敬请参阅最后一页特别声明 -1- 证券研究报告 2020年5月17日 新能源汽车 再探“门口的野蛮人” 特斯拉电池日前瞻专题报告 行业深度 技术迭代驱动电池发展，特斯拉引领行业 回顾200多年的发展历史，总体来看，电池向更高的能量密度（体积&重量）发展，此外，安全性、循环性及成本等因素也影响电池的商业化应用。就汽车领域来看，车用动力电池发展主要经历了镍氢/锰酸锂-磷酸铁锂-三元锂电三个阶段，电池性能持续优化，成本不断下降。电池环节的技术更新会带来风险但也伴随着机遇，因此关注技术路线十分重要；特斯拉搭载的动力电池始终引领行业，有必要对其电池战略加以重视。 材料层面：无钴化、硅碳负极、电解液添加剂、碳纳米管 对于三元电池，镍含量的增加有助于提升能量密度，钴的成本较高，因此高镍低钴电池成为重要的发展趋势，特斯拉已申报单晶 NCA 材料的制备专利；高镍三元电池的循环性较差，因此可以通过掺杂元素形成四元电池或者改性包覆来改善电池寿命，Jeff Dahn团队在2019年提出了Al2O3涂层如何提升正极材料性能的新见解；磷酸铁锂电池具有低成本、长寿命等优势，宁德时代将为特斯拉供应磷酸铁锂电池。电解液添加剂具有抑制阻抗等作用，过去几年，Jeff Dahn对DMI、ODTO等电解液添加剂进行了研究，特斯拉于 2018 年提交了名称为二恶唑酮与亚硫酸腈作为锂电池电解液添加剂的专利文件。碳纳米管可以使锂电池循环过程中保持良好的电子和离子传导，从而大幅提升锂电池的循环寿命。 结构层面：CTP、刀片电池方案 整合精简电芯、模组硬件成为动力电池降本的重要路径之一。2019年 9 月，宁德时代推出了全新的 CTP 方案，可以使空间利用率提升15%-20%，零件数量减少40%，能量密度提升10%-15%。比亚迪开发的“刀片电池”将于2020年量产，体积比能量密度提升50%，比亚迪“汉”将搭载该电池，计划于2020年6月上市。 工艺层面：干电极、预补锂 干电极是一种极片制作工艺，与湿法电极相比，（1）会节省一部分设备投资，同时生产效率提升；（2）节省溶剂成本，但降本效果较小，粘结剂存在变化的可能性；（3）可降低阻抗，提升极片材料厚度，进而提升电池性能。预补锂技术可以通过预锂化对电极材料进行补锂，抵消形成SEI膜造成的不可逆锂损耗，从而提升锂电池的首次充放电效率。 其他体系：超级电容、固态电池 超级电容是物理式储能装置，优点包括快速充电、循环性极好、安全性好等，缺点主要是能量密度很低，不到锂电池的 10%。未来超级电容+锂电池结合的技术路线值得关注。向全固态电池过渡是锂电技术进步的重要趋势，目前全球都在加快固态电池的研发，但距离商业化应用尚需时日。 投资建议： 电池的技术更新会出现新的投资机会。特斯拉于 2019 年收购了Maxwell和Hibar，并且与著名的锂电池专家Jeff Dahn合作多年，也正在与宁德时代进行联合研究。我们通过公开信息整理了一些主流的技术创新方向，涉及企业包括宁德时代、德方纳米、贝特瑞、璞泰来、新宙邦、赣锋锂业、巨化股份等，建议投资者积极关注相关企业。 风险分析：政策风险、技术路线变更风险、竞争加剧风险、原材料价格波动风险、疫情持续时间过长的风险。 新能源汽车行业 买入（维持） 分析师 李伟峰 (执业证书编号：S0930514050002) 021-52523820 liweifengebscn 赵启超 (执业证书编号：S0930518050002) 010-58452072 zhaoqcebscn 倪昱婧 (执业证书编号：S0930515090002) 021-52503876 niyjebscn 马瑞山 (执业证书编号：S0930518080001) 021-52523850 marsebscn 行业与上证指数对比图 - 1 8 %- 1 1 %- 3 %5%12%0 4 - 1 9 0 7 - 1 9 1 0 - 1 9 0 1 - 2 0电力设备新能源 沪深 300 资料来源：Wind 2020-05-17 新能源汽车 敬请参阅最后一页特别声明 -2- 证券研究报告 投资聚焦 研究背景 过去200多年以来，技术进步始终推动电池向能量密度更高、成本更低的方向演进。