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为什么特斯拉收购Maxwell是合理的

201925日除夕传出新闻,特斯拉准备收购Maxwell,交易已获Maxwell董事会同意,拟于2019年第二季度完成。这是特斯拉的第五起对外收购,也是在电化学领域(电能存储)的第一笔收购


 

Maxwell所在的超级电容器行业相对于电池行业属于相对冷门的行业,为什么特斯拉不选择其他电池公司,而选择收购Maxwell?

 

笔者的从业经历和锂离子电池、超级电容器及Maxwell所用技术均有涉猎,根据目前公开信息做些分析。


 

电池作为电能存储器件是电动车的核心部件-“发动机”,很大程度上决定了电动车的性能表现,如续航里程、百公里加速等性能,以及电动车的组成成本,其重要性不言而喻。作为全球电动车行业的领军公司,特斯拉对这个领域的标的物选择,值得高度关注。


对于电能存储领域-电池、超级电容器等技术,马斯克有深刻和清醒的认知。

 

几个细节可以看出:


 

  • 特斯拉开始做电动车时,选择采用哪种电池耗费了巨大的精力。尝试了当时几乎所有的电池方案后才选择松下的18650圆柱电池作为应用方案,并专门针对这种主要应用于笔记本电脑的小圆柱电池开发了复杂昂贵的电池管理系统,作为电动车的“发动机”,当时可谓惊愕行业人士;


 

  • 2017Q2特斯拉财报会议上,马斯克对行业分析师提出的电池新技术层出不穷如何看待时做出的回应,STFU(shut the fuck up)测试数据说话;


  • 2013年他在Twitter上表示差点想做超级电容器的PhD研究课题,即早已熟悉超级电容器技术。


 

所以,特斯拉选择Maxwell是经过深思熟虑的。The decision is NOT made lightly!

 

Maxwell是家什么公司?

   很多电池行业的人也不知道Maxwell因为Maxwell不是一家“电池”公司,而是一家以超级电容器产品为主的公司。Maxwell在美国自己不生产超级电容器,它只通过核心技术-干法电极技术生产核心部件-电极,再由国外(主要是中国)的OEM工厂装配成超级电容器。所以,做电池的人不知道Maxwell不奇怪。Maxwell近几年将干法电极技术用于开发电池电极,介入电池行业。

p.s.,Maxwell以前有高压电容器产品,已卖掉,专注超级电容器;

p.s.,Maxwell前两年收购了韩国另一家超级电容器厂商Nesscap;

Maxwell的超级电容器产品主要供给风能、电动车、轨道交通、电网储能、航空航天、仪器仪器、工业及设备等行业。


  Maxwell刚上市的时候股票是每股40多美金,被收购消息发布前已不到4美金,2018年营收应不到1亿美金。但Maxwell一直是超级电容器行业的领军企业,拥有领先的行业地位和技术实力,比如率先推出2.85V/3V及更高电压的超级电容器,引领行业趋势。Maxwell处境问题很大一部分是超级电容器行业局限导致。


 

在汽车行业,Maxwell的超级电容器有广泛的应用,迄今为止已装载全球几百万辆汽车。比如和大陆合作的启停系统的VSS(Voltage Stablization System),可效解决汽车启动时的电压跌落问题,保证汽车车载电子设备的正常工作。Maxwell在中国有众多汽车客户,比如宇通、中车、吉利等。



 

简单说Maxwell是行业领军企业,掌握独家技术,但处境不佳。这是为什么特斯拉会收购,Maxwell同意被收购。


 

下面讲讲它家的技术。


 

什么是超级电容器?

