“Maxwell的核心技術包括超級電容器和干電極技術，特斯拉收購Maxwell主要技術邏輯或為發(fā)展“超級電容+鋰離子電池”內部融合及混合儲能技術。國內前期政策偏向能量密度，隨著逐步轉向市場驅動，提升車用儲能綜合性能的新技術路線或將迎來業(yè)內關注?！?
張健 百人會研究咨詢部高級研究員、動力電池研究團隊負責人
吳依靜 百人會研究咨詢部助理研究員
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2019年2月5日，特斯拉宣布以2.18億美元溢價55%收購Maxwell，完成電化學領域的第一次重要收購。Maxwell的核心技術主要是干電極技術和超級電容驅動的能源儲存業(yè)務，此次收購將使特斯拉加強在儲能領域和電動汽車動力電池領域的競爭力。
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。超級電容器結合了普通電容器和可充電電池的特點，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相對更為成熟，在市場上逐步推廣。
超級電容器在交通運輸、工業(yè)、新能源等領域具有廣闊的發(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，最初由美國軍方應用于電子設備領域，并隨著技術發(fā)展，其應用范圍擴展到交通運輸、工業(yè)裝備、電力、新能源等領域。根據(jù)超級電容器在各個應用領域的市場規(guī)模預測，交通運輸領域的占比達到38%，工業(yè)領域占比約30%，新能源領域占比約21%，其中交通運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)務結合的機遇。
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)務營收增長、扭虧為盈具有重要作用。國內新能源汽車已經實現(xiàn)百萬輛銷量的突破，預計2020年銷量將達到200萬輛，提升電動汽車產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資項目，規(guī)劃年產能50萬輛，也將成為特斯拉提高在中國的盈利能力的良好機遇。
Maxwell公司在中國具有強大的業(yè)務基礎，并且在超級電容器和干電極上具有行業(yè)領先的競爭優(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項目，未來行業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?，Maxwell憑借其市場基礎和核心技術將在行業(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，超級電容器產品的占比超過65%，中國為Maxwell產品的第一大消費市場。技術層面，一方面，Maxwell的超級電容器產品在耐久性、穩(wěn)定性、可靠性上具有卓越性能，在行業(yè)內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，為其超級電容器產品的成本、能耗、回收利用提供了技術支撐。
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)，本次收購完成后，有助于兩家公司業(yè)務相互增強，同時為超級電容器在車用儲能中的應用創(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，實現(xiàn)超級電容+鋰離子電池內部融合的新動力電池技術路線，提升電池壽命和能量密度，降低生產成本。另一方面，功率型+能量型混合儲能技術也是其未來儲能產業(yè)可能用到的技術之一。同時，Maxwell在中國堅實的業(yè)務基礎，將為特斯拉中國建廠帶來的供應鏈合作提供一定程度的支持。
03、超級電容器的應用場景是什么？
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用。
1.應用于汽車混合儲能
超級電容器應用于汽車混合儲能，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域的應用較少。
與鋰離子電池和燃料電池相比，超級電容器具有其獨特的技術性能。目前在新能源汽車領域主要應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，能較好地適應汽車的長期運行工況和特殊氣候使用場景，但作為單獨（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，與電池等能量型儲能結合可以實現(xiàn)汽車的大功率特性，尤其在汽車啟停系統(tǒng)中的應用具有天然優(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，二是增強環(huán)境溫度波動的適應性，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域應用較少，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用基于Maxwell超級電容器技術的峰值功率子系統(tǒng)，將超級電容作為功率輔助，預計于2019 年底前投入量產并首先投放北美和歐洲市場。商用車方面，大多是燃油發(fā)動機與超級電容器的混合儲能應用，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е缕涑杀究焖傧陆?，超級電容器雖然由于近年來技術進步成本也得到一定程度的下降，但是由于尚未實現(xiàn)大規(guī)模生產，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用場景。
