新能源汽车行业专题报告：特斯拉自产电池猜想从收购Maxwell说起

1、中信证券研究部核心观点刘海博首席机械分析师S1010512080011袁健聪首席新材料分析师风险因素：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(A+H)、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

2、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（A+H）；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）。重点公司盈利预测、估值及投资评级S1010517080005收盘价EPS（元）PE新能源汽车行业评级强于大市（维持）简称（元）20182019E2020E20182019E2020E评级宁德时代159.901.532.042.671057960买入比亚迪67.501.020.610.71

3、6611195买入比亚迪股份53.401.020.610.71528775买入鹏辉能源31.170.940.751.60334219买入国轩高科26.280.510.640.75514135买入亿纬锂能80.660.591.812.301374535买入德方纳米219.962.573.935.84865638三花智控21.850.470.510.59464337买入璞泰来98.601.371.762.37725642买入恩捷股份64.820.641.061.411016146星源材质38.340.961.101.42403527新宙邦39.290.841.001.18473933买入先导智能5

4、0.850.841.161.43614436买入杉杉股份14.660.990.280.39155238买入科达利65.830.391.071.491696244资料来源：Wind，中信证券研究部预测注：股价为 2020 年 2 月 21 日收盘价 德方纳米、恩捷股份、星源材质、科达利为Wind 一致预期目录 HYPERLINK l _TOC_250012 特斯拉收购 Maxwell 回顾 1 HYPERLINK l _TOC_250011 Maxwell 发展历程 1 HYPERLINK l _TOC_250010 特斯拉收购 Maxwell 回顾 2 HYPERLINK l _TOC_250

5、009 Maxwell 有哪些核心技术和产品？ 2 HYPERLINK l _TOC_250008 Maxwell 超级电容器技术及产品 2 HYPERLINK l _TOC_250007 干电极涂层（DBE）技术 4 HYPERLINK l _TOC_250006 预锂化（Pre-Lithiation）技术 6 HYPERLINK l _TOC_250005 为什么特斯拉青睐 Maxwell？ 7 HYPERLINK l _TOC_250004 马斯克认为干电极技术将对电芯技术发展带来巨大影响 8 HYPERLINK l _TOC_250003 超级电容器可能用在 Semi truck、Cy

6、bertruck 以及特斯拉储能业务部分 9 HYPERLINK l _TOC_250002 特斯拉自产电池进展与规划猜想 10 HYPERLINK l _TOC_250001 特斯拉自产电池进展 10 HYPERLINK l _TOC_250000 规划猜想 11风险因素 11投资建议 11插图目录图 1：公司概览 1图 2：公司产品主要应用在风力发电、高铁、电网储能、电动车等领域 2图 3：Maxwell 的超级电容器产品 3图 4：Maxwell 的超级电容器技术 4图 5：干电极涂层技术过程 4图 6：干电极涂层技术示意图 5图 7：传统溶剂浆料涂布方法 5图 8：锂电负极表面上的 S

7、EI 膜 6图 9：Maxwell 的预掺锂技术 7图 10：Maxwell 干电池技术优势 8图 11：Maxwell 干电池技术优势 9图 12：Semi Truck、Cybertruck 和 Power Pack 9图 13：电池-超级电容器“混合”动力电池 10图 14：特斯拉弗里蒙特工厂 10图 15：特斯拉电池产线 10表格目录表 1：特斯拉收购 Maxwell 交易概况 2表 2：各种电池技术路线单耗测算 7表 3：重点公司盈利预测、估值及投资评级 12 特斯拉收购 Maxwell 回顾Maxwell 发展历程Maxwell 成立于 1965 年，主要从事超级电容和干电池电极研发

8、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。图 1：公司概览资料来源：Maxwell 公司公告，中信证券研究部图 2：公司产品主要应用在风力发电、高铁、电网储能、电动车等领域资料来源：Maxwell 公司公告，中信证券研究部特斯拉收购 Maxwell 回顾2019

9、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美元，较前一周 3.07 美元的收盘价溢价 55%。表 1：特斯拉收购 Maxwell 交易概况特斯拉当时股价（美元/股） 312.21换股收购股数（万股）4,587交易金额（亿美元） 2.179Maxwell 净资产（亿美元）0.91（2018 年年报）PB0.89（2018 年年报）资料来源：公司公告，Bloomberg，中信证券研究部 注：

10、特斯拉股价为 2019 年 2 月 1 日收盘价，Maxwell 自成立之后尚未实现盈利；净资产计算时点为收购发生时 Maxwell 有哪些核心技术和产品？Maxwell 是一家以超级电容器和电池技术为核心技术的公司。以下就两项技术展开：Maxwell 超级电容器技术及产品超级电容，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

11、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。超级电容有以下突出的特点：充电速度快，充电 10 秒10 分钟可达到其额定容量的 95%以上；循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达 150 万次，没有“记忆效应”；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/KG5000W/KG，相当于电池的 510 倍；产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染；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

12、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。图 3：Maxwell 的超级电容器产品资料来源：公司官网，中信证券研究部图 4：Maxwell 的超级电容器技术资料来源：美国专利及商标局，中信证券研究部干电极涂层（DBE）技术Maxwell 除了超级电容，还有一个非常重要的是非溶剂干电极涂层技术(DBE)，原文称 solvent less dry battery electrode (DBE) coati

13、ng technology。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。但这个过程比较简单。图 5：干电极涂层技术过程