车用动力电池总体经历了镍氢/锰酸锂/钴酸锂-磷酸铁锂-三元锂电三个阶段，电池性能持续优化，成本不断下降。特斯拉是全球电动车龙头，致力于改变世界能源结构，推动世界向可再生能源转变，其电池技术始终引领行业。 近两年，特斯拉相继收购了超级电容龙头 Maxwell 和电池制造企业Hibar，这两家公司可能助力特斯拉生产电池；研发方面，加拿大Dalhousie大学的Jeff Dahn团队为特斯拉的电池开发提供了支持，也正在与宁德时代合作开发新型电池。 电池的技术更新会催生新的投资机会，而特斯拉的动力电池始终引领行业，我们通过本篇报告全面梳理了未来的技术方向，对特斯拉“电池日”进行展望。 创新之处 结合Jeff Dahn团队的学术文章、特斯拉的专利以及 Maxwell和Hibar的公开资料，我们从材料层面、结构层面、工艺层面全面梳理了特斯拉在锂电池方面的技术研究方向，此外也展望了固态电池、超级电容等其他的电池体系，最终梳理出相关上市公司供投资者参考。 投资观点 继续提升能量密度、改善循环寿命以及降低成本是特斯拉在锂电池研发方面的主要目标。我们认为，材料层面和工艺层面的创新是特斯拉的重点布局方向，其中材料层面的具体方向包括无钴化（高镍+包覆改性等）和电解液添加剂等，工艺层面的具体方向包括预补锂和干电极技术等。建议投资者积极关注相关企业。 表1：技术方向及涉及的上市公司 技术方向 具体方案 涉及企业 材料层面 无钴化 三元/四元/改性：当升科技、容百科技等；磷酸铁锂：德方纳米、湘潭电化、贝特瑞等 硅碳负极 贝特瑞、璞泰来、杉杉股份、中科电气等 电解液添加剂 新宙邦、天赐材料等 碳纳米管 天奈科技、德方纳米等 结构层面 CTP方案 宁德时代、回天新材等 刀片电池方案 比亚迪等 工艺层面 干电极 巨化股份、昊华科技等 预补锂 赣锋锂业等 其他体系 超级电容 江海股份、新筑股份等 固态电池 宁德时代、比亚迪、赣锋锂业、珈伟股份等 资料来源：光大证券研究所整理 lVmXjVrQvNzRoNyR6M9RbRpNqQsQrRjMpPtOjMoPqP8OmNrPMYtRoNNZpMuM2020-05-17 新能源汽车 敬请参阅最后一页特别声明 -3- 证券研究报告 目 录 1、 技术迭代驱动电池发展，特斯拉引领行业 . 6 1.1、 历史回顾：技术进步推动电池产业发展 . 6 1.2、 特斯拉：引领电池技术迭代方向 . 7 2、 材料层面 . 11 2.1、 无钴化：中短期重要的降本增效手段 . 11 2.2、 硅碳负极：提升能量密度的重要手段 . 17 2.3、 电解液添加剂：降低阻抗，提升循环性 . 18 2.4、 碳纳米管：性能优异的新型导电剂材料 . 19 3、 结构层面 . 22 3.1、 CTP方案：降本效果显著 . 22 3.2、 刀片电池方案：磷酸铁锂电池体积能量密度大幅提升 . 23 4、 工艺层面 . 27 4.1、 干电极：可拓展至锂电池，实现降本增效 . 27 4.2、 预补锂：提升首效，改善性能 . 31 5、 其他体系 . 33 5.1、 超级电容：探索与锂电结合的可能性 . 33 5.2、 固态电池：下一代锂电技术 . 35 6、 投资建议 . 39 7、 风险分析 . 40 2020-05-17 新能源汽车 敬请参阅最后一页特别声明 -4- 证券研究报告 图 目 录 图1：电池发展历史 . 6 图2：不同技术路径的电池对比 . 6 图3：Maxwell业务领域 . 9 图4：Maxwell储能设备应用领域 . 9 图5：Maxwell 2015-2018年营业收入及净利润（百万美元） . 10 图6：Maxwell 2018年分地区收入 . 10 图7：不同组分三元材料热稳定性、放电比容量及容量保持率的比较 . 11 图8：动力电池技术路线对比 . 12 图9：单晶NCA的SEM图 . 13 图10：高镍NCM/NCA/NCMA 差示扫描量热曲线 . 14 图11：添加LiPO2F2对NCM523-石墨软包电池循环性能的影响 . 15 图12：结构精简后Pack成本与原值对比 . 15 图13：2016-2019年国内不同技术路线动力电池装机量（单位：Gwh） . 