特斯拉收購Maxwell自製電池深度梳理與投資機會

TESLA收購Maxwell掌握乾電池技術-乾電池：差異在於電極片製作工藝，材料及鋰電池原理大體一致

2019 年 2 月 5 日，特斯拉在資金緊張的情況下，宣布以 2.18 億美元溢價 55% 收購Maxwell，核心技術分為兩塊：乾電池電極技術和超級電容。

Maxwell發展歷史：1965年成立，初期為政府提供理論物理研究，96年更名為Maxwell Tech。目前擁有員工超過500人，18年收入為0.9億美元，主要分布中國、美國、德國、韓國等。公司目前主要專注市場為儲能系統和乾電池電極，2013年和SK合作研發超級電容和乾電池電極，17年收購Nesscap energy加碼超級電容布局，18年和吉利/沃爾沃開始合作。超級電容器廣泛應用於風電、鐵軌、電網儲能等領域。

乾電池與傳統鋰電池工藝差異主要體現在電極片製造上：傳統的鋰電池製造使用有粘合劑材料的溶劑NMP/MNP與負極或正極粉末混合後，把漿料塗在電極集電體上並乾燥，是溼法工藝。而乾電池技術，不使用溶劑，而是將少量(約5-8％)細粉狀PTFE粘合劑與正/負極粉末混合，然後通過擠壓機形成薄的電極材料帶，再將電極材料帶層壓到金屬箔集電體上形成成品電極。

幹法電池與溼法電池對比表

圖源：雪球

乾電極製作示意圖

乾電池電極技術目前主要優點：

1）電極壓實密度更高，且有利於負極補鋰，因此能量密度更高：目前已經實現300wh/kg，目標可以超過500wh/kg，對應續航裡程超過1500公裡。乾電極密度更高，容納更多活性物質，能量密度更高；同時幹法將鋰金屬添加到負極，可提升電池容量與能量密度，常規鋰電池第一次循環會生成SEI膜消耗鋰，造成容量損失，Maxwell18年有一項待審核專利，用幹法將鋰金屬添加到負極，補償第一次循環的容量損失。此外，電池壽命提升2倍以上。

2）乾電池更易使用超高鎳正極材料：超高鎳材料鹼性高，對環境溼度和粘結劑非常敏感，目前正極漿料通過管道運輸，容易團聚，導致流動性差，堵塞管道，進而影響生產效率和良品率；而乾電池不存在這樣的問題。

3）無需使用NMP+MNP溶劑，省了塗布、極片烘乾環節，成本較溼法電池降低10-20%以上：傳統的正負極製造的粘合過程需要溶劑NMP+MNP，溶劑有毒必須小心回收、純化和再利用；而且需要巨大、昂貴且複雜的電極塗覆機。

4）適用於下一代電化學體系，可長期布局：乾電池電極技術最終仍可以和下一代材料體系、無鈷體系、甚至固態電池體系，均可繼續匹配。

但是乾電池生產工藝難度大，且該技術還未通過大規模應用，我們估計短期量產難度較大。

幹法電池優勢

資料來源：Maxwell

超級電容：車用更多體現在啟停系統的功率補充上

超級電容具備大功率充放電性能及長循環壽命優勢，主要應用於風電、鐵軌、電網儲能等領域。超級電容就相當於電力系統中的高速緩存。這樣動能回收時發的電可以存在電容中而不是充進電池，急加速時電容和電池同時供電可以爆發更高功率，低溫時不必加熱電池就能保證加速和回收功率，高溫時也避免了電池大功率充放電，有效延長電池壽命。可以迴避掉很多鋰電池的固有缺陷，產生質的提升。

