汽车行业特斯拉BatteryDay猜想：干电极+预锂化

1、概要Battery day 猜想：高续航里程，高能量密度干电极：降低成本，提高性能预锂化：负极补锂金属，正极补锂材料添加剂：显著提高三元材料性能钴：高镍-无钴技术路线投资策略：关注锂金属、添加剂等领域机会风险提示2请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明新浪财经报道，Musk于19年4月表示公司未来能够保证电动汽车百万英里寿命；Tesmanian报道，今年4月，特斯拉将召开Battery day。特斯拉于2019年收购Maxwell和Hibar，自2016年起与Jeff Dahn团队紧密合作。 结合Maxwell的技术/专利情况及Dahn团队的研究成果，我们认为特斯拉的电池 技术在以下方面有突破

2、：干电极： 不使用溶剂，不仅降成本，性能也提升；预锂化：负极预锂化用干法将金属锂添加到负极，抵消形成 SEI 膜造成的不可逆锂损耗，正极预锂化主要采用Li2O/M、LiF/M、Li2S/M 纳米复合材料；新型添加剂：新的添加剂PDO和DTD，提升性能，实现百万英里计划；支持固态电池：干电极支持固态电池的路线，实现500 Wh/kg的高能量密度。1.电池日猜想：干电极，预锂化，为固态铺垫3请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明我们认为：特斯拉的技术革命将带动电池行业的巨大变化金属锂：需求得到增加预锂化将增加锂金属在负极的需求，单位锂电池用锂量上升。金属锂行业直接受益，看好全球锂金属主流公司赣锋锂

3、业、天齐锂业，关注Livent。干电极材料：采用PTFE溶剂：我们认为干电极生产工艺下，现使用的正负极溶剂不再需要，干电极需要 采用PTFE（聚四氟乙烯）作为材料，建议关注相关上市公司巨化股份、东岳集 团。电解液添加剂：关注新材料PDO2%PDO/1%DTD 和 2%PDO/1%LFO 混合的添加剂表现超过了VC，建议关注PDO相关公司东方盛虹。1.投资策略：看好金属锂和新型添加剂4请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明2019年，tesla 2.18亿美元收购Maxwell；Maxwell业务覆盖超级电容等，拥有独 特的干电极技术专利。干电极专利：Battery with a recycla

4、ble dry particle based electrode于2013年刊登；Musk曾在Third Row节目表示，超级电容在电动车并不必要，特斯拉寻求应用Maxwell的几种电池技术。资料来源： insideevs，海通证券研究所2.1专利角度看电池方向：干电极5请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明图1：Maxwell独特的干电极技术图2：干电极技术资料来源：高工锂电，海通证券研究所根据Maxwell，干法电极有以下优势：1）能量密度更高；2）电池循环使用次数/使用时间更长；3）成本降低10-20%。 技术支持：无溶剂，支持下一代材料，固态。资料来源： insideevs，海通证券研

5、究所图3：干法电极技术带来的几大优势2.1高能量密度、高循环次数、低成本6请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明传统湿电极制造技术：使用粘合剂溶剂，将溶剂与正/负极粉末混合，涂覆在电极 集电体后干燥，溶剂毒性，需回收、纯化、再利用。干电极：1）降低1/3左右的厂房空间占用；2）湿电极设备投入占比15%，干电极可以大幅缩减；3）无需溶剂加热-回收等流程，效率显著提升。资料来源：insideevs，海通证券研究所图4：干电极技术显著降低投入和空间2.1成本更低7请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明图5：干电极技术显著降低投入干电极在高倍率下有更佳表现：对比试验显示，在1C的放电倍率下，自4.2V

6、放电 至2.8V，干电极NMC111/石墨电池仍能保持80%以上的容量，而湿电极电池仅能 保持50%左右；我们认为：干电极方案在放电倍率较高的汽车加速/启停时以及储能领域会有更佳表现。图6：高倍率下干法电极容量保持率更好2.1高倍率放电下表现更好资料来源： Hieu Duong 等 Dry electrode coating technology ，海通证券研究所备注：干法和湿法NMC111/石墨全电池，自4.2V放电自2.8V的表8 现请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明根据insideevs援引Maxwell报告，干电极电池目前能量密度已经能够达到300wh/kg以上，较普通的产品升级1

