東吳證券：特斯拉(TSLA.US)自制電池最快在2022年裝車，建議布局三條投資主線

本文來自微信公眾號“新興產(chǎn)業(yè)匯”，作者：曾朵紅團(tuán)隊(duì)。

結(jié)論

猜想特斯拉(TSLA.US)電池技術(shù)為干電極+正極含鈷超高鎳/無鈷高鎳多元材料+負(fù)極硅碳+圓柱，推測特斯拉自制電池最快有望在2022年裝車。建議布局三條主線：1)特斯拉電池新技術(shù)受益標(biāo)的(新宙邦、關(guān)注中國寶安、天奈科技、贛鋒鋰業(yè)(01772)、天齊鋰業(yè));2)特斯拉自制電池潛在供應(yīng)商(科達(dá)利、恩捷股份、關(guān)注中國寶安、當(dāng)升科技);3)電動化趨勢加速明確，全球龍頭：寧德時代、科達(dá)利、天齊鋰業(yè)、宏發(fā)股份、璞泰來、恩捷股份、三花智控等。

正文

1.收購Maxwell掌握干電池技術(shù)，更易使用超高鎳正極

1.1 干電池電極：差異在于電極片制作工藝，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(jià)55%收購Maxwell，核心技術(shù)分為兩塊：干電池電極技術(shù)和超級電容。

Maxwell發(fā)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(tǒng)和干電池電極，2013年和SK合作研發(fā)超級電容和干電池電極，17年收購Nesscap energy加碼超級電容布局，18年和吉利(00175)/沃爾沃(VLVLY.US)開始合作。超級電容器廣泛應(yīng)用于風(fēng)電、鐵軌、電網(wǎng)儲能等領(lǐng)域。

干電池電極與傳統(tǒng)鋰電池工藝差異主要體現(xiàn)在電極片制造上：傳統(tǒng)的鋰電池制造使用有粘合劑材料的溶劑NMP與負(fù)極或正極粉末混合后，把漿料涂在電極集電體上并干燥，是濕法工藝。而干電池技術(shù)，不使用溶劑，而是將少量(約5-8%)細(xì)粉狀PTFE粘合劑與正/負(fù)極粉末混合，然后通過擠壓機(jī)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。

圖 干法電池與濕法電池對比表

數(shù)據(jù)來源：東吳證券研究所

圖 干電極制作示意圖

資料來源：Astroys

干電池電極技術(shù)目前主要優(yōu)點(diǎn)：

1)電極壓實(shí)密度更高，且有利于負(fù)極補(bǔ)鋰，因此能量密度更高：目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)300wh/kg，目標(biāo)可以超過500wh/kg，對應(yīng)續(xù)航里程超過1500公里。干電極密度更高，容納更多活性物質(zhì)，能量密度更高;同時干法將鋰金屬添加到負(fù)極，可提升電池容量與能量密度，常規(guī)鋰電池第一次循環(huán)會生成SEI膜消耗鋰，造成容量損失，Maxwell18年有一項(xiàng)待審核專利，用干法將鋰金屬添加到負(fù)極，補(bǔ)償?shù)谝淮窝h(huán)的容量損失。此外，電池壽命提升2倍以上。

2)干電池更易使用超高鎳正極材料、硅碳負(fù)極：超高鎳材料堿性高，對環(huán)境濕度和粘結(jié)劑非常敏感，目前正極漿料通過管道運(yùn)輸，容易團(tuán)聚，導(dǎo)致流動性差，堵塞管道，進(jìn)而影響生產(chǎn)效率和良品率;而干電池不存在這樣的問題。負(fù)極這邊，因?yàn)楦呻姌O的技術(shù)特點(diǎn)是容量性很強(qiáng)，硅碳負(fù)極的硅膨脹很大，干電極可以承受電極膨脹。

3)無需使用NMP溶劑，省了涂布、極片烘干環(huán)節(jié)，理論成本較濕法電池降低10-20%以上：傳統(tǒng)的正負(fù)極制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;而且需要巨大電極涂覆機(jī)。但實(shí)際生產(chǎn)中，需對極片切邊等，產(chǎn)業(yè)化后成本優(yōu)勢還需論證。

4)適用于下一代電化學(xué)體系，可長期布局：干電池電極技術(shù)最終仍可以和下一代材料體系、無鈷體系、甚至固態(tài)電池體系，均可繼續(xù)匹配。

但是干電池生產(chǎn)工藝難度大，且該技術(shù)還未通過大規(guī)模應(yīng)用，制作的極片易脫粉、倍率性能差，還需與設(shè)備配套廠商共同開發(fā)相應(yīng)設(shè)備，技術(shù)有待提升，我們估計(jì)短期量產(chǎn)難度較大。