14、资料来源：Dry Electrode Coating Technolog（Hieu Duong, Joon Shin & Yudi Yudi），中信证券研究部图 6：干电极涂层技术示意图资料来源：高工锂电，中信证券研究部工艺核心特点：原纤维化（Fibrilization）：特斯拉收购 Maxwell 的一项重要技术理由可以归结为 “原纤维化（Fibrilization）”。Maxwell 的干电极工艺通过将混入活跃的负极或正极材料颗粒的 PTFE（Teflon）原纤维化，形成负极或正极材料的自支撑膜（self supporting film）。Maxwell 的工艺使电池的负极和正极不使用溶剂

15、：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。图 7：传统溶剂浆料涂布方法资料来源：高工锂电，中信证券研究部预锂化（Pre-Lithiation）技术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

16、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%。图 8：锂电负极表面上的 SEI 膜资料来源：中国电池网，中信证券研究部预锂化（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

17、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。图 9：Maxwell 的预掺锂技术资料来源：美国专利及商标局，中信证券研究部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

18、 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。表 2：各种电池技术路线单耗测算电池类型磷酸铁锂电池三元电池预锂化技术电池固态电池正极磷酸铁锂镍钴锰酸锂/镍钴铝酸锂三元材料三元材料负极石墨石墨/硅碳负极石墨/硅碳负极+金属锂金属锂正极耗锂量0.6kg/kWh1.2kg/kWh1.2kg/kWh1.2kg/kWh负极耗锂量000.05kg/kWh0.2kg/kWh合计0.6kg/kWh1.2kg/kWh1.25kg/kWh1.4kg/kWh较前代提升-86%5%

19、17%资料来源：当升科技、璞泰来、德方纳米、Maxwell 等公司公告，中信证券研究部测算 注：预锂化电池和固态电池技术路线中正极材料仍使用三元材料体系，预锂化技术中锂金属掺杂量为中信证券研究部预测值，固态电池负极金属锂用量考虑与现有负极容量等同情况下计算，计算中不考虑电解液用锂量，耗锂量均折合为碳酸锂当量 为什么特斯拉青睐 Maxwell？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

20、，计划应在“几个月内”完成。马斯克认为干电极技术将对电芯技术发展带来巨大影响为什么特斯拉青睐 Maxwell 技术？主要有以下几点原因：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。寿命好。至于耐用性，Maxwell 公司声称，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。低成本

21、。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。图 10：Maxwell 干电池技术优势资料来源：Maxwell 公司公告，中信证券研究部图 11：Maxwell 干电池技术优势资料来源：Maxwell 公司公告，中信证券研究部降本仍是最核心点。美国一名机械工程师 George Bower 在 insideevs 发布的干电极技术分析看，Maxwell 干电

22、池电极技术可为电芯制造带来 20%的降本效果，他认为可以从 3个方面降成本：1）假设产能提高 4 倍，（比公司给的 16 倍低），可将成本在原来的基础上降低 12%。2）考虑自供电池，不再有中间商，中间可降低成本 4%。3）假设杂项费用降低 4%。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，

23、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。图 12：Semi Truck、Cybertruck 和 Power Pack资料来源：特斯拉官方网站，中信证券研究部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。图 13：

24、电池-超级电容器“混合”动力电池资料来源：美国专利及商标局，中信证券研究部 特斯拉自产电池进展与规划猜想特斯拉自产电池进展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。图 14：特斯拉弗里蒙特工厂图 15：特斯拉电池产线资料来源：特斯拉官方网站，中信证券研究部资料来源：特斯

25、拉抖音官方账号，中信证券研究部 注：此产线非特斯拉自建的电池产能规划猜想猜想 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最为重要的一环，参考 SpaceX 的技术先例，我们预计特斯拉会掌握自己的电池技术。猜想 3：如果特斯拉自己做电池，对其他产业有何影响？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

26、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 而言，实质性的影响不会太大。其次，特斯拉在早年就公布了自己的专利技术，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。 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

27、资建议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(A+H)、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（A+H）；3）热管理领域，推荐：三花智控（热

28、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）。表 3：重点公司盈利预测、估值及投资评级收盘价 EPS（元）PE简称（元）20182019E2020E20182019E2020E评级宁德时代159.901.532.032.661057960买入比亚迪67.501.020.610.716611195买入比亚迪股份53.401.020.610.71528775买入鹏辉能源31.170.940.751.60334219买入国轩高科26.280.510.640.75514135买入亿纬锂能80.660.591.812.30137453

29、5买入德方纳米219.962.573.935.84865638三花智控21.850.470.510.59464337买入璞泰来98.601.371.762.37725642买入恩捷股份64.820.641.061.411016146星源材质38.340.961.101.42403527新宙邦39.290.841.001.18473933买入先导智能50.850.841.161.43614436买入杉杉股份14.660.990.280.39155238买入科达利65.830.391.071.491696244资料来源：Wind，中信证券研究部预测注：股价为 2020 年 2 月 21 日收盘价

30、德方纳米、恩捷股份、星源材质、科达利为Wind 一致预期 相关研究新能源汽车行业专题报告宁德时代配套特斯拉“无钴电池”猜想 (2020-02-20)新能源汽车行业 IGBT 专题报告电动车核心技术，国产替代迎机遇 (2020-02-18)新能源汽车行业销量点评春节影响 1 月销量，预计全年前低后高 (2020-02-14)新能源汽车行业疫情专题报告疫情带来短期影响，中长期成长趋势不变 (2020-02-02)特斯拉供应链专题明确 CATL 合作供应，Model Y 进度超预期 (2020-01-31)新能源汽车行业 12 月销量点评电动销量仍旧承压，政策环境有望回暖 (2020-01-14)新能源汽车行业专