7、0%以上；2020年-2025年，达到350wh/kg以上，每kwh成本降至100美元以下；2025年之后，实现500 Wh/kg和固态。资料来源： Hieu Duong 等 Dry electrode coating technology ，海通证券研究所2.1能量密度更高9图7：NMC811干法正极表现图8：干电极电池产品能量密度资料来源： Passive components，海通证券研究所请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明干法产电极具备更强的循环能力：根据测试，在0.5C充电/1C放电下，full-cell在 循环2000次之后，仍能保持接近90%的初始容量。资料来源： Hieu

8、Duong 等 Dry electrode coating technology ，海通证券研究所备注：干电极法生产的NMC/石墨电极在0.5C充电/1C放电循环下的表现；图9：干法产NMC/石墨电极循环能力测试2.1持续循环能力更强10请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明锂离子电池的电解液通常由碳酸酯溶剂（DMC、DEC、EMC）及锂盐（LiPF6等）组成。由于热力学不稳定性，电解液会发生不可逆的分解，导致电极表面形成 厚的solid electrolyte interphase（SEI）膜，大量的锂消耗主要发生在首圈循环。SEI 阻碍了电解液进一步分解，其质量和稳定性决定电池的综合性能及

9、安全性。首次不可逆容量损失消耗了大量的电解液和正极材料中脱出的锂离子，导致较低 的库仑效率。锂的损失降低了电池的能量密度和循环寿命。图10：SEI膜形成原理3.1 为什么需要预锂化资料来源：聂平等锂离子电池的不可逆容量损失补偿，海1通1证券研究所请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明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，以提高 电池的总容量和能量密度。资料来源： Florian Holtstiege 等Pre-Lithiation Strategies for Rechargeable Energy Storage Technologies海通证券研究所图11：

10、预锂化能够显著提升锂电池的性能3.1 预锂化能够显著提升电池容量12请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明图12：预锂化显著提升锂电池的电化学性能资料来源：聂平等预锂化技术及其在高比能硅负极中的应用，海通证券研究所目前负极预锂化技术包括：物理混合、稳定的金属锂粉、电化学、新的负极预锂 化添加剂；正极预锂化主要采用Li2O/M、LiF/M、Li2S/M 纳米复合材料在有溶剂情况下，锂与混有锂金属的碳不能很好的融合，通常伴有烟雾、火苗、 噪音等强烈反应，当前实验室阶段电化学等方法对环境要求过高，限制其规模使 用。稳定金属锂粉（SLMP）是目前最有效、最直接的方式，但也面临费用昂贵、 流程复杂等难题

11、。图13：预锂化示意图3. 2预锂化发展情况：规模应用壁垒高资料来源： Florian Holtstiege等 Pre-Lithiation Strategies fo1r 3Rechargeable Energy Storage Technologies海通证券研究所图14：SLMP预锂化过程资料来源： 聂平请等务预必锂阅化读技正术文及其之在后高的比信能息硅披负极露中和的法应律用声明，海通证券研究所Maxwell于2018/8/23发布关于预锂化生产混合电池的专利PRELITHIATED HYBRIDIZED ENERGY STORAGE DEVICE。详细过程：1）8A到8C展示了从块状锂

12、金属到颗粒混合物的过程。8B展示了石墨颗粒、sio和锂金属，进行混合搅 拌（本图中为24.6g石墨粉，8.2g Sio，0.383g块状锂金属）；之后混合粉末与1.8g的PTFE进行高频 率搅拌，形成粉末；2）9A中，负极膜采用干法技术制备，但因掺杂进锂金属颗粒，导致更脆/非粘性，因此加入PTFE粘合 剂共混。此后对电极膜进行压延，锂金属大颗粒附着在压延辊，形成带孔电极膜，如9B所示；经过较 长时间压延后，锂金属变成更小颗粒，不再附着在压延辊上，而是附着于电极膜上，形成基本均匀、 无孔的电极膜，如9C所示；当锂金属颗粒小于75um时，可以形成如9D所示的成品电极。图15：Maxwell专利中预