 

超级电容器与电池一样是一种电能存储装置,主要以活性炭作为活性物质,通过双电层吸附电荷的原理进行储存电量。二者最大的差异是存储反应机理不同,超级电容器是纯粹的物理反应,电荷吸附储能;而电池是化学反应,比如锂电池,充放电有嵌锂脱锂的化学反应。由此带来二者的性能最大差异:超级电容器能量密度低而功率密度高,电池的能量密度高而功率密度低。


 

超级电容器在功率密度、高低温性能、寿命、可靠性和安全性(无热失控)等方面相对于电池有明显的性能优势。超级电容器和电池在应用上更多是互相补充的关系,把二者的长短处补充起来用,可以弥补彼此的一些缺陷,一般电池起主要作用,超级电容器起辅助作用。

 

有人会说锂电池目前也能解决大功率充放电的问题了,高倍率充放电已经成熟应用。


 

锂电池行业解决的快充是指电动车的充电问题,一辆电动车车寿命周期内的充电次数最多千次级别,而在比如一些功率峰值应用场景,是可能做万次级别的功率输出的,目前电池做不到良好胜任。锂电池的高功率是通过材料改性及制造工艺的优化挤压出来的,有瓶颈。举个例子,长跑运动员去跑短跑的话,努努力下是能比一般人跑得快,但如果你让长跑运动员在百米赛场上和博尔特去比,那是不行的。换道有风险,超车要谨慎。


 

超级电容器分大、中、小众多不同的型号,应用很广泛。注:Maxwell只做中大型超级电容器。


 

超级电容器相比锂电池更环保(无重金属),安全(无热失控),可靠(循环长久,反应机理稳定)。


 

另外值得注意的是在制造超级电容器和锂电池方面,二者的生产流程工艺差不多,可通用产线设备。


 

超级电容器目前的瓶颈主要有两个,一个是能量密度不高,另外一个是价格高。


  • 能量不高的问题

超级电容器的能量密度是电池(锂电池)的几十分之一,目前技术改进路线是做复合型的超级电容器,行业内已经有企业实现商业化,改进有比较清晰的技术路线。

 

  • 价格高的问题

超级电容器的价格高有很大一部分原因是市场规模不大导致原材料价格高企,原材料价格有很大的降价空间。


 

举例,不管是超级电容器还是电池,产品成本有很大一块是由活性物质的成本组成。超级电容器用的活性物质价格是锂离子电池所用活性物质的几倍。前者的活性炭和后者的比如石墨一样都是碳元素组成,通过煅烧制造得到,并没有钴,锂等贵金属,主要是市场需求小限制了其价格降低。

 

Maxwell的过人之处是什么?

 

Maxwell不仅能做行业内最好的超级电容器产品,还拥有先进的电极技术-干法电极制造技术。不管是电池还是超级电容器,电极都是核心部件之一。Maxwell

用干法电极技术制造超级电容器成功应用已经多年,近几年探索把干法电极技术应用于锂电池电极制造,并有了初步验证结果。所以Maxwell的技术具备promising & good potenal的条件。


 

干法电极技术是什么?有什么优势?

根据Maxwell公开文献,DBE(Dry Battery Electrode)是区别于传统湿法电极制造技术,无溶剂(Solvent Free)的电极制造技术。这个技术原始是用于超级电容器电极制造的,所以原始应该叫DSE(Dry Supercapacitor Electrode)。

p.s.,干法电极技术指的是制造电极不用溶剂,而不是电池/超级电容器不用溶剂;

p.s.,干法电极技术与锂电池搅拌行业里的高固含量“干法搅拌”是不同的概念;


 

常规湿法电极技术与干法电极技术对比:


 

常规湿法电极技术工序包括四步:


 

  1. 浆料搅拌,把颗粒粉末加上溶剂用搅拌设备混合;

  2. 涂敷,通过涂敷设备涂敷到集电体表面;

  3. 烘烤,在涂敷设备涂敷的过程中同时高温烘干溶剂;

  4. 碾压,烘烤后经过碾压设备把厚度压到要求的范围。


 

干法电极制造技术工序包括三步(摘自Maxwell公开文献):

  1. 颗粒粉末干混;

  2. 干混的粉末压成片(film);

  3. 片(film)再和集电体压合成电极;


 

干法电极带来的优势:


 

二者对比可以看出干法电极技术的优势包括:

  1. 简化工序(无湿法搅拌和涂敷);