Maxwell收購Nesscap拓寬超級電容器市場範圍

資料來源：Maxwell

Maxwell超級電容在車上主要應用於啟停系統，也曾嘗試應用於混動汽車。Maxwell在汽車業務中的布局源於超級電容器的應用，主要用於啟停電壓穩定系統的儲能單元，截至2018年底全球有超過610萬輛汽車在使用其超級電容器技術。13年與SK合作邁向電動汽車，18年進入吉利，公司預計2020年進入快速放量期。Maxwell早期主要向鉛酸電池汽車產品提供發動機啟動模塊，13年開始和SK合作研發鋰電池和超級電容的結合。18年Maxwell超級電容技術將被用于吉利五款微混及插混車型，原計劃於2019年底前投入量產。

18年超級電容器和吉利合作；公司預計2020年後進入快速增長期

資料來源：Maxwell

超級電容技術對特斯拉電池可起到輔助作用：一方面可以應用並聯超級電容來延長電池壽命，一方面可以應用於Semi等大車型，在啟停狀態造成的極端充放電電壓，通過超級電容來實現，在加速時可起到功率平衡作用。

超級電容與電池並聯後的性能特點

資料來源：Maxwell

Maxwell專利

Maxwell目前共200+專利，全面覆蓋幹法電極材料製備、電解質自主配方、儲能裝置系統優化等。

1）核心專利1：正負極生產不使用溶劑NMP，大幅簡化工藝降低成本：傳統的正負極製造的粘合過程需要溶劑NMP，溶劑有毒必須小心回收、純化和再利用。而且需要巨大、昂貴且複雜的電極塗覆機。Maxwell已將這種工藝用於製造超級電容，若借鑑用於電池製造將大幅降低成本。

2）核心專利2：用幹法將鋰金屬添加到負極，可提升電池容量與能量密度。常規鋰電池第一次循環會生成SEI膜消耗鋰，造成容量損失，Maxwell18年有一項待審核專利，用幹法將鋰金屬添加到負極，補償第一次循環的容量損失。

Maxwell相關專利

資料來源：Maxwell

與三元正極發明者Jeff Dahn的團隊合作，開發無鈷材料

2018年6月Musk在Twitter上發文稱「We use less than 3% cobalt in our bateries &will use none in next gen」。而目前鋰電池無鈷正極材料主要有幾種：磷酸鐵鋰、錳酸鋰、高壓鎳錳酸鋰、富鋰錳基。磷酸鐵鋰、錳酸鋰特斯拉沒有相應的技術儲備且技術天花板低，估計特斯拉不會使用；高壓鎳錳材料與電解液之間的副反應較為嚴重，阻礙了其產業化進度；富鋰錳基正極材料首次不可逆容量高、循環和倍率性能較差，尤其是充放電循環過程中放電中壓不斷降低，阻礙了產業化。

特斯拉16年引入三元正極開創者Jeff Dahn團隊，致力於提高鋰電池能量密度與壽命：Jeff Dahn通過精確限定了鎳錳鈷材料中鎳的含量，顯著提高了三元材料的性能，使三元正極材料可以成功規模商業化，因此Jeff Dahn是業界公認的三元材料技術的真正開創者和發明者。從1996年Jeff就職於達爾豪斯大學開始，就與3M集團開展了長達20年的深入合作，一直兼任3M集團加拿大公司的首席科學家。2015年6月，特斯拉與Jeff Dahn所領導的25人研究團隊籤訂了為期5年的獨家合同，而雙方的正式合作已於2016年6月正式啟動，Jeff主要為特斯拉提供提高鋰電池的能量密度和使用壽命，降低成本相關研究。

2019年，Jeff Dahn團隊發表論文《Cobalt-free Nickel-rich positive electrode materials with a core-shell structure》指出：在NCA類型的高鎳（Ni＞90%）材料中，Co起的作用很小或幾乎沒有。鎳酸鋰材料中摻雜Co認為可以防止Ni2+和Ni+的混排，抑制充放電過程中的相變，以提高材料的結構穩定性。但在高鎳材料（Ni≥0.9）中摻雜少量的Co（≤0.1）所起的作用仍有存疑。在Jeff Dahn團隊早期研究發現LiNi0.9Co0.05Al0.05O2和LiNi0.95Al0.05O2、LiNi0.95Mn0.05O2的電化學性能非常接近，正極材料中有望不再含有鈷。同時，Jeff Dahn團隊進一步系統研究了摻雜Al、Co、Mn、Mg（摻雜量為0.05和0.1）對鎳酸鋰電化學性能、結構和熱穩定性的影響，因此得出結論，在NCA類型的高鎳（Ni＞90%）材料中，Co起的作用很小或幾乎沒有。