一是市內公交領域，因為公交車具有行駛路線和?？康攸c固定，啟停次數(shù)多的特點，將超級電容模組用于公交車的儲能和動力系統(tǒng)，可實現(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）物流搬運領域，物流搬運車運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)生因為集中充電導致的安全性問題和占據(jù)較大空間問題，這些領域與超級電容的特點匹配度較高。
公交和園區(qū)物流領域動力系統(tǒng)要求與超級電容性能匹配
04、我國超級電容器技術發(fā)展如何？
該領域國內與國外尚存在差距，但是近年來逐步實現(xiàn)進口替代。
1.超級電容器本體國內產品性能逐步縮小與Maxwell等廠商的差距，但干電極技術壁壘尚待突破
超級電容器在歐洲、美國、日本等發(fā)達國家起步較早，技術相對成熟，目前國內出現(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)技術領先，如上海奧威公司，產品性能與國際先進水平逐步縮小。其中，國產電容炭的性能指標和穩(wěn)定性已經可與進口炭媲美，但是Maxwell的干電極技術壁壘尚未突破。
全球電化學電容器產業(yè)現(xiàn)狀
中國主要超級電容器生產企業(yè)
我國超級電容器產業(yè)取得的重大成績
2.國內產品技術水平逐步提升，近年來逐步實現(xiàn)進口替代
自產業(yè)化開始，美國Maxwell等企業(yè)一直主導全球及中國市場，近年來由于國內產業(yè)化水平提升，以及新能源汽車技術路線的變化，外資產品份額由90%下降到60%左右，逐步實現(xiàn)了進口替代。隨著國內生產廠商技術的完善提高和規(guī)模化效應的逐步體現(xiàn)，將會越來越多的替代對超級電容器的進口，其中部分產品已經開始出口，進軍國際市場。
3.在超級電容器儲能及車載應用方面，國內產品應用處于全球領先水平
超級電容器在我國儲能及車載領域已達到產業(yè)化應用，尤其是在公交領域，具有世界上首條投入商業(yè)化運營的電容公交線路，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路線的發(fā)展。
1.政策過于關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，基于當時國家技術水平、產業(yè)基礎的考慮，2013年開始國家側重發(fā)展純電驅動路線，并出臺了相關的配套政策，尤其是補貼政策對續(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業(yè)的長足進步，超級電容器市場規(guī)模、產業(yè)投資及技術研發(fā)受到嚴重壓縮，超級電容發(fā)展放緩。
新能源汽車補貼政策變化
2.超級電容+鋰離子電池內部融合或將廣泛應用
未來隨著市場逐漸占據(jù)主導地位，超級電容+鋰離子電池內部融合等對車用儲能整體壽命等汽車綜合性能指標有所提升的技術或將得到廣泛應用。
新能源汽車是汽車產業(yè)未來發(fā)展方向，市場規(guī)模逐年增加，未來將占據(jù)主導地位。隨著新能源汽車補貼政策退坡以及鋰離子電池在上游資源及技術層面的瓶頸，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)的有利補充，隨著技術提升及成本下降，以及對電池壽命等汽車綜合性能指標有所提升的技術或將被廣泛應用。
超級電容+鋰離子電池內部融合、功率型+能量型混合儲能或成為未來儲能主要技術路線之一。近年來，將鋰離子電池和雙電層電容器(EDLC)進行“內部交叉”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。比如中科院研制的鋰電容能量密度達到了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依然存在較大應用場景。
超級電容產業(yè)雖技術上近年來取得較大進展，但產業(yè)化還需進一步發(fā)展。超級電容器技術雖然取得突破，但相比于電池領域，超級電容器的技術發(fā)展范圍、產業(yè)鏈發(fā)展狀況仍然存在不小的差距，導致與動力電池相比，其成本下降速度較慢。為此，需要從以下三個方面進行產業(yè)規(guī)模擴展：一是通過引入市場競爭的機制刺激相關產業(yè)鏈技術的研發(fā)；二是擴大動力型超級電容器的自動化生產規(guī)模，實現(xiàn)年產量百萬只的生產規(guī)模；三是增加超級電容器產業(yè)鏈生產廠商的數(shù)量，最終將當前超級電容器的制造成本降低。
特別鳴謝：
清華大學、中國科學院電工研究所等單位相關領域專家為本報告提供部分數(shù)據(jù)資料與技術咨詢。
（完）