圖 干法電池優(yōu)勢

資料來源：Maxwell

1.2 超級電容：車用更多體現(xiàn)在啟停系統(tǒng)的功率補(bǔ)充上

超級電容具備大功率充放電性能及長循環(huán)壽命優(yōu)勢，主要應(yīng)用于風(fēng)電、鐵軌、電網(wǎng)儲能等領(lǐng)域。超級電容就相當(dāng)于電力系統(tǒng)中的高速緩存。這樣動能回收時發(fā)的電可以存在電容中而不是充進(jìn)電池，急加速時電容和電池同時供電可以爆發(fā)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。可以回避掉很多鋰電池的固有缺陷，產(chǎn)生質(zhì)的提升。

表 Maxwell收購Nesscap拓寬超級電容器市場范圍

Maxwell超級電容在車上主要應(yīng)用于啟停系統(tǒng)，也曾嘗試應(yīng)用與混動汽車。Maxwell在汽車業(yè)務(wù)中的布局源于超級電容器的應(yīng)用，主要用于啟停電壓穩(wěn)定系統(tǒng)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(shù)。

13年與SK合作邁向電動汽車，18年進(jìn)入吉利，公司預(yù)計(jì)2020年進(jìn)入快速放量期。Maxwell早期主要向鉛酸電池汽車產(chǎn)品提供發(fā)動機(jī)啟動模塊，13年開始和SK合作研發(fā)鋰電池和超級電容的結(jié)合。18年Maxwell超級電容技術(shù)將被用于吉利五款微混及插混車型，原計(jì)劃于2019年底前投入量產(chǎn)。

表 18年超級電容器和吉利合作;公司預(yù)計(jì)2020年后進(jìn)入快速增長期

資料來源：Maxwell

超級電容技術(shù)對特斯拉電池可起到輔助作用：一方面可以應(yīng)用并聯(lián)超級電容來延長電池壽命，一方面可以應(yīng)用于Semi等大車型，在啟停狀態(tài)造成的極端充放電電壓，通過超級電容來實(shí)現(xiàn)，在加速時可起到功率平衡作用。

表 超級電容與電池并聯(lián)后的性能特點(diǎn)

資料來源：Maxwell

1.3 Maxwell專利

Maxwell目前共200+專利，全面覆蓋干法電極材料制備、電解質(zhì)自主配方、儲能裝置系統(tǒng)優(yōu)化等。

1)核心專利1：正負(fù)極生產(chǎn)不使用溶劑NMP，大幅簡化工藝降低成本：傳統(tǒng)的正負(fù)極制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、昂貴且復(fù)雜的電極涂覆機(jī)。Maxwell已將這種工藝用于制造超級電容，若借鑒用于電池制造將大幅降低成本。

2)核心專利2：用干法將鋰金屬添加到負(fù)極，可提升電池容量與能量密度 。常規(guī)鋰電池第一次循環(huán)會生成SEI膜消耗鋰，造成容量損失，Maxwell18年有一項(xiàng)待審核專利，用干法將鋰金屬添加到負(fù)極，補(bǔ)償?shù)谝淮窝h(huán)的容量損失。

圖 Maxwell相關(guān)專利

資料來源：Maxwell

2.與三元正極發(fā)明者Jeff Dahn的團(tuán)隊(duì)合作，開發(fā)無鈷材料

2018年6月Musk在Twitter上發(fā)文稱“We use less than 3% cobalt in our bateries & will use none in next gen”。而目前鋰電池?zé)o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(yīng)的技術(shù)儲備且技術(shù)天花板低，估計(jì)特斯拉不會使用;高壓鎳錳材料與電解液之間的副反應(yīng)較為嚴(yán)重，阻礙了其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度;富鋰錳基正極材料首次不可逆容量高、循環(huán)和倍率性能較差，尤其是充放電循環(huán)過程中放電中壓不斷降低，阻礙了產(chǎn)業(yè)化。

特斯拉16年引入三元正極開創(chuàng)者Jeff Dahn團(tuán)隊(duì)，致力于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(guī)模商業(yè)化，因此Jeff Dahn是業(yè)界公認(rèn)的三元材料技術(shù)的真正開創(chuàng)者和發(fā)明者。

從1996年Jeff就職于達(dá)爾豪斯大學(xué)開始，就與3M集團(tuán)開展了長達(dá)20年的深入合作，一直兼任3M集團(tuán)加拿大公司的首席科學(xué)家。2015年6月，特斯拉與Jeff Dahn所領(lǐng)導(dǎo)的25人研究團(tuán)隊(duì)簽訂了為期5年的獨(dú)家合同，而雙方的正式合作已于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(guān)研究。

