“Maxwell的核心技術(shù)包括超級電容器和干電極技術(shù)，特斯拉收購Maxwell主要技術(shù)邏輯或為發(fā)展“超級電容+鋰離子電池”內(nèi)部融合及混合儲能技術(shù)。國內(nèi)前期政策偏向能量密度，隨著逐步轉(zhuǎn)向市場驅(qū)動，提升車用儲能綜合性能的新技術(shù)路線或?qū)⒂瓉順I(yè)內(nèi)關(guān)注?！?
張健 百人會研究咨詢部高級研究員、動力電池研究團(tuán)隊負(fù)責(zé)人
吳依靜 百人會研究咨詢部助理研究員
點(diǎn)擊文末“閱讀原文”，可下載本報告完整PDF
2019年2月5日，特斯拉宣布以2.18億美元溢價55%收購Maxwell，完成電化學(xué)領(lǐng)域的第一次重要收購。Maxwell的核心技術(shù)主要是干電極技術(shù)和超級電容驅(qū)動的能源儲存業(yè)務(wù)，此次收購將使特斯拉加強(qiáng)在儲能領(lǐng)域和電動汽車動力電池領(lǐng)域的競爭力。
01、何為超級電容器？
超級電容器是一種功率型儲能方案，兼具電池和電容的特性。超級電容器結(jié)合了普通電容器和可充電電池的特點(diǎn)，具有充電速度快、充放電不限流、功率密度高、循環(huán)使用壽命長、能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)勢。根據(jù)不同的工作原理，可分為雙電層電容器和贗電容器兩種，目前雙電層電容器技術(shù)相對更為成熟，在市場上逐步推廣。
超級電容器在交通運(yùn)輸、工業(yè)、新能源等領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。超級電容器由于具有瞬時高功率、快速充放電等功能，最初由美國軍方應(yīng)用于電子設(shè)備領(lǐng)域，并隨著技術(shù)發(fā)展，其應(yīng)用范圍擴(kuò)展到交通運(yùn)輸、工業(yè)裝備、電力、新能源等領(lǐng)域。根據(jù)超級電容器在各個應(yīng)用領(lǐng)域的市場規(guī)模預(yù)測，交通運(yùn)輸領(lǐng)域的占比達(dá)到38%，工業(yè)領(lǐng)域占比約30%，新能源領(lǐng)域占比約21%，其中交通運(yùn)輸用超級電容器市場規(guī)模占比最大。
02、特斯拉為何收購Maxwell？
特斯拉收購Maxwell，是其電動汽車與儲能生態(tài)業(yè)務(wù)結(jié)合的機(jī)遇。
中國市場是特斯拉的第二大營業(yè)額來源，對于特斯拉未來的業(yè)務(wù)營收增長、扭虧為盈具有重要作用。國內(nèi)新能源汽車已經(jīng)實(shí)現(xiàn)百萬輛銷量的突破，預(yù)計2020年銷量將達(dá)到200萬輛，提升電動汽車產(chǎn)品競爭力的重要途徑之一，是提高動力電池的能量密度。盡管目前特斯拉的第一消費(fèi)市場仍是美國，但隨著美國稅收優(yōu)惠力度消退、中國新能源汽車市場增長潛力釋放，特斯拉對中國市場的重視度將進(jìn)一步提升。此外，特斯拉上海超級工廠啟動，是中國取消新能源汽車外資股比限制后的第一個外商獨(dú)資項目，規(guī)劃年產(chǎn)能50萬輛，也將成為特斯拉提高在中國的盈利能力的良好機(jī)遇。
Maxwell公司在中國具有強(qiáng)大的業(yè)務(wù)基礎(chǔ)，并且在超級電容器和干電極上具有行業(yè)領(lǐng)先的競爭優(yōu)勢。超級電容器在我國還處于起步階段，2018年被列入國家專項扶持重點(diǎn)項目，未來行業(yè)發(fā)展?jié)摿薮螅琈axwell憑借其市場基礎(chǔ)和核心技術(shù)將在行業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。市場層面，分析Maxwell的銷售收入情況，超級電容器產(chǎn)品的占比超過65%，中國為Maxwell產(chǎn)品的第一大消費(fèi)市場。技術(shù)層面，一方面，Maxwell的超級電容器產(chǎn)品在耐久性、穩(wěn)定性、可靠性上具有卓越性能，在行業(yè)內(nèi)具有良好的市場口碑和市場份額；另一方面，其在超級電容器電極的研發(fā)、生產(chǎn)和制造上擁有超過35項專利及專有的干電極工藝，為其超級電容器產(chǎn)品的成本、能耗、回收利用提供了技術(shù)支撐。