綜合考慮，特斯拉的正極技術負責人為三元體系的領軍人物，且致力於高鎳材料研究，我們推測特斯拉自製電池初期或為含鈷超高鎳電池（如鎳含量90%+），而下一步的無鈷電池或使用的是無鈷多元材料，如鎳錳鋁材料。

特斯拉正電池相關專利

特斯拉自06年就有電池相關專利，16年電池生產專利增加，主要涉及鋰電池電解質添加劑、正極製備等。

特斯拉電池相關專利

資料來源：Tesla

特斯拉收購鋰電設備公司，為電池產能擴張做準備

2019年7月-10月，特斯拉秘密收購了一家加拿大的電池設備公司，海霸精密設備公司 (HIBAR SYSTEM LIMITED)，以完善自己的電池領域布局。該公司的總部位於加拿大安大略省的列治文山，除在北美設有工廠，Hibar還在歐洲，韓國，日本，馬來西亞和中國設有主要製造工廠。

海霸精密由徳裔加拿大工程師Heinz Barall於1970年代初創立，自1974年研製出第一臺精密計量泵以來，一直是精密計量泵和注液分配系統，也就是精密罐裝的開拓與發展的領導者。在國際市場上以精密計量泵、注液系統及電池製造系統而著名。海霸的產品廣泛用於各種科研、電池行業、電子菸、電容器、緩衝器、針劑、果醬、化妝品、食品及醫藥工業。其中鋰電池設備主要用於混動汽車、筆記本電腦等產品。

在過去的近40多年的時間裡，海霸公司已經成為電池行業裡一次電池及二次電池生產線的供應商。

產品：

1）海霸計量泵：是一種高精密的定量注液泵，能將各種不同化學和物理性質的液體進行定量灌注或計量輸送。海霸泵可以用於各種高性能電池的生產——將電解液和鋅膏注入電池內。電池的種類包括：鹼錳、鎳氫鎳鎘、鋰離子、鋰錳、鉛酸、鋅空氣電池和燃料電池等；此外還可以製造電容器、食品醬料和化妝品的灌注封裝、各種的醫藥和生物製劑軟膠囊的生產、墨水的灌注等。

2）鋰電生產設備：海霸設備包括一次電池和二次電池，目前生產鹼性電池生產流水線的速度可以達到1000PPM。公司也有成套的二次電池生產線，包括精密計量泵和注液分配系統、自動化電池製造和工藝設備、自定義包裝設備、鋰離子電池裝配和自動真空灌裝系統等。

收購海霸，提升特斯拉電池產線設計、建設能力，為擴產做準備：2018年12月先導智能與特斯拉籤訂4300萬鋰電設備採購合同，包括卷繞機設備、圓柱電池組裝線設備及化成分容系統；目前特斯拉正在弗裡蒙特（Fremont）建設電池中試生產線。在招聘清單中，特斯拉的電池製造工程團隊正在尋找設備開發工程師，以加快下一代電池製造計劃，而海霸具備鋰電後端設備生產能力。

特斯拉電池技術預計會在4月BatteyDay上宣布，後續再進行產能建設、成本控制，預計穩定裝車最快要到2022年，短期還是以外購為主。目前特斯拉電池三個供應商產能為，松下在美超級共產35gwh，年底或擴至54gwh；LG南京目前7gwh，年底或增加至10gwh；寧德時代尚不確定採購規模，這三個供應商基本能夠滿足美國、上海一期和部分二期需求。特斯拉上海工廠二期、歐洲工廠電池採購尚不明朗，預計未來有望配套部分自產電池。

作者：漫步Ethan-投研筆記

來源：雪球

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