2019年，Jeff Dahn團(tuán)隊(duì)發(fā)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(rèn)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(jié)構(gòu)穩(wěn)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(tuán)隊(duì)早期研究發(fā)現(xiàn)LiNi0.9Co0.05Al0.05O2和LiNi0.95Al0.05O2、LiNi0.95Mn0.05O2的電化學(xué)性能非常接近，正極材料中有望不再含有鈷。同時，Jeff Dahn團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步系統(tǒng)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(xué)性能、結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性的影響，因此得出結(jié)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(shù)負(fù)責(zé)人為三元體系的領(lǐng)軍人物，且致力于高鎳材料研究，我們推測特斯拉自制電池初期或?yàn)楹挸哝囯姵?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。

3.特斯拉正電池相關(guān)專利

特斯拉自06年就有電池相關(guān)專利，16年電池生產(chǎn)專利增加，主要涉及鋰電池電解質(zhì)添加劑、正極制備等。

圖 特斯拉電池相關(guān)專利

資料來源：特斯拉

4.特斯拉收購鋰電設(shè)備公司，為電池產(chǎn)能擴(kuò)張做準(zhǔn)備

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

海霸精密由徳裔加拿大工程師Heinz Barall于1970年代初創(chuàng)立，自1974年研制出第一臺精密計(jì)量泵以來，一直是精密計(jì)量泵和注液分配系統(tǒng)，也就是精密罐裝的開拓與發(fā)展的領(lǐng)導(dǎo)者。在國際市場上以精密計(jì)量泵、注液系統(tǒng)及電池制造系統(tǒng)而著名。海霸的產(chǎn)品廣泛用于各種科研、電池行業(yè)、電子煙、電容器、緩沖器、針劑、果醬、化妝品、食品及醫(yī)藥工業(yè)。其中鋰電池設(shè)備主要用于混動汽車、筆記本電腦等產(chǎn)品。

在過去的近40多年的時間里，海霸公司已經(jīng)成為電池行業(yè)里一次電池及二次電池生產(chǎn)線的供應(yīng)商。

產(chǎn)品：

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

2)鋰電生產(chǎn)設(shè)備：海霸設(shè)備包括一次電池和二次電池，目前生產(chǎn)堿性電池生產(chǎn)流水線的速度可以達(dá)到1000PPM。公司也有成套的二次電池生產(chǎn)線，包括精密計(jì)量泵和注液分配系統(tǒng)、自動化電池制造和工藝設(shè)備、自定義包裝設(shè)備、鋰離子電池裝配和自動真空灌裝系統(tǒng)等。

收購海霸，提升特斯拉電池產(chǎn)線設(shè)計(jì)、建設(shè)能力，為擴(kuò)產(chǎn)做準(zhǔn)備：2018年12月先導(dǎo)智能與特斯拉簽訂4300萬鋰電設(shè)備采購合同，包括卷繞機(jī)設(shè)備、圓柱電池組裝線設(shè)備及化成分容系統(tǒng);目前特斯拉正在弗里蒙特(Fremont)建設(shè)電池中試生產(chǎn)線。在招聘清單中，特斯拉的電池制造工程團(tuán)隊(duì)正在尋找設(shè)備開發(fā)工程師，以加快下一代電池制造計(jì)劃，而海霸具備鋰電后端設(shè)備生產(chǎn)能力。

5.投資建議

特斯拉電池技術(shù)預(yù)計(jì)會在4月BatteyDay上宣布，后續(xù)再進(jìn)行產(chǎn)能建設(shè)、成本控制，預(yù)計(jì)穩(wěn)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(yīng)商產(chǎn)能為，松下在美超級共產(chǎn)35gwh，年底或擴(kuò)至54gwh;LG南京目前7gwh，年底或增加至10gwh;寧德時代尚不確定采購規(guī)模，這三個供應(yīng)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、歐洲工廠電池采購尚不明朗，預(yù)計(jì)未來有望配套部分自產(chǎn)電池。

建議三條線布局：

1.特斯拉電池新技術(shù)路線受益標(biāo)的：新宙邦(超高鎳正極對電解液添加劑要求提高)、關(guān)注中國寶安/貝特瑞(硅碳負(fù)極中硅含量提升)、天奈科技(碳納米管材料用量增加)、贛鋒鋰業(yè)、天齊鋰業(yè)(鋰用量提升);

2.特斯拉電池潛在供應(yīng)商：科達(dá)利(電池結(jié)構(gòu)件)、關(guān)注中國寶安(負(fù)極材料)、恩捷股份(隔膜)、當(dāng)升科技(正極材料)

3)電動化趨勢加速明確，全球龍頭：寧德時代、科達(dá)利、天齊鋰業(yè)、宏發(fā)股份、璞泰來、恩捷股份、三花智控等

風(fēng)險(xiǎn)提示

政策不達(dá)預(yù)期，銷量不達(dá)預(yù)期，價(jià)格降幅超預(yù)期（編輯:孟哲）