超级电容行业专题分析报告

特斯拉收购全球超级电容龙头Maxwell对全球储能技术方向具有风向标作用，随着国内超级电容产品技术进步与成本降低，超级电容凭借其的倍率与循环性能有望再次迎来应用热潮。Maxwell的干电池技术也再次提醒我们，锂电池生产中仍有许多环节存在降本空间，掌握设备、材料核心技术的龙头电池企业有望加速拉开与竞争对手差距，锂电池环节我们推荐全球龙头宁德时代，同时我们推荐关注全球电容化学品龙头新宙邦，以及国内超级电容生产企业江海股份。干电极技术是Maxwell专有的极片生产工艺，能够降低极片生产环节20%的成本，同时明显提升电池产品的循环寿命与倍率性能。尽管近年来锂电池成本快速下降，但干电极技术提醒我们，生产过程中仍有各种环节存在明显降本空间，但应用新技术降本的技术、工艺壁垒将比应用成熟方案更高，掌握设备、材料核心技术的龙头电池企业有望加速拉开与竞争对手差距，锂电池环节我们推荐全球龙头宁德时代。超级电容优劣势特征比较突出，优势在于倍率与循环性能，劣势在于能量密度低。由于近年来国家对新能源汽车的补贴向纯电动路线倾斜，超级电容技术受到冷落。特斯拉作为纯电动汽车龙头，长期跟踪全球最先进储能技术动态，此轮收购Maxwell对全球储能技术方向具有风向标作用，国内超级电容公司有望迎来估值修复。我们推荐关注电容化学品全球供应商新宙邦，以及国内超级电容生产商江海股份。市场可能认为超级电容能量密度显著低于锂电池，在储能与交通系统中应用有局限，叠加国内补贴对纯电动路线的引导效应，超级电容应用前景堪忧。但我们认为，特斯拉是将第一性原则深度贯彻的企业，其向Maxwell伸出橄榄枝，肯定了超级电容在储能领域的商业价值，未来超级电容应用有望再次迎来爆发。新一轮超级电容应用热潮 6 6 9 图1：2017年Maxwell分业务销售收入占比 6图2：2017年Maxwell分地区销售收入占比 6图3：Maxwel收购Nesscap后产品线扩张 7 8 8 8 9 图9：Maxwell干电池技术专利申请类型 图10：Maxwell干电池电极发展规划 图11：干喷法（dry-spraym 图14：新能源汽车产销量及性能快速提升 图17：超级电容与电池能量密度与功率密度对比 图21：基于超级电容器的混合系统工作原理 图22：CAF选择Maxwell超级电容器用于无架线铁路组件 图23：Maxwell超级电容器储能方案助美国费城地铁节能供电 图25：兰博基尼TerzoMille 图26：包含超级电容器的微电网系统构架 图27：频率稳定时间尺度和超级电容器响应 图28：超级电容可应用于智能水表、电表、气表 图30：全球分地区超级电容市场规模及增速预测 图33：“300吨/年高品质有机体系超级电容活性炭连续化制备技术及应用”科技成果鉴定会 图36：2017年新宙邦分业务营收占比 图38：2017年江海股份分业务营收占比 表1：公司在电容器领域已获得的专利及在申请的申利情况 7表2：干电极工艺对电池生产的成本节省测算 9表3：Maxwell超级电容器主要应用情况 表4：2018年新能源客车补贴标准-纯电动单车补贴上限显著高于插电式混合动力汽车 表6：不同种类碳材料及碳基复合材料的超级电容性能对比 表7：有机电解液vs水系电解液 表8：中国部分新能源客车企业采用超级电容储能情况 表12：重点推荐公司盈利预测与估值 表13：关键假设表之电力设备新能源 特斯拉将全资收购超级电容全球龙头Maxwell，有望引领新一轮超级电容应用热潮。2019年2月特斯拉宣布将以2.18亿美元收购Maxwell全部股权，较公告日前Maxwell的最新收盘价溢价55%，该交易最快于2019年二季度完成。我们认为此次收购的最主要潜在动机有二：1、储备超级电容技术与产能，未来用于商业储能系统、卡车Semi动力系统、甚至超跑乘用车动力系统中；2、推动Maxwell专有的干电极技术，进一步降低锂电池生产成本。