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特斯拉(TSLAUS)自产电池猜想:从收购Maxwell(MXWLUS
发布时间:2020-06-16 18:41    文章作者:ag旗舰厅手机版

  特斯拉(TSLA.US)2019年收购Maxwell(MXWL.US),有望利用其干电极、预锂化等技术推动电池技术进步、成本下降,进而推动电动车普及,加速汽车产业乃至能源行业的变革。中国电动车供应链、锂电行业各环节龙头具备全球竞争力,有望受益全球电动车放量,尤其是特斯拉供应链的相关投资机会更加明确。

  特斯拉收购Maxwell回顾:Maxwell Laboratories 1965年成立于美国圣地亚哥,1983年IPO在美国上市,公司主要从事超级电容器与干电池电极的研发和生产。2019年5月,特斯拉以溢价55%收购Maxwell。特斯拉在财务状况还非常紧张的时候,收购Maxwell,预计是看重Maxwell的超级电容器和电池技术,尤其干电极技术,有可能为特斯拉未来的电芯研发提供新的思路。

  Maxwell有哪些核心技术和产品?1)超级电容技术:超级电容寿命长,功率密度高,功率可达电池的5~10倍,可快速充放电,公司超级电容器有多种尺寸、容量和模块配置可供选择,应用于风机、公共交通、混合动力汽车、消费类电子产品和工业设备等领域;2)干电极(DBE)涂层技术,又称dry battery electrode (DBE) coating technology:是将少量(约5-8%)细粉状粘合剂(PTFE)与正极、负极粉末混合,通过挤压机形成薄的电极材料带,压到金属箔集流体上形成电极。该技术特点是工艺过程简单、电极更厚、无溶剂化。3)预锂化(Pre-Lithiation)技术:锂离子电池首次充放电会形成SEI膜,消耗锂导致效率损失,现在三元电池的首次效率一般在85-90%。预锂化技术是在组装电池之前给电极补锂,以提升首次效率,增加电池能量密度。溶剂型涂布方法无法在电极成型时一体化加入锂,干电极技术可以将锂金属粉末与正极、负极活性材料混合后压制成电极。

  为什么特斯拉青睐Maxwell?马斯克认为收购Maxwell是一个“大交易”,可能对其业务产生“巨大影响”。1)Maxwell的干电极技术将可能对电芯技术的发展带来巨大促进,公司认为使用干电极、预锂化技术,电池的能量密度超过300 Wh/kg,并可看到500 Wh/kg的实现路径。干电极技术与现有溶剂涂布电极技术相比成本可降低 10%-20%+。2)电池-超级电容器“混合”动力电池将有效帮助提升电池系统的能量密度与寿命,同时改善瞬时充放电性能,预计超级电容器有望用于Semi truck、Cybertruck以及特斯拉储能业务等对瞬时充放电要求较高的场景。

  特斯拉自产电池进展及规划猜想。2019年,特斯拉除了收购Maxwell,还收购了一家加拿大一家电池制造设备企业Hibar,现已经在其弗里蒙特工厂建立了第一条试点电池产线月的“Battery Day”发布。未来有以下几点猜想:1)我们认为此条产线是对收购技术的整合与改进,未来有望建立自己的工厂。2)特斯拉有望通过掌握先进的电池技术,成为做能源变革的推动者,建立光伏、储能、电动车的生态应用体系。3)考虑特斯拉未来电动车销量规模大,电池需求量大,以及电池生产的马太效应(规模、成本、性能曲线)等,预计特斯拉的大部分电池仍是由外部独立第三方供应商提供,所以对于第三方电池企业而言,实质性的影响较为有限。4)反过来想,特斯拉造车、造电池,最大的竞争对手仍是燃油车,预计特斯拉更愿意做的是联合电池企业一起推动技术进步、成本降低,以推动汽车产业电动化发展。

  风险因素:动力电池技术路线变化;中国国产特斯拉Model 3销量低于预期;特斯拉重大安全事故风险。

  投资策略:特斯拉未来有望推动电池技术进步、成本下降,进而推动电动车普及,加速汽车产业乃至能源行业的变革。中国电动车供应链、锂电行业各环节龙头具备全球竞争力,有望受益全球电动车放量,尤其是特斯拉供应链的相关投资机会更加明确:1)锂电环节:宁德时代(电池),比亚迪股份(01211)、鹏辉能源(电池)、国轩高科(电池)、亿纬锂能(电池)、德方纳米(LFP材料)、恩捷股份(隔膜)、璞泰来(负极)、新宙邦(电解液),天赐材料(电解液),昊华科技(PTFE),东岳集团(PTFE),建议关注科达利(壳体)等;2)上游设备及资源:先导智能(设备)、杭可科技(设备)、赣锋锂业(01772);3)热管理领域,推荐:三花智控(热管理)、银轮股份(热管理);4)零部件方面,精选推荐:(拓普集团、宁波华翔、均胜电子、银轮股份、华域汽车、爱柯迪)。