特斯拉收購Maxwell事件，有助于其新動力電池研發(fā)及混合儲能技術(shù)的提升。特斯拉和Maxwell分別是電動汽車和超級電容器行業(yè)的龍頭企業(yè)，本次收購?fù)瓿珊?，有助于兩家公司業(yè)務(wù)相互增強(qiáng)，同時為超級電容器在車用儲能中的應(yīng)用創(chuàng)造了新一輪熱潮，一方面，特斯拉可以吸收Maxwell的超級電容和干電極技術(shù)，實(shí)現(xiàn)超級電容+鋰離子電池內(nèi)部融合的新動力電池技術(shù)路線，提升電池壽命和能量密度，降低生產(chǎn)成本。另一方面，功率型+能量型混合儲能技術(shù)也是其未來儲能產(chǎn)業(yè)可能用到的技術(shù)之一。同時，Maxwell在中國堅實(shí)的業(yè)務(wù)基礎(chǔ)，將為特斯拉中國建廠帶來的供應(yīng)鏈合作提供一定程度的支持。
03、超級電容器的應(yīng)用場景是什么？
短期來看，超級電容器無法成為電動汽車的主流儲能配置，但是能夠在一些特定場景獲得應(yīng)用。
1.應(yīng)用于汽車混合儲能
超級電容器應(yīng)用于汽車混合儲能，具有諸多優(yōu)勢，但是目前功率+能量型混合儲能方案在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用較少。
與鋰離子電池和燃料電池相比，超級電容器具有其獨(dú)特的技術(shù)性能。目前在新能源汽車領(lǐng)域主要應(yīng)用的鋰電池與燃料電池的功率密度、循環(huán)壽命還較低，單獨(dú)作為動力源時不可避免地存在一些局限性，比如純電動汽車高速行駛下耗電量增加等問題。與此相比，超級電容器的功率密度高，并且其循環(huán)壽命、低溫性能優(yōu)越，能較好地適應(yīng)汽車的長期運(yùn)行工況和特殊氣候使用場景，但作為單獨(dú)（或主要）車用動力源時能量密度過低、成本極高，并沒有得到大規(guī)模普及。
超級電容器與其他能量型儲能組成的混合動力儲能方案，可改善整體性能與壽命。超級電容器是一種可靠、耐用的功率型儲能技術(shù)，與電池等能量型儲能結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)汽車的大功率特性，尤其在汽車啟停系統(tǒng)中的應(yīng)用具有天然優(yōu)勢。例如能量型儲能可以長時間存儲大量能量和長期穩(wěn)定輸出能量，但在需要爬坡、急加速、急停等突發(fā)情景下并不是最佳選擇，相比之下超級電容器是快速爆發(fā)電源，是快速放電和充電的理想選擇。這種功率+能量型混合儲能方案的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在，一是提供高循環(huán)能力和延長使用壽命，二是增強(qiáng)環(huán)境溫度波動的適應(yīng)性，三是提高系統(tǒng)功率性能和電壓穩(wěn)定性。
目前，混合儲能方案在新能源汽車領(lǐng)域應(yīng)用較少，主要受到成本因素制約。乘用車方面，吉利與Maxwell合作，將在五款微混及插電式混合動力車型中應(yīng)用基于Maxwell超級電容器技術(shù)的峰值功率子系統(tǒng)，將超級電容作為功率輔助，預(yù)計于2019 年底前投入量產(chǎn)并首先投放北美和歐洲市場。商用車方面，大多是燃油發(fā)動機(jī)與超級電容器的混合儲能應(yīng)用，僅有少數(shù)車企選擇鋰電池和超級電容的混合儲能方案，如常隆客車、安凱客車等。由于近年來鋰電池規(guī)?；瘜?dǎo)致其成本快速下降，超級電容器雖然由于近年來技術(shù)進(jìn)步成本也得到一定程度的下降，但是由于尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，比較而言成本依然較高，其每千瓦時系統(tǒng)成本約是鋰電池的40-60倍。
