Maxwell的中国往事和特斯拉前景-电动汽车观察家

Maxwell的中国往事和特斯拉前景

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红蓝配:特斯拉收购Maxwell

农历大年初一那天,因为被特斯拉以 2.18 亿美元溢价 55% 收购,储能产品企业Maxwell蹭了一波流量。

时光倒流几年,在中国的节能与新能源汽车界,特斯拉还不算很有名,而Maxwell,则已经在中国日进斗金,大发其财。

当时,超级电容器是中国大力推广的混合动力客车的主要部件。Maxwell产品占据多数市场份额,不下于如今宁德时代在动力电池的市场地位。

一代新人换旧人。在中国建厂之际,特斯拉将Maxwell收入麾下,继续交通工具电动化的征途。我们追寻一下Maxwell的中国往事,再看看新红人特斯拉和这个过气明星,能碰撞出怎样的前景。

1

中国往事:

曾经的王者

Maxwell起家是做政府生意的。

1965年,Maxwell的几位创始人,在美国加州圣迭戈创立Maxwell实验室,为美国军方和其他政府机构服务。服务内容都是黑科技,比如先进物理、脉冲功率、空间效应分析等等。

20世纪90年代初,Maxwell实验室开始将技术和产品商业化。1996年,Maxwell实验室更名为Maxwell技术公司,主要产销能源储存和电力输送产品。他们的超级电容器应用于交通运输、汽车、信息技术、可再生能源和工业电子等行业。

Maxwell很早就到中国淘金。2007年,Maxwell在中国深圳建立了第一家合约制造商。目前,Maxwell中国总部设于上海浦东,分为超级电容器和高压电容器两个产品部门,并在天津和深圳分别设有合约制造商。

Maxwell的好日子,伴随中国开始发展节能与新能源汽车产业开始。

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金龙混合动力客车

2009年,中国发起“十城千辆”示范工程,在全国25个城市推广节能与新能源汽车。在那个阶段,混合动力客车是主力车型,并非今天的纯电动或者插电混合动力汽车。

当时的《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》规定,对10米以上的混动客车每辆补贴20万-42万元。

在补贴政策刺激下,混合动力客车从零开始大发展。据《2012中国新能源大客车消费报告》显示,在3年的示范运行中,25个示范城市共推广节能与新能源公交车超过1万辆,其中85%是混合动力客车。

混动客车的表现,政商两届都颇为满意。2012年9月,工信部等四部委发布通知,将混合动力公交客车推广扩大到全国。这一文件原计划推广3000-5000辆混动客车,额度用完就结束。结果,全国车企一哄而上,只用了5个月,就超出了推广额度。

2013年当年,全国共销售新能源客车9000辆,其中混合动力客车占比超过80%。

当时的混合动力客车,一般采用油电或气电混合系统。电储能部分,有镍氢电池、锂离子电池和超级电容器三种选择。

超级电容器混动客车,是最受欢迎的一种,市场份额在七成左右。

超级电容和电池不一样,它存储物理电荷,而不是像电池那样的化学反应,因此超级电容有几乎无限的循环寿命。更厉害的是,它充电速度极快,充电10秒~10分钟可达到其额定容量的95%以上,也就是功率密度高,可达300W/KG~5000W/KG,相当于电池的5~10倍。

如果做个比喻,如果把放电类比成蓄水池放水,电池放电就是缓慢排水,而电容放电就如同开闸放水,充电也是如此。

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Maxwell的超级电容

将超级电容用于客车的制动回收系统上,可以很好地回收动能,在瞬间将刹车产生的动能回收起来,用于驱动车辆,因此节能效果不错。

当时的镍氢电池、锂离子电池,应用于驱动汽车的还少,功率密度和稳定性都差得多。超级电容的特点,适合行驶状况复杂的城市公交车使用,因此得到主机厂和供应商的青睐。

苏州绿控副总经理洪思明见证了中国混动客车和纯电动客车的兴起。他回忆说,当年Maxwell 的超级电容极其抢手,“当时Maxwell 火到什么程度?要现金才能提货。”