我们认为特斯拉作为全球纯电动汽车龙头，常年跟踪全球先进储能技术，此轮收购再次证明超级电容在储能领域应用的商业价值，有望引领新一轮超级电容应用与开发热潮。Maxwell公司成立于1965年，是美国政府机构的合约研发服务提供商，于上世纪九十年代开始转向商业领域，目前公司绝大部分营收都来源于商用产品。Maxwell主要从事生产和销售超级电容器、高压电容器，并专注于研发干电池电极。2017年公司实现销售收入1.3亿美元，其中超级电容器销售收入占比67.28%，高压电容器销售收入占比32.72%。公司总部位于加利福尼亚州圣地亚哥，欧洲办事处位于瑞士，并在德国和中国设有销售和客户服务部门。2017年公司在中国的销售收入占比35%，在美国、德国和匈牙利的销售收入占比均超过10%。图1：2017年Maxwell分业务销售收入占比图2：2017年Maxwell分地区销售收入占比超级电容器匈牙利匈牙利深耕干法电极制造工艺，正极碳材料技术构筑护城河。Maxwell在电极配方、设计和制造技术，原材料，电池封装设计，单元到单元和模块对模块互连技术等方面获得多项专利。Maxwell大多数超级电容器产品的核心技术是一种专有的，无溶剂或干燥的电极制造工艺。这种高产量的卷绕工艺可生产高质量的电极材料，厚度均匀，从而提高产品性能和长期耐用性。其生产的电极除供应自家的超级电容器外，还出售给Yeong-LongTechnologies等其他超级电容器制造商。表1：公司在电容器领域已获得的专利及在申请的申利情况业务物理电池封装设计以及电池组装中使用的附属物理电池封装设计以及电池组装中使用的附属物理电池封装设计以及电池组装中使用的附属选择组件以符合环境法规，同时尽量减少对产品2017年收购Nesscap公司，产品线延伸至湿法电极制造及中小型超级电容器。Maxwell主要采用干法电极工艺技术生产大型超级电容器产品，2017年4月Maxwell进一步收购全球小型超级电容器龙头Nesscap公司，Nesscap公司总部位于韩国，专门从事湿法电极制造工艺的中小型超级电容器，产品广泛应用于风电、汽车和工业领域，并销售至韩国、中国、欧洲及美国等。此次收购使Maxwell产能进一步扩张，公司的超级电容器产品线也更加完善。电极材料自主生产，电池和模块组装外包，保障最优成本效益。目前公司的干法加工超级电容器电极材料仅在美国亚利桑那州工厂生产，湿法加工超级电容器电极材料仅在韩国工厂生产。公司已将部分电池和模块组装外包给中国厂商，包括60毫米直径的大单体超级电容器（largecellultracapacitors）的组装工作、大型基于单体的多单体模块（lacell-basedmulti-cellmodules）、中型D型单体超级电容器（mid-sizeD-cellultracapacitor）以及D型基于单体的多单体模块（D-cell-basedmulti-cellmodules）的组装工作，并授权中国大陆、台湾和韩国的制造商使用Maxwell专利电池架构。有序扩张产能保障盈利，2017年综合毛利率22%。在过去几年中，公司有序扩张产能，提升公司内部生产设施，并整合机械化和自动化技术和流程。2017年公司扩建韩国小型超级电容器工厂产能，2018年公司预计资本支出在1500万美元到2500万美元之间，其中30%与改善现有产品的生产流程和工厂扩张，另外公司还与跨国计算机零部件制造商BeltonTechnologyGroup及天津力神有合作制造关系，预计公司将有足够的产能满足日益增长的超级电容器市场需求。2017年公司实现营收1.3亿美元，同比增长7.5%；实现毛利2880万美元，综合毛利率22%。86420864200资料来源：Maxwell公告，申万宏源研究资料来源：Maxwell公告，申万宏源研究剥离高压电容器产品线，专注超级电容器与干电池电极技术研发。Maxwell在瑞士Rossens工厂生产高压分级电容器、耦合电容器和电子电压变压器，目前是全球唯一采用堆叠，组装和自动绕线工艺生产其产品的高压电容器生产商。