  Maxwell成立于1965年,主要从事超级电容和干电池电极研发生产。Maxwell Laboratories 1965年成立于美国圣地亚哥,1983年IPO在美国上市,1996年更名为Maxwell Technology,目前公司主要从事超级电容器与干电池电极的研发和生产。超级电容器主要用于电力能源储备等方面,干电池主要用于车用动力电池等方面。2018年公司营业收入约7200万美元,主要业务包括在中国、美国、德国等地。

  2019年,Maxwell被特斯拉收购,成为其全资子公司。2019年2月4日,公司宣布已经同意了特斯拉的收购邀约。在2019年5月,完成了对Maxwell的收购。

  根据交易条款显示,特斯拉主要通过换股的方式收购公司股权,折算后公司每股价值4.75美元,较前一周3.07美元的收盘价溢价 55%。

  Maxwell 是一家以超级电容器和电池技术为核心技术的公司。以下就其技术展开:

  超级电容,又名电化学电容,是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。它是一种介于传统电容器和充电电容器之间的一种新型储能装置,它通过电极与电解液形成的界面双层,将电压加到两个电极上后,电解液中的正负离子分别移动向两个界面双层,能量便以静电的方式储存在材料表面。这种储能过程是可逆的,也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次,并可以最大限度提升储能的功率性能,可快速充放电。

  (2)循环使用寿命长,深度充放电循环使用次数可达1~50万次,没有“记忆效应”;

  (3)大电流放电能力超强,能量转换效率高,过程损失小,大电流能量循环效率≥90%;功率密度高,可达300W/KG~5000W/KG,相当于电池的5~10倍;

  (5)超低温特性好,温度范围宽-40℃~+70℃,安全系数高,长期使用免维护。

  Maxwell公司率先设计、开发和部署超级电容器储能技术。公司超级电容器有多种尺寸、容量和模块配置可供选择,是电池的低成本补充方案,不仅可延长电池使用寿命,在某些情况还能完全替代电池。公司产品可应用于风机、公共交通、混合动力汽车、消费类电子产品和工业设备等领域,现在全球应用达到了6500多万个超级电容器单元。

  什么是干电极涂层工艺?该过程从电极粉末开始,比如说特斯拉的NCA正极的锂镍钴氧化铝粉末。将少量(约5-8%)细粉状PTFE粘合剂与正极粉末混合。然后将混合的正极+粘合剂粉末通过挤压机形成薄的电极材料带。将挤出的电极材料带层压到金属箔集电体上形成成品电极。

  Maxwell的工艺皆适用于正极和负极。用正极材料(NCA、NCM、LFP等皆可)粉末和铝箔制作正极,用石墨粉和铜箔制作负极。另外,还可添加了一些不同的聚合物,获得了更好的强度和离子传输,添加一些其他材料可以提高导电性。通过将电极膜卷绕成卷,然后送入层压机。但这个过程其实比较简单。

  2)Maxwell的工艺使电池的负极和正极不使用溶剂:传统的锂电池制造使用有粘合剂材料的溶剂,NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone)是其中一种常见溶剂。将具有粘合剂的溶剂与负极或正极粉末混合后,把浆料涂在电极集电体上并干燥。溶剂有毒,必须小心回收,进行纯化和再利用。而且需要巨大、昂贵且复杂的电极涂覆机。由于不使用溶剂,往往可以涂得更厚。

  锂离子电池在首次充放电时,会形成SEI膜,消耗锂导致效率损失。SEI英文全称是Solid Electrolyte Interphase,也就是大家常说的固体电解质界面膜。锂离子电池在首次充放电时,电解液中少量极性非质子溶剂在得到部分电子后发生还原反应,与锂离子结合反应生成一种厚度约100-120nm的界面膜,这个膜就是SEI。SEI通常形成于电极材料与电解液之间的固液相界面。现在三元电池的首次效率一般在85-90%。

  预锂化(Pre-Lithiation)技术:不含溶剂,可预掺锂,有助于提升电池效率,提升能量密度。锂电池中负极表面的SEI膜是防止电解液与负极中碳反应的重要组成部分,但同时会消耗一定的活性锂元素,造成首次充放电的效率损失,现在三元电池的首次效率一般在85-90%。预掺锂技术是在制备负极材料过程中将一定量的锂金属粉末与负极活性材料混合,直接制备得到含有一定锂元素的负极。首次充放电过程中的活性物质损失是影响电池能量密度和循环寿命的重要因素,预掺锂技术可以有效减少首次充放电过程中由于生成SEI膜带来的活性物质损失,提高电池效率。

  预锂化技术将带来电池用锂密度提升,金属锂用量将显著上升。以当前三元电池体系为例,每kWh三元电池锂用量约为1.2kg(LCE),假设预锂化技术保持正极材料体系不变,主要变化为在负极中添加金属锂,预计带来电池体系中锂用量提升5%,每GWh电池锂金属用量增长约10吨,若按照特斯拉稳态年销量60万辆计算,对应金属锂需求量增加300-400吨,当前全球金属锂产能仅3500吨左右,若预锂化技术全面普及,将带来金属锂用量的大幅提升。