价格也是相当贵。“刚开始一个模块卖到1000美金,那个时候1美元还兑7人民币。一个车上装16个模块。一个混动系统一大半的成本都在超级电容上。”洪思明说,一直到2013年、2014年,才降到500美元一个模块。

从Maxwell历年年报的收入来源统计也可以看到,中国混动客车市场的崛起,为Maxwell贡献了多少收入。在2007年,Maxwell在中国的收入还是百万美元级。从十城千辆推广混动客车开始,Maxwell在华收入激增,到2013年的混动客车推广高峰时达到顶点。当时有报道称,Maxwell超级电容器占中国混动客车70%-80%的市场份额。

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资料来源:Maxwell历年年报

不过,“十城千辆”之后,中国推广节能与新能源汽车的技术路线转向“纯电驱动”。2013年9月,四部委发布《关于继续开展新能源汽车推广应用工作的通知》,纯电动、插电式混合动力(含增程式)、燃料电池汽车这三种技术被列入新能源汽车补助标准。混合动力公交车实质上退出新能源汽车的补贴行列。

当时,多位专家和企业高层表示,混合动力客车已经能够承担起日常公交运营任务,应当坚持推广。但是,历史选择了插混和纯电。

在2013-2015年,无论是插电混动客车,还是纯电动客车,Maxwell的超级电容仍能用于回收能量。但是,此后新能源汽车推广越发鼓励纯电动,并提出纯电续航里程要求。到了2016年底,新能源客车补贴政策改为按动力电池装载量来补贴。

这些政策修订,让超级电容能量密度低的短处暴露无遗。洪思明介绍说,虽然包括宇通等车企在插混成为潮流之后还做了“超级电容+电池”的方案,但量也不大。现在,就已经没有新能源客车车企再用超级电容了。

洪思明认为,原因有多方面。但是,“现在锂电池功率密度、循环寿命也能满足需求。”相比之下,超级电容密度低,价格高,在这一技术路线下失去了竞争力。

从Maxwell年报披露在华收入数据也可以看出,2015年以后,Maxwell收入已经大滑坡。

政策给Maxwell创造的好日子,就这样随风消散。

2

特斯拉前景:

高比能电池

时光飞逝。当我们再听到Maxwell时,是它被特斯拉收购的消息。

特斯拉为什么要买Maxwell?

特斯拉的老板埃隆·马斯克曾对超级电容器表示过浓厚的兴趣。他自称是超级电容的大粉丝。作为储能产品,特斯拉会用超级电容来做动力储能设备吗?

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马斯克Twitter发文称是超级电容粉丝

如前所述,在充放电的速率上,毋庸置疑,超级电容器比电池的有巨大的优势。所以如果将超级电容器用于汽车制动时的余能回收和转化,是个不错的应用场景。之前在中国Maxwell主要用于混动客车制动回收。但是,Maxwell也将其推向了乘用车市场。

吉利汽车就是Maxwell的客户之一。从能量储存的角度看,相比电池,超级电容器虽然充放电快,但储电能力则小得多。所以单独使用超级电容器,作为新能源汽车的动力,目前看似乎不太可行。

当然,如果将超级电容器和电池配合使用,可能可以获得一些相互弥补的技术效果。Maxwell提出的电容电池混合应用,主要目的是解决汽车发动过程中反复启动及特殊温度(如低温)启动时,电池的循环寿命降低的问题。

如果并不能单独作为汽车动力,那么超级电容器可能不是特斯拉花重金想购买的技术。

马斯克感兴趣的是什么?答案和可能是干电极技术。

干电极技术专利的申请,是Maxwell在2004年完成的。也是这家公司在制造超级电容器的核心技术。现在,Maxwell将这项技术改良后应用于电池上。也许这就是马斯克及他的团队感兴趣之处。

什么是干电极技术技术,我试着解释一下:

