzung der Elektroden.

Unterschiedliche Konstruktionsansätze

Der Hauptunterschied zwischen der Tesla-4680-Zelle und den BYD-Blade-Zellen liegt in ihrem Format: BYD verwendet eine prismatische Zelle (Lithium-Eisenphosphat-(LFP)-Akku) mit den Abmessungen 90 mm Höhe, 965 mm Länge und 14 mm Dicke. Teslas Zelle ist eine zylindrische (Nickel-Mangan-Cobalt-Chemie, NMC) mit einem Durchmesser von 46 mm und einer Höhe von 80 mm und einem deutlich geringeren Volumen.

Die Tesla-4680-Zelle wurde für die Analyse aus dem Akkupack eines neuen Tesla Model Y (2022) entnommen. Daher sei der genaue Alterungszustand der Zelle zu Beginn der Studie ungewiss gewesen, es sei jedoch ein SOH (State of Health, Gesundheitszustand) von 100 % erwartet worden. Die BYD-Blade-Zelle sei online von einem chinesischen Händler mit einem SOH von 100 % (im Jahr 2023) importiert worden.

LFP-Batterie von BYD effizienter

Die in der Fachzeitschrift “Cell Reports Physical Science” veröffentlichten Studienergebnisse würden den Forschern zufolge unter anderem zeigen, dass bei Teslas 4680-Zellen eine hohe Energiedichte im Vordergrund stehe, während bei der Blade-Zelle von BYD die Volumeneffizienz und kostengünstigere Materialien bedeutsamer seien. Die Energiedichten betragen auf Zellebene 160 Wh/kg und 355,26 Wh/l bei BYD und 241,01 Wh/kg und 643,3 Wh/l bei Tesla.

Der Studie zufolge sei die Batterie von BYD effizienter, weil sie ein einfacheres Wärmemanagement ermögliche. Vergleiche man die spezifische Erwärmung pro Volumen, erzeuge die Tesla-4680-Zelle bei einer Last von 1 C etwa das Doppelte der abzuführenden Wärme. Bei der Entwicklung eines Systems mit den gleichen Leistungsanforderungen müsse die für die Tesla-4680-Zellen erforderliche Kühlung also etwa das Doppelte der Wärme pro Volumen abführen als die für die BYD-Zelle bei gleicher Last erforderliche. Daher sei das LFP-Elektrodendesign für die Entwicklung einer Kühlstrategie für schnelles Laden vorteilhafter.

Um den thermische Wirkungsgrad der Zellen zu vergleichen, wurde der zelleninterne Gleichstromwiderstand bei 10 % Ladezustand (SOC) und 10 °C, 20 °C und 40 °C für beide Zellen charakterisiert. Der Zellwiderstand der Tesla 4680 steige bei hohen SOC-Werten, insbesondere bei niedrigen Temperaturen, während der Zellwiderstand der BYD Blade bei höheren SOCs abnehme. Der Grund für diese Beobachtung könnte ein erhöhter Ladungsübertragungswiderstand in und an der Oberfläche der Anode aufgrund einer hohen Lithiumkonzentration sein, da diese Widerstände dazu neigen würden, mit zunehmendem SOC zu steigen. Dies sollte laut den Forschern aber weiter untersucht werden.

In Anoden beider Zellen kein Silizium

Außerdem ermittelten sie die Kosten der Zellmaterialien und die für den Zusammenbau verwendeten Verfahren. “Wir waren überrascht, dass in den Anoden beider Batterien kein Silizium enthalten ist – vor allem bei Teslas Zelle, da Silizium in der Forschung weithin als Schlüsselmaterial zur Erhöhung der Energiedichte gilt”, sagt PEM-Leitungsmitglied Professor Heiner Heimes. Beide Zellen verwenden stattdessen Graphitanoden ohne Siliziumdioxid.

Ungewöhnlicher Verfahrensschritt für BYD-Batterie

Die Forschenden hätten zudem herausgefunden, dass die beiden “hochgradig innovativen” und “grundlegend unterschiedlich designten” Batterietypen erhebliche Unterschiede in der Geschwindigkeit aufwiesen, mit der sie sich im Verhältnis zu ihrer maximalen Kapazität aufladen oder entladen lassen. Der Studie zufolge liege der Blade-Zelle von BYD eine besondere Methode zugrunde, bei der durch Laminierung der Separartorkanten die Anoden und Kathoden im Elektrodenstapel in idealer Position zueinander fixiert werden. Die Tesla-Batterie nutze indes ein neuartiges Bindemittel, das die aktiven Materialien in den Elektroden zusammenhält.

Die Batterien hätten allerdings auch unerwartete Ähnlichkeiten aufgewiesen: So seien ihre dünnen Elektrodenfolien jeweils mit dem noch ungewöhnlichen Laserschweißen anstatt mit dem marktüblichen Ultraschallschweißen miteinander verbunden. Und: “Obwohl die Zelle von BYD viel größer ist als die von Tesla, ist der Anteil der passiven Zellkomponenten wie Stromabnehmer, Gehäuse und Stromschienen ähnlich”, sagt Kampker.

Grundlage für weitere Optimierungen

Laut dem PEM-Experten und Hauptautoren Jonas Gorsch sind weitere Studien für andere Parameter erforderlich, “aber die aktuellen Ergebnisse liefern sowohl der Forschung als auch der Industrie bereits einen Maßstab für großformatige Zelldesigns und dienen als belastbare Grundlage für weitere Analysen und Optimierungen”.

Quelle:Batterie | Tesla- und BYD-Batterien im Vergleich | springerprofessional.de