  马斯克认为Maxwell拥有大量技术,收购Maxwell是一个“大交易”,并且可能对其业务产生“巨大影响”。尤其是,马斯克认为Maxwell的干电极技术将可能对电芯技术的发展带来巨大影响。关于改技术的更详细计划,特斯拉将在“电池和动力总成日”宣布,计划应在“几个月内”完成。

  1)功率和能量密度性能高。该项可以大幅提高电极的厚度,由于采用溶剂型方法涂布,电极厚度不宜太厚,但采用干电极技术,厚度可以成倍增加。Maxwell宣称,在2c放电条件下,一组包含干涂层电极的五个电池的容量保持率在90%以上。其电极能使当前演示单体电池的能量密度超过300 Wh/kg,并且它们能看到超过500 Wh/kg的实现路径。

  2)寿命好。至于耐用性,Maxwell声称,其电池技术在经过近1500充放电次循环后,仍可保持近90%的容量。

  3)低成本。预计这个是公司收购Maxwell最大的出发点。Maxwell认为产能效率有望提升16倍。与现有溶剂涂布电极技术相比成本降低 10%-20%+。此项技术消除或基本上减少了电池制备过程中水和溶剂的使用,消除或基本上减少了杂质以及相关的干燥步骤和设备,提高电池比容量,降低生产成本。

  超级电容器可能用在Semi truck、Cybertruck以及特斯拉储能业务部分

  超级电容有望用于Semi truck、Cybertruck以及特斯拉储能业务部分。特斯拉纯电动皮卡Cybertruck、即将投产的纯电动半挂Semi Truck等车型,对瞬时充放电的功率提出了更高的要求。此外,特斯拉的PowerPack储能装置等产品,也对瞬时大功率充放电有着很高的要求,超级电容器功率大,有望使用在特斯拉的这几类产品中。

  电池与超级电容器组成“混合动力”系统,将打造极优质动力源。超级电容器与普通电池结合组成的动力系统有诸多优势:1)超级电容器充放电效率很高,能量可以快速的释放以及捕获。2)超级电容器工作温度范围宽,低温时也可以保证汽车的加速和能量回收功能,高温时避免了对电池进行大功率充放电。例如,刹车时的能量捕获和回收,急加速急减速时候转换为超级电容器输出能量,保证电池平稳输出,最大程度延长电池寿命。

  电池产能制约生产效率,已建立自己的试点生产线。特斯拉 CEO马斯克此前多次强调电池产能是目前制约公司电动车产能的主要因素,目前特斯拉已经在其弗里蒙特工厂建立了第一条试点电池产线,我们认为此条电池产线将会试验其收购的Maxwell电池技术以及电池生产线设备厂商Hibar System的生产设备。我们预计4月特斯拉电池日将会发布其新的电池技术与未来产能的规划。

  猜想1:特斯拉正在弗里蒙特建立一条试点电池生产线后,有望建立自己的工厂。

  猜想2:为什么要自己做电池?特斯拉是一家定位为能源变革推动者的公司,电池是公司各项业务重要环节,我们预计特斯拉会努力去掌握先进的电池技术,成为做能源变革的推动者,建立光伏、储能、电动车的生态应用系统。

  首先,对电池企业影响,考虑到特斯拉未来产能规模将会比较大(预计2020年约60万辆,中长期有望突破两百万),按照单车平均70kWh计算,2020年需要电池产能将超40GWh,,长期需求超过150GWh,规模巨大;以及电池生产的马太效应(规模、成本、性能曲线)等,预计特斯拉的大部分电池仍是由外部独立第三方供应商提供。综合考虑未来的市场规模以及各电池厂商的先发优势,预计对于宁德、松下、LG的第三方电池企业而言,实质性的影响相对较小。

  其次,特斯拉在早年就公开了自己的专利技术,目的就是为了推动新能源产业的发展,公司有望推出创新的电池技术并自建电池厂,预计符合公司的初衷,未来特斯拉也有望与这些电池厂商一起合作,推动电池技术进步、生产效率提升,进而加速电动汽车的全球化普及,利好整个电动车板块,尤其是特斯拉供应链各个环节龙头。

  特斯拉未来有望推动电池技术进步、成本下降,进而推动电动车普及,加速汽车产业乃至能源行业的变革。中国电动车供应链、锂电行业各环节龙头具备全球竞争力,有望受益全球电动车放量,尤其是特斯拉供应链的相关投资机会更加明确:1)锂电环节:宁德时代(电池),比亚迪股份(01211)、鹏辉能源(电池)、国轩高科(电池)、亿纬锂能(电池)、德方纳米(LFP材料)、恩捷股份(隔膜)、璞泰来(负极)、新宙邦(电解液),天赐材料(电解液),昊华科技(PTFE),东岳集团(PTFE),建议关注科达利(壳体)等;2)上游设备及资源:先导智能(设备)、杭可科技(设备)、赣锋锂业(01772);3)热管理领域,推荐:三花智控(热管理)、银轮股份(热管理);4)零部件方面,精选推荐:(拓普集团、宁波华翔、均胜电子、银轮股份、华域汽车、爱柯迪)。


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