“Maxwell的核心技術(shù)包括超級(jí)電容器和干電極技術(shù)，特斯拉收購(gòu)Maxwell主要技術(shù)邏輯或?yàn)榘l(fā)展“超級(jí)電容+鋰離子電池”內(nèi)部融合及混合儲(chǔ)能技術(shù)。國(guó)內(nèi)前期政策偏向能量密度，隨著逐步轉(zhuǎn)向市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，提升車(chē)用儲(chǔ)能綜合性能的新技術(shù)路線或?qū)⒂瓉?lái)業(yè)內(nèi)關(guān)注。”
張健 百人會(huì)研究咨詢部高級(jí)研究員、動(dòng)力電池研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人
吳依靜 百人會(huì)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(jià)55%收購(gòu)Maxwell，完成電化學(xué)領(lǐng)域的第一次重要收購(gòu)。Maxwell的核心技術(shù)主要是干電極技術(shù)和超級(jí)電容驅(qū)動(dòng)的能源儲(chǔ)存業(yè)務(wù)，此次收購(gòu)將使特斯拉加強(qiáng)在儲(chǔ)能領(lǐng)域和電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。
01、何為超級(jí)電容器？
超級(jí)電容器是一種功率型儲(chǔ)能方案，兼具電池和電容的特性。超級(jí)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(zhǎng)、能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)勢(shì)。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(duì)更為成熟，在市場(chǎng)上逐步推廣。
超級(jí)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(jí)電容器由于具有瞬時(shí)高功率、快速充放電等功能，最初由美國(guó)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(jí)電容器在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)，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(jí)電容器市場(chǎng)規(guī)模占比最大。
02、特斯拉為何收購(gòu)Maxwell？
特斯拉收購(gòu)Maxwell，是其電動(dòng)汽車(chē)與儲(chǔ)能生態(tài)業(yè)務(wù)結(jié)合的機(jī)遇。
中國(guó)市場(chǎng)是特斯拉的第二大營(yíng)業(yè)額來(lái)源，對(duì)于特斯拉未來(lái)的業(yè)務(wù)營(yíng)收增長(zhǎng)、扭虧為盈具有重要作用。國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)輛銷量的突破，預(yù)計(jì)2020年銷量將達(dá)到200萬(wàn)輛，提升電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的重要途徑之一，是提高動(dòng)力電池的能量密度。盡管目前特斯拉的第一消費(fèi)市場(chǎng)仍是美國(guó)，但隨著美國(guó)稅收優(yōu)惠力度消退、中國(guó)新能源汽車(chē)市場(chǎng)增長(zhǎng)潛力釋放，特斯拉對(duì)中國(guó)市場(chǎng)的重視度將進(jìn)一步提升。此外，特斯拉上海超級(jí)工廠啟動(dòng)，是中國(guó)取消新能源汽車(chē)外資股比限制后的第一個(gè)外商獨(dú)資項(xiàng)目，規(guī)劃年產(chǎn)能50萬(wàn)輛，也將成為特斯拉提高在中國(guó)的盈利能力的良好機(jī)遇。
Maxwell公司在中國(guó)具有強(qiáng)大的業(yè)務(wù)基礎(chǔ)，并且在超級(jí)電容器和干電極上具有行業(yè)領(lǐng)先的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。超級(jí)電容器在我國(guó)還處于起步階段，2018年被列入國(guó)家專項(xiàng)扶持重點(diǎn)項(xiàng)目，未來(lái)行業(yè)發(fā)展?jié)摿薮螅琈axwell憑借其市場(chǎng)基礎(chǔ)和核心技術(shù)將在行業(yè)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。市場(chǎng)層面，分析Maxwell的銷售收入情況，超級(jí)電容器產(chǎn)品的占比超過(guò)65%，中國(guó)為Maxwell產(chǎn)品的第一大消費(fèi)市場(chǎng)。技術(shù)層面，一方面，Maxwell的超級(jí)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(chǎng)口碑和市場(chǎng)份額；另一方面，其在超級(jí)電容器電極的研發(fā)、生產(chǎn)和制造上擁有超過(guò)35項(xiàng)專利及專有的干電極工藝，為其超級(jí)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(gòu)Maxwell事件，有助于其新動(dòng)力電池研發(fā)及混合儲(chǔ)能技術(shù)的提升。特斯拉和Maxwell分別是電動(dòng)汽車(chē)和超級(jí)電容器行業(yè)的龍頭企業(yè)，本次收購(gòu)?fù)瓿珊?，有助于兩家公司業(yè)務(wù)相互增強(qiáng)，同時(shí)為超級(jí)電容器在車(chē)用儲(chǔ)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(jí)電容和干電極技術(shù)，實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容+鋰離子電池內(nèi)部融合的新動(dòng)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(chǔ)能技術(shù)也是其未來(lái)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)可能用到的技術(shù)之一。同時(shí)，Maxwell在中國(guó)堅(jiān)實(shí)的業(yè)務(wù)基礎(chǔ)，將為特斯拉中國(guó)建廠帶來(lái)的供應(yīng)鏈合作提供一定程度的支持。
