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电池与电气系统系列（四十五）：干法电极与超级电容能否新能源车上应用？

电新产业研究

2020-02-24

导读：由于特斯拉将要自主研发锂电池，并可能在4月发布相关信息，特斯拉在2019年收购超级电容公司Maxwel

由于特斯拉将要自主研发锂电池，并可能在4月发布相关信息，考虑到特斯拉在2019年收购超级电容公司Maxwell，市场多猜测是否可能将超级电容或者干法电极制备方式应用到未来的电池系统上。我们认为，超级电容功率密度高但能量密度太低，适合作为启停电源、制动回收等短时间储能应用，但可能不太适合在电动车上作为主动力能源。Maxwell的干法电极制备技术，理论上可用到锂电池制备上，能大幅简化极片制造工艺、降低成本，并可能有助于解决硅碳负极膨胀问题从而提升其循环寿命。

摘要

1.特斯拉自制电池引发市场对未来电池技术路线的推测：特斯拉开始自制动力电池，预计将在2020年4月的电池日上发布一些相关信息。考虑到特斯拉2019年2月收购控股了超级电容器公司Maxwell，2019年10月收购加拿大电池设备制造企业Hibar，市场纷纷推测特斯拉未来的技术路线与发展方向。

2.超级电容适合汽车启停、制动回收、短时辅助电源：超级电容的优势在于大高功率密度、高循环寿命等特点，可以短时间内大功率充电、放电，比较适合在启停、刹车/制动能量回收、动力峰值功率辅助、短时间能源备用等场景。预计未来汽车、卡车启停系统的应用可能会变得更多，但应该不太适合作为电动车的主动力能源。

3.干电极技术有可能应用到未来的锂电池极片制造上：Maxwell、GMCC等超级公司的干法电极技术，在超级电容领域已经有一定的应用。理论上讲，这一技术与工艺可以应用到锂电池的负极、正极制备上，解决现行湿法工艺带来的流程复杂、加工慢、能耗高、有杂质、有毒溶剂回收复杂等一系列问题，并可能改善目前硅碳负极的材料膨胀性带来的循环寿命问题。Maxwell披露其通过其干电极技术提升了能量密度并，同时将大幅提升电池的循环寿命，并还有望实现一定的成本降低。除Maxwell外，思源电气参股公司烯晶碳能（GMCC）是国内首家、全球第三家在乘用车领域应用超级电容器企业，目前已进入一汽、吉利等大型客户，也具备较完备的干法电极工艺与技术。

4.投资建议：超级电容器在乘用车上启停、制动回收等应用可能会加速，但可能不适合作为电动车主动力电源；干法电极技术有可能会被应用到下一代锂电池的制备上。个股推荐思源电气（控股子公司上海稊米、瑞士SECH的超级电容器业务都已进入主流乘用车体系并开始上量，参股10%的GMCC公司有较好的干法电极技术储备）、亿纬锂能（公司SPC电容器业务具有较好的竞争力）、新宙邦（Maxwell的电解液供应商）。关注巨化股份（化工行业，公司有较大的PTFE产能）、三爱富（化工与传媒行业，公司有一定的PTFE业务）。

风险提示：超级电容市场应用低于预期，干法电极仍不能应用到锂电池领域。

1.特斯拉自制电池引发市场对未来技术路线的遐想

特斯拉自制电池引发市场对未来技术路线与走向的猜测。特斯拉开始自制动力电池，2019年先后收购超级电容器公司Maxwell，电池制造设备公司Hibar，此外，媒体多推测特斯拉可能会低调收购锂离子电池初创公司SilLion（该公司通过同时采用高负载硅负极、富含镍的NMC正极和不易燃的离子液体电解质）。而在2020年4月电池日上，特斯拉可能会发布一些相关信息，因此，围绕未来动力电池的技术路线与走向，引起了市场的各种猜想。

超级电容与干法电极受关注。2019年2月，特斯拉溢价收购控股Maxwell，该公司主要业务是超级电容器，在干电极工艺上有领先的储备。考虑到这一情况，业内多在推测干法电极或者超级电容是否会用到未来的电池制备上。

Maxwell公司概况。Maxwell1992年开始开发超级电容器，并于1995年推出首款大容量超级电容器，其超级电容器产品已大批量应用在汽车领域供应海外主流车企，应用在启停与能量回收、插电混电动车的峰值功率子系统。