主流新能源動力源參數(shù)對比
2.作為獨(dú)立的儲能單元
基于超級電容器儲能的電動汽車也存在部分可能的應(yīng)用場景。
一是市內(nèi)公交領(lǐng)域，因為公交車具有行駛路線和?？康攸c(diǎn)固定，啟停次數(shù)多的特點(diǎn)，將超級電容模組用于公交車的儲能和動力系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)提高能源利用率，降低有害氣體排放，減少噪音的效果。
二是園區(qū)（港口）物流搬運(yùn)領(lǐng)域，物流搬運(yùn)車運(yùn)用了超級電容器作為能源裝置后，充電不到1分鐘，在裝卸貨物的時候就可以完成充電，不會發(fā)生因為集中充電導(dǎo)致的安全性問題和占據(jù)較大空間問題，這些領(lǐng)域與超級電容的特點(diǎn)匹配度較高。
公交和園區(qū)物流領(lǐng)域動力系統(tǒng)要求與超級電容性能匹配
04、我國超級電容器技術(shù)發(fā)展如何？
該領(lǐng)域國內(nèi)與國外尚存在差距，但是近年來逐步實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代。
1.超級電容器本體國內(nèi)產(chǎn)品性能逐步縮小與Maxwell等廠商的差距，但干電極技術(shù)壁壘尚待突破
超級電容器在歐洲、美國、日本等發(fā)達(dá)國家起步較早，技術(shù)相對成熟，目前國內(nèi)出現(xiàn)了上海奧威、錦州富辰、北京合眾匯能等企業(yè)，雖然整體水平與國外存在差距，但部分企業(yè)技術(shù)領(lǐng)先，如上海奧威公司，產(chǎn)品性能與國際先進(jìn)水平逐步縮小。其中，國產(chǎn)電容炭的性能指標(biāo)和穩(wěn)定性已經(jīng)可與進(jìn)口炭媲美，但是Maxwell的干電極技術(shù)壁壘尚未突破。
全球電化學(xué)電容器產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
中國主要超級電容器生產(chǎn)企業(yè)
我國超級電容器產(chǎn)業(yè)取得的重大成績
2.國內(nèi)產(chǎn)品技術(shù)水平逐步提升，近年來逐步實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代
自產(chǎn)業(yè)化開始，美國Maxwell等企業(yè)一直主導(dǎo)全球及中國市場，近年來由于國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化水平提升，以及新能源汽車技術(shù)路線的變化，外資產(chǎn)品份額由90%下降到60%左右，逐步實(shí)現(xiàn)了進(jìn)口替代。隨著國內(nèi)生產(chǎn)廠商技術(shù)的完善提高和規(guī)?；?yīng)的逐步體現(xiàn)，將會越來越多的替代對超級電容器的進(jìn)口，其中部分產(chǎn)品已經(jīng)開始出口，進(jìn)軍國際市場。
3.在超級電容器儲能及車載應(yīng)用方面，國內(nèi)產(chǎn)品應(yīng)用處于全球領(lǐng)先水平
超級電容器在我國儲能及車載領(lǐng)域已達(dá)到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，尤其是在公交領(lǐng)域，具有世界上首條投入商業(yè)化運(yùn)營的電容公交線路，同時由于節(jié)能與新能源汽車推廣較早，前期配套的混合動力客車一般都配置超級電容，2013年全國共銷售新能源客車9000輛，其中混合動力客車占比超過80%。
05、超級電容器發(fā)展前景如何？
目前，政策過于關(guān)注電動汽車儲能密度，一定程度上制約了其他車用儲能技術(shù)路線的發(fā)展。
1.政策過于關(guān)注電動汽車儲能密度,車用超級電容發(fā)展受到限制
