如何正确理解TSL的干电极、超级电容器技术

1、请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明2摘要近期市场对于特斯拉4月的电池开放日可能公布的自研电池方向关注度高，猜测比较多的是Tesla在19年5月收购的Maxwell的超级电容与干电池技术。超级电容目前主要应用于商用车与储能领域，在商用车应用中承担辅助电源的功能。我们认为超级电容在乘用车上使用存在三个问题：1）压缩锂电池使用空间，导致续航里程下降；2）增加超级电容器这个零部件会增加成本，3）两套电池系统协同工作较复杂，会导致车辆使用可靠性下降。近期马斯克在采访中也表明， 目前Tesla的汽车电池已经不需要超级电容，但干电极技术未来将考虑应用至锂电池，因此 Maxwell的关键技术就在于干电极技

2、术。干电极技术是一种无溶剂的生产工艺技术。干电极技术与传统湿法电极制造的区别在于，湿法需要使用粘合剂材料的溶剂，主要是NMP，工艺是将负极与正极粉末与溶剂混合，再涂至电极集电体上干燥，而干法则不需要溶剂，直接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。值得注意的是与湿法技术相比，干法电极技术主要是电极极片制备方式上的差别，对原有锂电池体系变化不大。 干电极技术原先使用于超级电容，Maxwell则是全球干电极技术领域的龙头企业，现在其试图将干电池技术应用至锂电池领域。锂电池使用干法的优势在于减少成本10-20 ，能量密度提升50，电池寿命延长1倍，对锂电池的性能提升非常显著，但缺陷也较明

3、显，与超级电容的比表面积相比，锂电池的比表面积较小，实际生产有难度，其次极片较厚，相对倍率性较差，因此商业化有一定难度。相关领域标的：干电极技术【思源电气】（持股比例9.8%），硅碳负极【中国宝安】、高镍三元【当升科技】。超级电容：国内超级电容龙头企业【江海股份】、【新筑股份】（持有上海奥威51%股权）。超级电容电解液供应商：【新宙邦】、【江苏国泰】。风险提示：干电极技术商业化不及预期、超级电容在商用车的应用不及预期、电动车销量不及预期。资料来源：公司公告，公司官网，天风证券研究所3特斯拉收购Maxwell始末与何为超级电容？2019年5月Tesla耗资2.18亿美元（约15亿人民币）溢价55

4、%收购Maxwell。近期市场对特斯拉4月电池日的电池技术方向有多种猜测，其中涉及到Maxwell的超级电容与干电极技术。超级电容主要应用于商用车与储能领域，包括新能源客车、起重机、列车的回收制动能量、UPS，释放用于加速、后备电源、启停电源、在商用车应用中承担辅助电源的功能。超级电容主要分为双电层型超级电容与混合型超级电容。目前Maxwell是双电层 超级电容器，国内以混合型超级电容器。我们认为超级电容在乘用车上使用存在三个问题：1）压缩锂电池使用空间，导致续航里程下降；2）增加超级电容器这个零部件会增加成本，3）两套电池系统协同工作较复杂，会导致车辆使用可靠性下降。近期马斯克在采访中也表明

5、，目前Tesla的汽车电 池已经不需要超级电容，但干电极技术未来将考虑应用至锂电池。图：Maxwell 超级电容产品示意图资料来源：公司公告，seek alpha， 天风证券研究所4干电极技术介绍干电极技术（又称干法技术）是一种无溶剂的生产技术，正负极都可以应用。 干电极技术与传统湿法电极制造的区别在于，湿法需要使用粘合剂材料的溶剂，主要是NMP，工艺是将负极与正极粉末与溶剂混合，再涂至电极集电体上干燥，而干法则不需要溶剂，直接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，工艺图如下：与湿法技术相比，干法电极技术主要是电极极片制备方式上的差别，对原有锂电池体系变化不大，由于无需溶剂，生产

6、成本更低。目前Maxwell是全球干电极技术领域龙头企业，自2004年起已开始申请干电极专利，已广泛运用至超级电容，但锂电领域的运用还处于初始阶段。国内拥有干电极技术的企业较少，烯晶碳能（GMCC）是国内拥有干电极技术的企业。图：Maxwell 干电极工艺图自2004年起，Maxwell已开始申请干电极专利，目前在美已有12项专利，主要应用是超级电容与储能专利名称专利号获得专利时间专利人员摘要内容干颗粒基胶粘剂和干膜及其制备 US105470572020/1/28Mitchell Porter , Xi Xiaomei, Zhong方法Linda , Zou Bin本发明公开了一种基于干法工艺

7、的储能装置结构和其中使用干法粘合剂的方法。Mitchell Porter , Xi Xiaomei, Zhong本发明公开了一种基于干法工艺的储能装置结构和其中使用干法粘Linda , Zou Bin合剂的方法。2016/12/20方法干颗粒基胶粘剂和干膜及其制备 US9525168干颗粒基胶粘剂和干膜及其制备 US88154432014/8/26Mitchell Porter , Xi Xiaomei, Zhong方法Linda , Zou Bin本发明公开了一种基于干法工艺的储能装置结构和其中使用干法粘合剂的方法。Hermann , Nanjundiah Chenniah的不含加工添加剂的