13、锂化负极的制成过程3.2Maxwell专利：预锂化负极的制造过程详解资料来源： Hieu Minh Duong 等 PRELITHIATED HYBRIDI1ZE4D ENERGY ，海 通证券研究所请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明我们认为：Maxwell负极预锂化能够采用前述“简单压延”工艺进行制造的核心的原因在 于与其干法电极工艺的“完美”结合，生产流程短、环境可控。而传统的湿法电极，需要使用有粘合剂的溶剂，将具有粘合剂的溶剂与负极或 正极粉末混合，把浆料涂在集电体上并干燥；稳定的金属锂粉（SLMP）可能是更 可行方案，但仍然涉及到生产成本、混浆设备、高速搅拌带来的安全隐患等。3.2

14、Maxwell专利：为什么能够简化预锂化生产15请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明混合正极：“Hybrid cathode”，混合电池正极材料以及电容正极材料，其中 电容正极材料包括了活性炭、石墨烯、碳气凝胶等，通过调整两种材料的比例， 来达到所希望的energy-to-power ratio；成本节约及流程简化：采用更普通的锂金属，成本相对SLMB大幅降低；与Maxwell干电极制造结合，简化流程、节约成本；图16：第一次循环的效率对比3.2Maxwell预锂化的显著优势资料来源： Hieu Minh Duong 等 PRELITHIATED HYBRIDIZED 16ENERGY ST

15、ORAGE DEVICE，海通证券研究所请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明3）性能表现优异：采用该专利制程的 电池产品与普通产品进行对比下，表现 出非常好的性能，首次循环效率由74% 提升至80%。2016年，特斯拉开始和Jeff Dahn团队合作，致力于“NSERC/特斯拉研究”， 重点提高锂电池的能量密度和使用寿命，降低特斯拉车的成本。Jeff Dahn：加拿大达尔豪斯大学（Dalhousie University）教授，加拿大科学 院院士，国际著名的电池研究专家，成功开发出可用于笔记本电脑和手机的锂离 子电池先驱之一。活跃在产业最前沿，从1996年开始即兼任3M集团加拿大公司 的首席

16、科学家。Jeff Dahn通过精确限定了镍锰钴材料中镍的含量，显著提高了三元材料的性能，使镍钴锰三元复合正极材料可以成功规模商业化，从而使这种材料突破了走向 市场的最后一步。因此Jeff Dahn是业界公认的三元材料技术的真正开创者和发 明者。4.1 Jeff Dahn:三元材料技术的真正开创者17请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明资料来源：Google patents，JES，海通证券研究所Jeff Dahn和特斯拉合作后，专利及论文方向集中于电解液添加剂领域；核心的两 个研究成果：Dioxazolones and nitrile sulfites as electrolyte addi

17、tives for lithium-ionbatteries 提出PDO和MDO作为添加剂（或配比）能够比较显著的改善电池的性能；A Wide Range of Testing Results on an Excellent Lithium-Ion Cell Chemistry to be used as Benchmarks for New Battery Technologies：提出了 通过使用不同的电解质添加剂，电池实现百万英里总续航的成果。表1：Jeff Dahn团队专利及相关论文4.1 Jeff Dahn团队专利：添加剂提升电池性能18请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明titl

18、e标题assigneeinventor/authorpublicationdateDioxazolones and nitrile sulfites as electrolyte additives for lithium- ion batteriesDioxazolones and nitrile sulfites作为锂离子电池添加剂Tesla Motors Canada ULCJeffery Raymond Dahn, Toren Hynes, David Scott Hall2019/12/26Novel battery systems based on two-additive ele

19、ctrolyte systems including 2-furanone, and method of formation process of same基于双添加剂电解质系统（包括2-furanone）的新型电池系统，以及 相同的形成工艺方法Tesla Motors Canada ULCJeffery Raymond Dahn, Xiaowei Ma2019/9/12Novel battery systems based on two-additive electrolyte systemsincluding 1,2,6-oxodithiane-2,2,6,6-tetraoxide基于双添

20、加剂电解质系统的新型电池系统，包括 1，2，6-氧化硅-2，2，6，6-四氧化物Tesla MotorsCanada ULCJeffery Raymond Dahn, Xiaowei Ma, Stephen Laurence Glazier, Robert Scott Young2019/9/12Novel battery systems based on two-additive electrolyte systems基于双添加剂电解质系统的新型电池系统Tesla Motors Canada ULCJeffery R. Dahn, Jing Li, Stephen Laurence Glaz