2.超级电容可能适合启停、制动回收等场景

超级电容技术介绍。超级电容器是一种能够储藏电荷的元件，通常采用活性炭材料制作成多孔电极，同时在相对的碳多孔电极之间充填电解质溶液。相比于锂电池，其主要优势在于1）由于其充放电不发生化学反应，循环寿命更长；2）功率密度更高，具备强劲的充放电性能。但超级电容局限性也很明显，比如能量密度太低。

超级电容适合汽车启停、制动回收、短时辅助电源。超级电容的优势在于大高功率密度、高循环寿命等特点，可以短时间内大功率充电、放电，比较适合在启停、刹车/制动能量回收、动力峰值功率辅助、短时间能源备用等场景。

随着节油率要求的不断提升，预计超级电容在燃油车启停系统的应用可能会变得更多，目前12V启停的超级电容器造价，也在近1000元左右，行业远期产值可能也比较大。但是，超级电容器本身可能不太适合作为新能源乘用车的主动力能源。

3.干电极技术有可能被应用到下一代锂离子电池制备中

干法电极介绍。在传统电池制造中，将混有粘接剂的溶剂与正极或负极粉末混合，并将混合后的浆料涂在电极集流体上。干法电极技术对原有电池电极的改变主要在于生产工艺和设备改造。在干电极技术下，是将PTFE与正极或负极活性材料混合，再通过喷涂或者高温挤压等方式形成材料带。

干法电极优劣简析。相比湿法工艺更为简单，具备一些突出的优势：

1）省去昂贵的涂覆设备；

2）省去了耗时耗能高的烘烤设备；

3）不需要使用有毒且需要复杂回收体系的NMP溶剂（如果干法用于正极则省掉NMP，负极不需要用水剂）；

4）理论上干法制备的极片，材料纯度更高，能量密度更高，如用于负极有希望辅助解决石墨材料膨胀性太强影响循环寿命的问题。

目前干法工艺还需要解决的问题主要有：

1）材料损耗比湿法大；

2）干法工艺用到的PEFE材料含氟，长期使用可能与锂发生反应。

随着技术与工艺的进步，如果这些问题能有效克服，干法电极制备技术有希望应用到下一代的锂电池生产中。

干法电极技术现状。海外超级电容公司主要在日本，最大的即为Maxwell，经营情况比较坎坷。国内超级电容行业发展经历了一些波折，一方面是目前电网储能、军工业务还在商业化前期，有的属科研或示范项目性质，业务不够稳定，波动比较大。二是前几年大巴车补贴政策变化，超级电容的力度远小于纯电动车，导致客车市场的超级电容需求下降较多。但是近几年随着减排标准的提升，燃油车越来越多的开始采用超级电容技术作为启停等应用。

国内的GMCC、中车等公司也有较好的技术储备，目前国内90%以上的超级电容器产品仍然是采用湿法制备工艺，但我们推测，Maxwell、GMCC的超级电容，主要是干法工艺制备。

PTFE产业现状。干法工艺汇总，PTFE（聚四氟乙烯）将取代NMP或者水剂与活性材料混合。目前海外供应应该以杜邦、日本大金等公司为主，国内三爱富等公司有一定储备，如果干法电极制备方式得到应用，可能对PTFE带来一定拉动。

4.结论与建议

1、超级电容适合于短时能源存储或者后电源。市场近期的关注的超级电容方向，未来有可能在汽车启停、制动回收、短时等场景得到应用，但是可能不太适合作为新能源乘用车的主动力能源。随着节能减排压力的增大，未来燃油车上可能有更多的超级电容器的应用，燃油车用超级电容器的启停系统单车600-900元，有一定的产业空间。

2、干法电极制备方式有可能用于未来的锂电池制造上。干法电极方式较目前的湿法工艺有一些显著优势，特别在硅碳负极、正极等制备上，有可能得到应用。全球干法工艺储备较多的有Maxwell、GMCC等。

3、投资建议：

推荐思源电气（控股子公司上海稊米、瑞士SECH的超级电容器业务都已进入主流乘用车体系并开始上量，参股10%的GMCC公司有较好的干法电极技术储备）；

新宙邦（Maxwell电容器的电解液主要供应商，氟化工储备也比较多）；

亿纬锂能（公司SPC电容器竞争力较强）；

关注巨化股份（化工行业，公司有较大的PTFE产能）、三爱富（化工与传媒行业，公司有一定的PTFE业务）。