  2. 减少设备(无涂布设备);

  3. 提高生产效率(提升烘烤效率);

  4. 减少原材料成本(无溶剂);

  5. 降低能耗;

  6. 降低CO2排放;

  7. 其他


 

即降低电极的制造成本,大幅提高生产效率,提升环保效应;


 

另外干法电极技术还可以带来:


 

  1. 增加loading(27mg/cm2)和电极厚度(Max.~1mm);

  2. 改善活性物质与导电剂颗粒间接触,降低阻抗,从而提升倍率放电效率;


 

即增加电池能量密度和降低内阻,从而提升充放电效率,提升循环性能


Maxwell测试的材料包括:

  • LFP(磷酸铁锂)、三元(NMC111/811)、sulfur、NCA

  • 硅负极、碳、LTO、石墨

并提到固态电池也可兼容(固态电池的电极用什么方法制备无关系),也就是把锂电池主流技术路线用干法电极技术都基本做了初步尝试,证明干法电极技术都适用.

 

Dry coated electrode ,NMC+graphite,loading ~4mAh/g,pouch cell prototype,CC 0.5C charge,4.2V&1C discharge,2.7V, nearly 90% retention capacity after 2000 cycles.

测试的放电曲线、倍率放电、循环寿命等数据差强人意。当然实验室软包电池的测试数据只能做参考,对于成熟的大规模量产是开个头。


 

以上是Maxwell对干法电池电极的初步验证结果,具备同时改善产品性能和成本的潜力。干法电极技术初始是用于超级电容器电极制造,由于材料特性不同,用于锂电池电极制造必然会存在不一样的工程挑战,否则Maxwell不会近几年才开始尝试。干法电极技术的其他相关信息,这里不做继续展开。


 

特斯拉收购Maxwell带来的优势:


 

短期内,Maxwell的超级电容器在汽车行业已经成熟商业化,比如和大陆公司合作的启停系统VSS,比如解决重卡启动电池的低温启动问题等。特斯拉可以采用超级电容器应用方案提升产品性能。


 


 

超级电容器的高功率、超长寿命、安全性、可靠性方面可以在自动驾驶、电动悬架、电动助力转向、能量回收等方面得到应用。特斯拉如果后续推对功率峰值要求高的车型比如皮卡等,可采用。


 

中长期,马斯克看好超级电容器,超级电容器有很多提升空间可以挖掘。至于干法电池电极技术,如果成功,会是锂电池行业的一个颠覆性的制造工艺工程变革,导入Gigafactory可以带来可观的成本降低和性能提升。


 

特斯拉收购Maxwell的因素包括:


 

  • 超级电容器产品,与产品应用契合

  • 干法电极技术,使用该技术制造的超级电容器经过长期可靠检验

  • 干法技术技术可扩展到锂电子电池,完成初步验证,scalable

  • 技术是promising且具good potential的前景

  • 相对轻资产

  • 轻资产和Potential意味收购价格合适

  • 美国公司,团队管理

  • 其他

 

对行业可能产生的影响:


 

超级电容器行业:

  1. 刺激超级电容器行业受到关注

  2. 以特斯拉的风格(参考收购Grohman),会否停止对其他竞争对手的供货

  3. 对其他行业的供货的影响

  4. 对于OEM工厂的合作的影响

  5. 是否会给超级电容器同行空出市场空间

  6. 加快行业发展

 

电池行业:

  1. 引起干法电极技术路线的跟进

  2. 电极制造设备的开发

  3. 加快行业发展

 

电动车行业:

  1. 引起电动车企业对超级电容器产品的关注

  2. 其他电动车企业是否会也考虑相关并购

  3. 加快行业发展

 

马斯克收购maxwell的后续:

 

  • 超级电容器


 

可做的改进包括:提高能量密度及降低超级电容器成本。


 

在提高能量密度方面,业内公司特别是日本公司做出了有力的探索和扎实的成果。可以继续深挖原材料特性,提升产品的能量密度,寻求产品工程应用的优化方案。


 