16 图14：2019年国内不同技术路线动力电池装机量份额 . 16 图15：2016-2022年磷酸铁锂电池装机量 . 16 图16：充电和放电期间硅体积膨胀示意图 . 17 图17：不同添加剂体系的电池循环特征 . 19 图18：不同添加剂体系的电池循环特征 . 19 图19：导电剂在锂电池中的应用 . 20 图20：国产锂电池导电剂占比持续提升 . 21 图21：中国动力锂电碳纳米管导电剂市场持续增长 . 22 图22：碳纳米管导电剂市场渗透率持续提升 . 22 图23：磷酸铁锂电池Pack成本构成. 22 图24：NCM523电池Pack成本构成 . 22 图25：宁德时代CTP方案 . 23 图26：结构精简后Pack成本与原值对比 . 23 图27：比亚迪“汉”2020款EV基本型 . 24 图28：单体刀片电池结构示意图 . 24 图29：动力电池包的电池模组的排布方式示意图1. 24 图30：动力电池包的电池模组的排布方式示意图2. 25 图31：动力电池包的电池模组的排布方式示意图3. 25 图32：对比例1、2、3 . 25 图33：实施例1 . 25 图34：实施例2 . 26 图35：实施例3 . 26 图36：实施例4 . 26 2020-05-17 新能源汽车 敬请参阅最后一页特别声明 -5- 证券研究报告 图37：Maxwell干电极制备流程 . 27 图38：干电极工艺制备的NCM811电池的放电电压曲线 . 27 图39：干电极工艺制备的硅碳负极半电池曲线 . 27 图40：Maxwell的干电极技术介绍 . 28 图41：动力电池生产流程（干电极与湿电极流程对比） . 29 图42：NCM523动力电池系统成本拆分 . 30 图43：NCM111电池的放电倍率表现对比 . 30 图44：干电极工艺制备的NMC电池的循环性表现 . 30 图45：SEI膜成分组成 . 31 图46：SLMP预锂化SiO电极 . 32 图47：SLMP预锂化硅碳纳米管 . 32 图48：超级电容示意图 . 33 图49：超级电容结构组成 . 33 图50：超级电容和锂电池相结合的应用模式 . 34 图51：超级电容产业链 . 35 图52：液态锂离子电池与固态电池性能对比 . 36 图53：液态锂离子电池与固态电池制备工艺对比 . 37 图54：固态电池发展策略 . 37 图55：不同固态电解质性能雷达图 . 38 图56：不同企业选择的电解质技术路线 . 39 表 目 录 表1：技术方向及涉及的上市公司 . 2 表2：特斯拉已交付车型的动力电池演变过程 . 8 表3：特斯拉前五次收购情况 . 10 表4：不同导电剂的优势对比 . 20 表5：比亚迪“刀片电池”效果对比 . 26 表6：正极材料基础参数及假设 . 29 表7：预锂化工艺比较 . 31 表8：超级电容与传统电池的比较 . 34 表9：超级电容相关企业. 35 表10：技术方向及涉及的上市公司 . 40 2020-05-17 新能源汽车 敬请参阅最后一页特别声明 -6- 证券研究报告 1、技术迭代驱动电池发展，特斯拉引领行业 1.1、历史回顾：技术进步推动电池产业发展 “电池”这一概念由富兰克林提出。1800年意大利物理学家伏特发明了伏特电堆，这是人类历史上第一款电池；19世纪中期，可以循环使用的铅酸电池开始出现；19世纪末期，瑞典人琼格纳发明了镍镉电池，这款电池后来推动了现代电子科技的发展；20世纪90年代初，镍氢电池开始商业化；1992 年，索尼公司推出第一款商业化的锂离子电池，由于具备更好的性能被广泛使用。回顾电池200多年的发展历史，总体来看，电池向更高的能量密度（体积&重量）发展，此外，安全性、循环性及成本等因素也影响电池的商业化应用。 图1：电池发展历史 资料来源：EasyAcc 图2：不同技术路径的电池对比 资料来源：battery 2030，执行出版人为Kristina Edström，发布时间为2020年3月 注：横轴为体积能量密度，纵轴为质量能量密度 就汽车领域来看，车用动力电池发展主要经历了镍氢/锰酸锂-磷酸铁锂-三元锂电三个阶段，