电气设备与新能源行业：新能车技术深度研究之一，Maxwell的超级电容-干电极-方正证券

新能车技术深度研究之一：Maxwell的超级电容&干电极 证券研究报告 2020年2月23日 分析师：申建国 执业证书编号：S1220517110007 核心观点： 核心观点：  Maxwell是技术领先的超级电容企业，特斯拉溢价收购醉翁之意不在酒。 超级电容电极极片的制造工艺分为干电极与湿电极两种技术。 Maxwell干电极仅通过干混活性碳粉和粘合剂加工成电极，其寿命长、抗冲击能力强，性能好。2019年2月5日特斯拉溢价55%收购超级电容器生产商Maxwell ，主要看中Maxwell独有干电极工艺，并借鉴切换到电池极片生产工艺，为后面的固态电池做技术储备。  干电极对现有电池体系影响 锂电池正负极（氧化物/石墨）比表面小，且嵌锂导致膨胀系数大，粉体脱落（破坏SEI膜）对性能影响较大，对粘结度要求高。超级电容干电极工艺切换到锂电池极片生产工艺，理论上，是可行的，但实践上要克服的困难非常大。 如特斯拉干法电极真的成功，在材料环节，将减少极片溶剂NMP的使用，提高碳纳米管的渗透率，对电解液添加剂要求更高，并大幅降低预锂化的难度，加快硅碳负极的导入。  锂电池+超级电容提升性能 现有新能源动力电池具有局限性，在车辆经历反复性启停、加速等高倍率放电，会影响锂电池的循环效率。而用超级电容与电池并联的方式，可以提高循环效率，有利于提高新能源汽车在低温启动的能力，超级电容可作为启停、能量回收、加速和充电的倍率电源，但由于能量密度过低，不适合作为主电源 。 投资建议： 如干电极技术能应用到锂电池领域，以及新能源汽车可能的锂电池+超级电容动力方案，重点标的包括中国宝安(硅碳负极龙头)、新宙邦(电容器+添加剂+粘结剂)、天奈科技(碳纳米管龙头) 。 风险提示：技术路线进步不如预期、技术方案改变、新能源汽车出货量不及预期。 oPnOtNwPrQqQrOnOsNrNoP9PdNaQoMpPoMnNkPoOoMiNoMnR8OpNpMvPrNrQNZsPwO目录 二 >> 三 一 Maxwell介绍 干电极对现有电池体系影响 锂电池+超级电容提升性能 >> 四 投资机会 >> 目录 一 Maxwell介绍  电极是超级电容的核心元件。 超级电容器通过使电解液极化来静电储存能量。虽然是电化学装置，但其储能机理中不涉及化学反应。这一机制是高度可逆的，允许超级电容器被充放电数十万甚至数百万次。Maxwell的超级电容产品正负极均为活性碳电极，在工作时，活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的电容量。 超级电容技术原理 图1： 超级电容示意图 资料来源： Maxwell官网，方正证券研究所 24903806/45152/20200224 12:32图2： S系列 图4： Durablue系列 图3： XP系列  Maxwell有三大主力产品。 Maxwell三大主力产品都对应下游不同的应用场景，其中S系列阻抗低，尺寸小，针对工业，电子和消费类应用中的尺寸和功率进行了优化；XP系列耐高温、高湿，是专门为在恶劣条件下运行的应用提供可靠性能而设计的超级电容器；DuraBlue是公司较为领先的干电极技术，与其他现有的储能技术相比，其寿命长、抗冲击能力强。 主力产品 资料来源： Maxwell官网，方正证券研究所 24903806/45152/20200224 12:32 超级电容功率密度高，循环性能强。 电池和超级电容器之间最根本的区别是电池具有高能量密度，而超级电容器具有高功率密度。超级电容器非常适合在短时间内（从几分之一秒到几秒钟）反复要求达到峰值性能的应用。 且由于采用了静电充电工艺，超级电容器的循环稳定性大大提高。除此之外，超级电容还具有电压范围宽，温度范围广，易于监控，整合简单，维护保养容易等优点，应用前景较好。但超级电容单位电量成本高，是锂电池的60倍，且能量密度低，仅为锂电池5%左右，作为主动力来源是不现实的。 超级电容性能对比 表1：Maxwell超级电容产品与其他电池体系对比 资料来源： Maxwell官网，方正证券研究所 技术 能量密度(Wh/kg) 每瓦时成本 (欧元/Wh) 功率密度（kW/kg） 每功率成本 （欧元/kW） 循环次数 （次） 超级电容 7 12 7 9 >100000 铅蓄电池 30 0.1 0.05 65 300 锂电池 160 0.2 0.5 60 5000  干电池技术好，远超规范标准。 Maxwell干电池发展历史久远，产品丰富，技术好。特斯拉溢价55%收购Maxwell，主要也是看中其独有干电极工艺，并借鉴切换到电池极片生产工艺，为后面的固态电池做技术储备。Maxwell的干电池在冲击和振动的安全测试中均远超规范标准，体现了公司较好的技术。 Maxwell干电池技术储备 图5： 干电池冲击测试 图6： 干电池振动测试 Maxwell 超级电容器 资料来源： Maxwell官网，方正证券研究所 24903806/45152/20200224 12:32 干电极对超级电容性能有较大提升 与现有湿法涂覆电极相比，由于不需要进行溶剂溶解再烘干，干电极溶剂含量低，压实程度高，也提升了其能量密度和功率密度；压实程度的提升使得干电极电阻较湿电极低，其可用电压范围更宽。但是相对于湿电极，其主要问题在于高压混合的技术较难，且研发成本高。 干电池性能对比 表2：干电池与现有体系性能对比 资料来源： 旺财锂电，高工锂电，方正证券研究所 干电极 湿电极 水分含量 低 高 压实程度 高 低 能量密度 高 低 功率密度 高 低 电阻 低 高 电压范围 宽 窄 技术难度 难 易 成本 高 低 目录 二 干电极对现有电池体系影响  干电极理论上能够提高电池的性能和降低生产成本。 干电极导入锂电池生产工艺，将抛弃极片制作采用溶剂辅助加工后干燥的方式，在生产过程中减少溶剂和能量损耗，提高生产效率。在涂覆时，首先将电极颗粒、粘结剂和导电剂混合，通过压出机挤出成初始的电极薄膜，然后在压延机热压作用下，被压在金属箔集流体上形成三层复合电极，适合做厚极片，且大幅降低预锂化难度和成本，加快硅碳负极导入，大幅提高电池能量密度(15%+）。 干电极制造过程 图7： 干电极涂覆流程 图8： 干电极涂覆装置 资料来源： 万方数据，高工锂电，方正证券研究所 24903806/45152/20200224 12:32表3：超级电容产品与锂电池体系对比 超级电容 锂离子电池 充放电原理 双电层结构，正负离子附着在极片表面 锂离子在正、负极结构之间往返嵌入/脱嵌 充放电过程变化 物理变化，活性材料体积基本不变化 化学变化，锂离子嵌入/脱嵌活性材料体积有变化 电极材料 正负极材料相同，为多孔材料例如活性炭，比表面积大(1000m2/g) 正极三元/磷酸铁锂/钴酸锂，负极