21、ier2019/1/31A Wide Range of Testing Results on an Excellent Lithium-Ion Cell Chemistry to be used as Benchmarks for New Battery Technologies可作为新电池技术基准的锂电池电池化学性能的广泛测试结果Jeffery R. Dahn等2019/9/6循环次数测试中, 2%PDO/1%DTD 和 2%PDO/1%LFO 混合的添加剂表现超过了VC；根据研究，PDO混合物可能在高镍电池有更佳表现。图17：PDO/DTD及PDO/LFO在循环次数测试中表现非常优异4.1

22、 PDO等添加剂：在高镍电池效果显著资料来源： Jeff Dahn等 DIOXAZOLONES AND NITRILE S1U9LFITES ASELECTROLYTE ADDITIVES FOR LITHIUM-ION BATTERIES ，海通证券研究所请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明Jeff Dahn 团 队 在 其 A Wide Range of Testing Results on an Excellent Lithium-Ion Cell 中提到，其设计的单晶NMC正极和新型先进电解液电池，通 过采用新的电解液添加剂，能够支撑100万英里的使用；储能中至少使用20年；4.2

23、100万英里“新型电池”：储能中用20年资料来源： Jeff Dahn等 DIOXAZOLONES AND NITRILE S2U0LFITES ASELECTROLYTE ADDITIVES FOR LITHIUM-ION BATTERIES ，海通证券研究请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明图18：40下循环近5000次，容量超90%图19：最差情形下仍有优异表现新型电池在长时间存储下的性能表现远优于其他产品以及磷酸铁锂电池。图20：新型电池与其他电池的存储对比4.2 100万英里“新型电池”：远胜于磷酸铁锂资料来源：Jeff Dahn等 DIOXAZOLONES AND NITRILE

24、 SU2L1FITES ASELECTROLYTE ADDITIVES FOR LITHIUM-ION BATTERIES ，海通证券研究所请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明图21：新型电池LFP电池的存储对比钴在正极中起到安全的作用，使电池的循环次数/生命周期更长；低钴/无钴意味着 高镍，对于温度控制、生产环境等要求更加苛刻。无钴的原因：钴是电池当中最贵的材料，且生产过程中存在一些其他问题；The verge报道：Musk曾表示Model 3用了少于3%的钴，下一代的电池会用无钴 电池。22请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明5.钴：钴在NMC电池当中的作用图22：动力电池能量密度发展

25、资料来源：CEBA，海通证券研究所图23：自加热速率曲线图，NMC111较早发热，Jeff Dahn团队于2019年发布Is Cobalt Needed in Ni-Rich Positive Electrode Materials for Lithium Ion Batteries?论文 提出：1） 在 LiNi0.95Al0.05O2,LiNi0.95Mg0.05O2, LiNi0.95Co0.05O2 和 LiNi0.9Co0.05Al0.05O2对比中，发现AI和Mg、Mn能够降低电极和电解质的反应，Co并非必须；2）根据对LiNi0.95Al0.05O2,LiNi0.95Mg0.05

26、O2,和NCA的对比循环测试，发现相对来说NCA 并未对容量保持起到改善；3）团队相信对于NCA电池来说，当Ni含量高于90%时，钴的作用很小甚至没有。235.钴：无钴电池路线展望图24：不同正极循环表现资料来源：Jeff Dahn等Is Cobalt Needed in Ni-Rich Positive Electrode Materials for Lithium Ion Batteries?，海通证券研究所请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明技术路线的迭代进步：从普通电池到高镍，预锂化推动锂应用提升；然后到固态， 负极直接采用锂金属。24请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明6.投资策

27、略：锂电池技术路线-锂应用逐步提升图25：金属锂产能全球市场份额资料来源：ALB investor day presentation，海通证券研究所25请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明6.投资策略：看好赣锋锂业、天齐锂业1、电动化的趋势确定，锂在锂电池中单位用量有望上升，预锂化技术下，负极也 有望使用锂金属；三元正极半电池首次充电效率85%-88%，磷酸铁锂为95-97%；负极石墨材料首次 效率90-92%之间，因而我们预计三元电池预锂化补锂的量约相当于正极锂含量的 15%-20%左右，较大幅度提升锂需求。2、我们看好锂金属行业投资机会，看好赣锋锂业、天齐锂业，建议关注Livent（FM