在降低成本方面,如果量产超级电容器,锂电池和超级电容器的产线基本通用,参照Gigafactory进行量产,以特斯拉的生产规模和议价能力看,可以大幅压低超级电容器的价格。这个不一定会发生,看超级电容器的性能程度是否满足大范围应用需求。


 

  •  干法电极技术


 

参考Maxwell给出的潜力前景可做的努力:

  • 300Wh/kg的能量密度验证达成

  • 350Wh/Kg的短期能量密度目标

  • 500Wh/kg的长期能量密度目标

  • 降低电池首次效率损失

  • 降低每辆电动车成本200~1000美金

  • <100美金的每千瓦时电池成本

这些数字可以是当下任何一家电动车企业的目标需求,这是Maxwell的PPT信息,供联想。特斯拉用的是业内能量密度最高的NCA,Maxwell的信息如果可实现,其短期目标的潜力有可能放大。


 

  • Price:quality equation

UBS一位分析师Colin Langan去年11月对全球主要四家电动车电池价格做了成本拆解分析,特斯拉和松下合作生产的21700NCA圆柱锂离子电池的价格(111usd/Kwh)比LG化学的软包三元锂电池低~25%(148usd/Kwh),而LG化学的电池在其余三家里是价格最低的,其余三家包括LG化学,三星SDI和CATL宁德时代新能源。


 


 

通过拆解成本能否得到完整准确的电池价格是个疑问,电池的价格不只是材料成本,还包括工艺路线、制造控制、质量管理等等各个方面。电池做成电池包是一个成本加成,用于电动车做成电池动力驱动系统又是一个加成。每家路线都不一致,完全准确是不可能的。


 

针对UBS分析师之前的报告,马斯克发过文章反驳,认为他低估了特斯拉的价格优势,UBS分析师根本不了解特斯拉的价格组成。举例,特斯拉电动车的部件用了军用级别的电子零部件,UBS分析师是拿军用零部件供应商的价格做分析,其行业利润是巨大的,而不是特斯拉得到的价格。按照马斯克的说法,在2018年的某个时刻就达到电池100usd/Kwh的目标,再过一两年,battery pack也会cross the barrier。


 

特斯拉一直采用in-sourcing(in-housing) production。最初特斯拉想参考苹果的制造理念,自己做设计,然后找厂商加工,但发现在电动车行业这样的理念行不通,面临三个原因:


 

  1. 供应商不知道怎么做,达不到要求的质量

  2. 供应商的价格太贵了

  3. 供应商达不到需求的量


所以特斯拉才会转向in housing production,买Lotus,买通用和丰田的工厂,和松下合作做汽车电池,结果发现price:quality equation效果更好。


 

特斯拉和松下合作生产的是21700 NCA圆柱电池,不含钴,比其他主要电池厂家目前主要采用的三元镍钴锰便宜可以预期。长期看空特斯拉的UBS给出111usd/Kwh的电池成本,马斯克一直指责对方低估。看来特斯拉的电池成本已是降幅明显。

 


特斯拉收购Maxwell是继续延续in-housing production,持续追求产品性能提升和成本降低。Maxwell的超级电容器和干法电极技术又将在特斯拉的price:quality equation里发挥多大能量呢?只有时间可以告诉你。


 

结语:


 

回溯一下,马斯克做电动车,和松下合作做电池,现在收购Maxwell做电极,不断延申上游核心,稳扎稳打。马斯克主张第一性原理,看问题和解决问题的视角深刻而独到,解决endemic问题有超强工程能力,always deliver。这次收购的Maxwell,干法电极技术具备不小的成本和性能提升潜力,超级电容器也是先进parallel的电能存储技术,具备提升潜力。


 

2008年特斯拉推出电动车,11年过去了,马斯克成功推动了全球汽车行业的电动车产业浪潮;2019年,马斯克收购Maxwell深度介入电能存储核心技术,当下这个白热化竞争的电动车动力电池行业会不会加速发展呢?十年后再看。


 

特斯拉收购Maxwell,突然 & 合理。