03、超級(jí)電容器的應(yīng)用場(chǎng)景是什么？
短期來(lái)看，超級(jí)電容器無(wú)法成為電動(dòng)汽車(chē)的主流儲(chǔ)能配置，但是能夠在一些特定場(chǎng)景獲得應(yīng)用。
1.應(yīng)用于汽車(chē)混合儲(chǔ)能
超級(jí)電容器應(yīng)用于汽車(chē)混合儲(chǔ)能，具有諸多優(yōu)勢(shì)，但是目前功率+能量型混合儲(chǔ)能方案在新能源汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用較少。
與鋰離子電池和燃料電池相比，超級(jí)電容器具有其獨(dú)特的技術(shù)性能。目前在新能源汽車(chē)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(dòng)力源時(shí)不可避免地存在一些局限性，比如純電動(dòng)汽車(chē)高速行駛下耗電量增加等問(wèn)題。與此相比，超級(jí)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(chē)的長(zhǎng)期運(yùn)行工況和特殊氣候使用場(chǎng)景，但作為單獨(dú)（或主要）車(chē)用動(dòng)力源時(shí)能量密度過(guò)低、成本極高，并沒(méi)有得到大規(guī)模普及。
超級(jí)電容器與其他能量型儲(chǔ)能組成的混合動(dòng)力儲(chǔ)能方案，可改善整體性能與壽命。超級(jí)電容器是一種可靠、耐用的功率型儲(chǔ)能技術(shù)，與電池等能量型儲(chǔ)能結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的大功率特性，尤其在汽車(chē)啟停系統(tǒng)中的應(yīng)用具有天然優(yōu)勢(shì)。例如能量型儲(chǔ)能可以長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)大量能量和長(zhǎng)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(jí)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(chǔ)能方案的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在，一是提供高循環(huán)能力和延長(zhǎng)使用壽命，二是增強(qiáng)環(huán)境溫度波動(dòng)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(chǔ)能方案在新能源汽車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用較少，主要受到成本因素制約。乘用車(chē)方面，吉利與Maxwell合作，將在五款微混及插電式混合動(dòng)力車(chē)型中應(yīng)用基于Maxwell超級(jí)電容器技術(shù)的峰值功率子系統(tǒng)，將超級(jí)電容作為功率輔助，預(yù)計(jì)于2019 年底前投入量產(chǎn)并首先投放北美和歐洲市場(chǎng)。商用車(chē)方面，大多是燃油發(fā)動(dòng)機(jī)與超級(jí)電容器的混合儲(chǔ)能應(yīng)用，僅有少數(shù)車(chē)企選擇鋰電池和超級(jí)電容的混合儲(chǔ)能方案，如常隆客車(chē)、安凱客車(chē)等。由于近年來(lái)鋰電池規(guī)?；瘜?dǎo)致其成本快速下降，超級(jí)電容器雖然由于近年來(lái)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(shí)系統(tǒng)成本約是鋰電池的40-60倍。
主流新能源動(dòng)力源參數(shù)對(duì)比
2.作為獨(dú)立的儲(chǔ)能單元
基于超級(jí)電容器儲(chǔ)能的電動(dòng)汽車(chē)也存在部分可能的應(yīng)用場(chǎng)景。
一是市內(nèi)公交領(lǐng)域，因?yàn)楣卉?chē)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(jí)電容模組用于公交車(chē)的儲(chǔ)能和動(dòng)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(chē)運(yùn)用了超級(jí)電容器作為能源裝置后，充電不到1分鐘，在裝卸貨物的時(shí)候就可以完成充電，不會(huì)發(fā)生因?yàn)榧谐潆妼?dǎo)致的安全性問(wèn)題和占據(jù)較大空間問(wèn)題，這些領(lǐng)域與超級(jí)電容的特點(diǎn)匹配度較高。
公交和園區(qū)物流領(lǐng)域動(dòng)力系統(tǒng)要求與超級(jí)電容性能匹配
04、我國(guó)超級(jí)電容器技術(shù)發(fā)展如何？
該領(lǐng)域國(guó)內(nèi)與國(guó)外尚存在差距，但是近年來(lái)逐步實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代。
1.超級(jí)電容器本體國(guó)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(jí)電容器在歐洲、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家起步較早，技術(shù)相對(duì)成熟，目前國(guó)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(guó)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(guó)際先進(jìn)水平逐步縮小。其中，國(guó)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(guó)主要超級(jí)電容器生產(chǎn)企業(yè)
我國(guó)超級(jí)電容器產(chǎn)業(yè)取得的重大成績(jī)
2.國(guó)內(nèi)產(chǎn)品技術(shù)水平逐步提升，近年來(lái)逐步實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代