28、C目前已经把锂业务单独分拆成Livent）。图26：金属锂产能全球市场份额资料来源：江西赣锋锂业股份有限公司聆讯后资料集（第一次呈交）（全文档案） ，海通证券研究所PTFE（聚四氟乙烯）生产壁垒高，建议关注巨化股份、东岳集团等；PDO(1,3-丙二醇)PDO生产具有较高的壁垒，目前国内外1，3-PDO主要有德国Degussa（德固 赛）、美国Shell（壳牌）和杜邦，总产能达到20余万吨。建议关注东方盛虹（苏震生物）等公司。26请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明6. 投资策略：关注新型添加剂等新机会赣锋锂业是锂盐化合物中国第一大，全球第三大，锂金属全球第一大生产商，并 打通上下游，涉足到锂

29、电池回收和锂电池制造（含固态电池），形成闭环的生态 布局。2017年，锂化合物收入占总收入的69%，金属锂收入占比为19.6%。2017年，金属锂产能占全球市场份额47%，是绝对龙头。6. 赣锋锂业：锂盐全球第三，锂金属全球第一27请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明图27：赣锋收入构成资料来源：江西赣锋锂业股份有限公司聆讯后资料集（第一次呈交）（全文档案） ，海通证券研究所赣锋锂业跟特斯拉、大众、宝马等整车厂签订合同。特斯拉等车厂指定其电池供货商向赣锋采购氢氧化锂，其中特斯拉采购量约占公 司氢氧化锂总产能的20%（以最终实际结算为准）。公司与客户建立长期稳定的供应关系，我们认为，供货价格也

30、能维持稳定的利润。6. 赣锋锂业：供应全球顶级客户-特斯拉、大众、宝马资料来源： Ganfeng Investor Presentation Oct 2019 ，海通证券研究所28请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明图28：赣锋供应全球顶级客户赣锋内部有工艺领先，经验丰富的工程建设团队，单位产能投资成本业内最低，并 且，碳酸锂和氢氧化锂产线还能弹性切换。2020年公司氢氧化锂继续扩产5万吨，将达8.1万吨，同时推进阿根廷盐湖扩产的进度，4万吨的碳酸锂产能将要投产（持股50%），公司的权益产能将达11万吨LCE。6.赣锋锂业：加强资源储备，氢氧化锂大幅扩张请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明

31、图29：赣锋单位产能投资成本最低图30：2020年赣锋产能扩产速度很快资料来源： Ganfeng Investor Presentation Oct 2019 ，海通证券研究所29资料来源：ALB investor day presentation，海通证券研究所6.赣锋锂业：进军固态电池，推动金属锂业务30固态电池安全性高，能量密度高，能快速充电，被视为下一代电池技术；ALB预测， 固态电池2025年将有一定份额，2018-2030年CAGR 70%；2017年，赣锋设立全资子公司浙江锋锂，建设第一代固态锂电池研发中试生产线。2019年，赣锋和大 众签订战略合作备忘录，将在固态电池等议题上进

32、行合作；作为锂金属全球龙头，进军固态电池，和金属锂（用于固态电池负极）相辅相成。 风险提示：氢氧化锂产能投产进度不及预期，固态电池产业化进程不及预期图31：前沿锂电快速增长（使用金属锂负极） 图32：锋锂固态锂电池技术考核指标目标较高资料来源：赣锋锂业:关于全资子公司浙江锋锂固态锂电池技术研发和产业化项目第二期业绩考核完成情况的公告，海通证券研究所请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明美国雅宝（ALB）主营业务是锂及新材料、溴和炼油催化剂。其中锂是全球龙头， 锂盐产能产量2019年全球市场份额超过25%。2020年锂盐（碳酸锂和氢氧化锂）产能达到8.5万吨，预计2021年达到17.5万吨，2024年达到22.5万吨。根据公司统计，公司的资源成本行业最低，Acatama在盐湖中最低，Greenbushes在锂矿中最低。6.美国雅宝：全球锂业龙头，行业成本最低31请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明图33：ALB产能规划（千吨LCE）图34：ALB成本最低资料来源：ALB investor day presentation，海通证券研