2013年前，鋰離子電池、超級電容及其他儲能的電動汽車在國家政策支持上差異性不大，基于當(dāng)時國家技術(shù)水平、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的考慮，2013年開始國家側(cè)重發(fā)展純電驅(qū)動路線，并出臺了相關(guān)的配套政策，尤其是補(bǔ)貼政策對續(xù)航里程和儲能系統(tǒng)能量密度的重視，加速了鋰離子動力電池產(chǎn)業(yè)的長足進(jìn)步，超級電容器市場規(guī)模、產(chǎn)業(yè)投資及技術(shù)研發(fā)受到嚴(yán)重壓縮，超級電容發(fā)展放緩。
新能源汽車補(bǔ)貼政策變化
2.超級電容+鋰離子電池內(nèi)部融合或?qū)V泛應(yīng)用
未來隨著市場逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，超級電容+鋰離子電池內(nèi)部融合等對車用儲能整體壽命等汽車綜合性能指標(biāo)有所提升的技術(shù)或?qū)⒌玫綇V泛應(yīng)用。
新能源汽車是汽車產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展方向，市場規(guī)模逐年增加，未來將占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著新能源汽車補(bǔ)貼政策退坡以及鋰離子電池在上游資源及技術(shù)層面的瓶頸，企業(yè)對其他車載儲能系統(tǒng)將逐步重視。超級電容器是新能源動力系統(tǒng)的有利補(bǔ)充，隨著技術(shù)提升及成本下降，以及對電池壽命等汽車綜合性能指標(biāo)有所提升的技術(shù)或?qū)⒈粡V泛應(yīng)用。
超級電容+鋰離子電池內(nèi)部融合、功率型+能量型混合儲能或成為未來儲能主要技術(shù)路線之一。近年來，將鋰離子電池和雙電層電容器(EDLC)進(jìn)行“內(nèi)部交叉”的研究漸漸興起，即鋰離子電容器，充分利用鋰離子電池能量密度優(yōu)勢及超級電容器高功率及高循環(huán)壽命特性，形成優(yōu)勢互補(bǔ)。比如中科院研制的鋰電容能量密度達(dá)到了25Wh/kg，能量密度接近鉛酸電池，功率密度和循環(huán)壽命遠(yuǎn)超鋰離子電池。此外，超級電容器+燃料電池等功率型+能量型混合儲能技術(shù)依然存在較大應(yīng)用場景。
超級電容產(chǎn)業(yè)雖技術(shù)上近年來取得較大進(jìn)展，但產(chǎn)業(yè)化還需進(jìn)一步發(fā)展。超級電容器技術(shù)雖然取得突破，但相比于電池領(lǐng)域，超級電容器的技術(shù)發(fā)展范圍、產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展?fàn)顩r仍然存在不小的差距，導(dǎo)致與動力電池相比，其成本下降速度較慢。為此，需要從以下三個方面進(jìn)行產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴(kuò)展：一是通過引入市場競爭的機(jī)制刺激相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)的研發(fā)；二是擴(kuò)大動力型超級電容器的自動化生產(chǎn)規(guī)模，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)量百萬只的生產(chǎn)規(guī)模；三是增加超級電容器產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)廠商的數(shù)量，最終將當(dāng)前超級電容器的制造成本降低。
特別鳴謝：
清華大學(xué)、中國科學(xué)院電工研究所等單位相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覟楸緢蟾嫣峁┎糠謹(jǐn)?shù)據(jù)資料與技術(shù)咨詢。
（完）