自產(chǎn)業(yè)化開(kāi)始，美國(guó)Maxwell等企業(yè)一直主導(dǎo)全球及中國(guó)市場(chǎng)，近年來(lái)由于國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)化水平提升，以及新能源汽車(chē)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(guó)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(huì)越來(lái)越多的替代對(duì)超級(jí)電容器的進(jìn)口，其中部分產(chǎn)品已經(jīng)開(kāi)始出口，進(jìn)軍國(guó)際市場(chǎng)。
3.在超級(jí)電容器儲(chǔ)能及車(chē)載應(yīng)用方面，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品應(yīng)用處于全球領(lǐng)先水平
超級(jí)電容器在我國(guó)儲(chǔ)能及車(chē)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(yíng)的電容公交線路，同時(shí)由于節(jié)能與新能源汽車(chē)推廣較早，前期配套的混合動(dòng)力客車(chē)一般都配置超級(jí)電容，2013年全國(guó)共銷售新能源客車(chē)9000輛，其中混合動(dòng)力客車(chē)占比超過(guò)80%。
05、超級(jí)電容器發(fā)展前景如何？
目前，政策過(guò)于關(guān)注電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)能密度，一定程度上制約了其他車(chē)用儲(chǔ)能技術(shù)路線的發(fā)展。
1.政策過(guò)于關(guān)注電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)能密度,車(chē)用超級(jí)電容發(fā)展受到限制
2013年前，鋰離子電池、超級(jí)電容及其他儲(chǔ)能的電動(dòng)汽車(chē)在國(guó)家政策支持上差異性不大，基于當(dāng)時(shí)國(guó)家技術(shù)水平、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的考慮，2013年開(kāi)始國(guó)家側(cè)重發(fā)展純電驅(qū)動(dòng)路線，并出臺(tái)了相關(guān)的配套政策，尤其是補(bǔ)貼政策對(duì)續(xù)航里程和儲(chǔ)能系統(tǒng)能量密度的重視，加速了鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)足進(jìn)步，超級(jí)電容器市場(chǎng)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(jí)電容發(fā)展放緩。
新能源汽車(chē)補(bǔ)貼政策變化
2.超級(jí)電容+鋰離子電池內(nèi)部融合或?qū)V泛應(yīng)用
未來(lái)隨著市場(chǎng)逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，超級(jí)電容+鋰離子電池內(nèi)部融合等對(duì)車(chē)用儲(chǔ)能整體壽命等汽車(chē)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(chē)是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展方向，市場(chǎng)規(guī)模逐年增加，未來(lái)將占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著新能源汽車(chē)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(duì)其他車(chē)載儲(chǔ)能系統(tǒng)將逐步重視。超級(jí)電容器是新能源動(dòng)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(duì)電池壽命等汽車(chē)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(jí)電容+鋰離子電池內(nèi)部融合、功率型+能量型混合儲(chǔ)能或成為未來(lái)儲(chǔ)能主要技術(shù)路線之一。近年來(lái)，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(shì)及超級(jí)電容器高功率及高循環(huán)壽命特性，形成優(yōu)勢(shì)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(jí)電容器+燃料電池等功率型+能量型混合儲(chǔ)能技術(shù)依然存在較大應(yīng)用場(chǎng)景。
超級(jí)電容產(chǎn)業(yè)雖技術(shù)上近年來(lái)取得較大進(jìn)展，但產(chǎn)業(yè)化還需進(jìn)一步發(fā)展。超級(jí)電容器技術(shù)雖然取得突破，但相比于電池領(lǐng)域，超級(jí)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(dòng)力電池相比，其成本下降速度較慢。為此，需要從以下三個(gè)方面進(jìn)行產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴(kuò)展：一是通過(guò)引入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(dòng)力型超級(jí)電容器的自動(dòng)化生產(chǎn)規(guī)模，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)量百萬(wàn)只的生產(chǎn)規(guī)模；三是增加超級(jí)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(jí)電容器的制造成本降低。
特別鳴謝：
清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院電工研究所等單位相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覟楸緢?bào)告提供部分?jǐn)?shù)據(jù)資料與技術(shù)咨詢。
（完）