8、纤维化聚合物。Mitchell Porter, Zhong Linda , Vincent 本发明提供了一种用于储能装置的涂层电极，此涂层电极包括干燥2012/7/3US8213156颗粒电极及其制备方法干颗粒储能装置产品US80727342011/12/6Zhong Linda , Xi Xiaomei , MitchellPorter , Zou Bin本发明公开了一种廉价、可靠的干法电容器及其用于制造自支撑干电极膜的方法。Mitchell Porter , Xi Xiaomei , Zhong以干混型干活性电极材料和干粘结剂粉末为原料，制备了可变形可Linda压缩的活性电极干膜。US78

9、835532011/2/8电极产品的制造方法干颗粒储能装置产品US77918612010/9/7颗粒电极及其制备方法US77918602010/9/7Zhong Linda , Xi Xiaomei , Mitchell Porter , Zou BinMitchell Porter , Zhong Linda , Hermann Vincent , Nanjundiah Chenniah本发明公开了一种廉价、可靠的干法电容器及其用于制造自支撑干电极膜的方法。本发明还公开了一种制造用于储能装置产品的电极的示例性工艺本发明提供了一种用于储能装置的涂层电极，此涂层电极包括干燥的不含加工添加剂的纤维

10、化聚合物。干颗粒基胶粘剂和干膜及其制备 US75086512009/3/24Mitchell Porter , Zhong Linda , Xi方法Xiaomei , Zou Bin本发明公开了一种基于干法工艺的储能装置结构和其中使用干法粘合剂的方法。本发明公开了一种廉价、可靠的干法电容器及其用于制造自支撑干电极膜的方法。Zhong Linda , Xi Xiaomei , Mitchell Porter , Zou BinUS73525582008/4/1干粒子电容器及其制作方法可循环使用的干颗粒基粘附电极 US73427702008/3/11Mitchell Porter , Zhong

11、Linda , Xi公开了一种基于干法工艺的电容器和用于使用一个或多个可回收电资料来源：美国专利局，天风证券研究所5Mitchell Porter , Xi Xiaomei , Zhong本发明公开了一种基于干法工艺的储能装置结构和其中使用干法粘Linda , Zou Bin合剂的方法。2007/11/13方法干颗粒基胶粘剂和干膜及其制备 US7295423及其制备方法Xiaomei极膜结构的方法。Maxwell 核心研发人员均为博士，研发方向为新型电极（干电极技术），被Tesla收购后，已开始与Tesla对接核心研发人员教育背景主要研究方向职业发展Mitchell Porter南密西西比大学

12、高分子科学博士主要开发节省空间及成本的新型电极2002-2010年在Maxwell Technologies担任Senior Scientist，2019年进入Tesla担任 Research Engineer担任Director of Research及超级电容器专用干电池博士北京航天航空大学本科；奥本大学 主要研究高能低温的锂离子电容器 2002年进入Maxwell Technologies，如今Xiaomei Xi资料来源：公司官网，天风证券研究所6Zhong Linda范德堡大学材料科学及工程博士研究成本效意高的先进的电极及储能装置技术2002年-2011年在Maxwell Techn

13、ologies担任Sr. Director of Research and Development, Technical Fellow资料来源：Maxwell公告，GGII，天风证券研究所7干电极技术应用锂电非常有前景，但商业化有一定难度Maxwell 干电池技术优劣势无需添加与回收搅拌溶剂，降低溶剂成本无需等待干燥，传统工艺等待溶剂干燥需要100分钟，干电极法可以大大提升制造效率传统工艺需要电极涂覆机，价格较贵且占地面积较大，干电极减少机器购置成本与占地使用面积优点避免寄生反应SEI，减少首次循环损失硅碳负极等需要负极补锂，湿法难补，干法可以直接压到表面，更安全总结：Maxwell声称预计使

14、用干法将较湿法减少成本10-20%，能量密度提升50%，目前电芯单体能量密度突破300wh/kg已得到验证，2025年后有望达500wh/kg，电池寿命延长1倍。超级电容的活性炭的比表面积较大，极片膨胀系数低，粉体脱落影响不大，但锂电池比表面积较小，膨胀系数高，因此实际生产难度较大无溶剂混料（干混料）对设备要求（耐温耐摩擦）很高，干电极的设备缺点是一大壁垒，现在有三种制作方案-轧钢方式/塑料膜方式/喷涂机方式（喷涂机是Maxwell的方式，比较正统的方式）极片较厚，相对倍率性较差，目前未形成规模化，成本较高总结：未在锂电池商业化使用，商业化有一定难度，目前Maxwell声称的优势尚未可知。图：

15、Maxwell 干电极技术对锂电池能量密度提升规划图图：Maxwell 干电极技术可以降低10-20%锂电池成本，提高50%能量密度，寿命延长1倍资料来源：公司官网，天风证券研究所8相关概念股：思源电气、江海股份等干电极技术领域：建议关注【思源电气】，参股烯晶碳能（GMCC），持股比例9.8%。干电极有望加速硅碳负极应用【中国宝安】、高镍三元应用【当升科技】、【杉杉股份】。超级电容领域：建议关注国内超级电容龙头企业【江海股份】、【新筑股份】（持有上海奥威51%股权）。超级电容电解液供应商：建议关注【新宙邦】、【江苏国泰】。分析师声明本报告署名分析师在此声明：我们具有中国证券业协会授予的证券投资

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