在锂离子电池制造的过程中,有一步重要工艺:制备“电极膜”(即电极)。在制备过程中,有湿电极技术和干电极技术之分。

前者,是将电极中的化学物质、粘结剂、添加剂与溶剂混合制成料浆。再将料浆涂覆到导电的金属上,比如铜或者铝。然后再通过干燥装置,将溶剂蒸发掉,得到电极。而Maxwell所开发的干电极技术,则是用粘结剂和导电剂代替溶剂。比如用聚四氟乙烯(PTFE)粘结剂和电极活性材料组合,以压延方式制成电极。简而言之,所谓干电极技术,就是将电极材料直接“粘”在导电金属上的技术。

再进一步说,干电极技术可以分成三个步骤:

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以上过程都是在无溶剂的条件下完成的。根据Maxwell的公告,它已经成功地将干电极技术应用于硅负极和钛酸锂等材料,以及NCM、NCA、磷酸铁锂、硫等正极材料上,并可以制作成可以控制厚度的连续电极膜。

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NCM干电极(左)与石墨干电极(右)

干电极技术,比湿电极技术有什么优势?

首先,“传统”的湿电极技术中使用的干燥过程,是个即耗时又高成本的工艺。将该工艺省去,Maxwell声称可以将成本降低20%。同时在干燥设备投入,厂房占地面积上,也会获得收益。

第二,利用干电极技术可以把电极做的更“厚”。这意味着电极材料可以用的更多,其储存的能量也就越多。Maxwell声称,干电极技术可以将电池容量提高到300Wh/kg,比目前最好的动力电池高出20%。而未来有望达到500Wh/kg。

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Maxwell宣称可以做到300wh/kg,并通向500wh/kg

第三,干电极技术制备的微观涂层非常独特,可以有效的提高电极的电导率。因此,相同容量下,干电极技术比传统湿电极技术可以获得更大的放电功率。也可以反向理解为,相同的放电倍率下,使用干电极技术的电池可以获得更到可用容量,而且倍率越高,效果越显著。

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干湿电极技术放电倍率性能对比

(NCM111/石墨,充放电截至电位4.2V&2.8V)

特斯拉收购Maxwell,是为了向固态电池进军。

固态电池技术,被看作未来解决新能源汽车动力问题的核心技术之一。而利用干电极技术,可以简化未来特斯拉未来在固态电池开发环节。也许无钴配方的固态电池,才是马斯克的野心所在。

但是值得注意的是,干电极技术,并不等于固态电池技术。它只是电极与集流体之间的连接技术,并优化了对电极结构的控制。

不过,特斯拉收购Maxwell,也被戏称为两个亏损公司抱团取暖。

2018年,特斯拉Model 3爬出量产地狱,大批量供货,第四季度净利润为1.39亿美元,连续两个季度盈利,但去年全年仍亏损9.76亿美元。成立十余年来,从未盈利。而Maxwell同样在失血,近七年来,它只有2012年和2013年盈利。

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资料来源:Maxwell历年年报

在金融市场“萎靡”的前提下,特斯拉必须实现自身造血,兑现盈利承诺。而控制电池成本,是最重要的武器。

Maxwell干电极技术虽然并未走向商业化,但因为省去了干燥环节,相比传统湿电极技术,流程更加简单,能源消耗更低,设备投入更少,也减少了CO2和溶剂干燥时其他污染物的排放,甚至生产的占地面积也会更小,这无疑对未来特斯拉控制成本,或者当下讲一个成本降低的好故事,有很大的帮助。

也许,特斯拉和Maxwell“负负得正”也能发生。

回望Maxwell的中国往事可知,政策如城头变幻大王旗,并不足以支持一家企业长足发展。特斯拉在中国目前取得的成绩,则很少依赖于政策扶持。当特斯拉进一步加大攻势之际,在新能源汽车政策逐步退出之时,Maxwell的技术和产品能否转化为真正的竞争力呢?

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