2018年底Maxwell宣布将该瑞士高压产品生产线出售给投资基金（RenaissanceInvestmentFoundation），未来公司主营将聚焦在储能领域及干电池电极。2017年Maxwell研发支出合计1840万美元，研发费用率达13.85%，公司在超级电容器方面主要研发重点是提高功率和能量密度，降低内阻，延长使用寿命，降低制造成本并增加与主机应用的集成。Maxwell致力于将专有的超级电容器干法制造工艺拓展到锂离子电池的生产。在一般的电池中，控制其性能的关键部件是电极。电池装置由至少两个电极组成（一个正电极以及与之配对的负电极在电化学元件之间插入一个离子导电膜，并在封装中填充电解质。对于现有的湿电极涂层技术，由于有机溶剂的蒸发需要一套设备投资，烘干需要在120度下持续12-24小时耗费大量的时间成本，同时有机溶剂自身的价格和对这种毒性物质的防护与处理也占据一部分成本，因此用于湿法涂层电极生产的溶剂具有更高的系统成本；且它的厚度限制了电极的比能量，同时也限制了液态敏感电池材料的使用；另外，烘干很难将溶剂彻底去除，在后续电池的工作过程中这些溶剂杂质会反应出额外物质，进而影响电池的整体性能，减小电池寿命。表2表2：干电极工艺对电池生产的成本节省测算（小时/年）（百万元）（百万元）（小时/年）（平方米）（平方米）干法电极作为一种无需溶剂的工艺技术，其成本更低且更加环保；用于干法工艺的制造设备投资不仅明显少于湿法涂层技术，其能耗也低得多；另外干法工艺技术可以将高能量密度的液态敏感材料应用于制造电极，并实现百分百的碳材料（活性碳粉）回收再利用。因此干法电极方法不仅可以显著降低成本，包括直接成本、烘干设备成本和厂房占地成本，还可以带来的性能提升体现在更大的能量密度，更长的使用寿命，高温操作时的稳定性和更高的充电/放电速率。公司预计若将干电极法成功应用于锂电池生产，电池单体水平可超过300Wh/kg，电池寿命可延长2倍，与现有技术的湿电极相比成本可降低10-20％。干法电极专利全球领先，公司继续加大研发力度。目前Maxwell的专利布局已经延伸到干法电极技术中，我们在Patsnap检索的干电极电池/电容器相关的专利中，Maxwell公司控制的专利数量高达34项，远超出其他公司，其中在近十年内申请的专利共计6项。Patsnap给出了上述专利的专利价值，基本高于类似干电极电池专利的专利价值，且被引用次数也远高出同类型的其他专利。从申请的类型来看，Maxwell公司控制的干电极专利渗入到了电极、电极浸渍、粘接、封装等各个方面。2018年公司预计资本支出在1500万美元到2500万美元之间，其中50%用于公司干电池电极技术的工艺开发与基础设施建设。图8：当前干电池技术专利排名（单位：项）战略规划干电池电极技术商业化，计划2022年推出相关电动汽车平台。2016年公司与全球领先的汽车OEM制造商、全球一级汽车供应商签署了一项联合开发协议，以概念验证为基础，以中试规模验证干电池电极性能。该项目针对的是一个特定的电动汽车平台，预计将于2022年左右发布。Maxwell已经在材料上完成了这一概念验证，目前正在与潜在的合作伙伴讨论更广泛的合作，以期加速突破干电池电极技术商业化瓶颈。公司计划在本世纪20年代初，以低于每千瓦时100美元的成本实现>350Wh/kg的电池能量密度，并进一步加大投资以突破500Wh/kg。1.3超级电容广泛应用于交通领域特斯拉全资收购开启目前Maxwell提供的超级电容器电池的电容范围为1至3,400法拉，产品广泛应用于客车、轨道交通、新能源、工业机械、电子等各个领域。Maxwell在汽车行业有着悠久的历史，目前全球有超过610万辆汽车在使用其超级电容器技术。公司于2010年向大陆集团提供了启停电压稳定系统的储能单元，此后又为标致/雪铁龙和通用汽车提供超级电容器，用于启停应用和自动驾驶备用电源，公司还为兰博基尼提供再生制动储能装置。Maxwell超级电容器还广泛应用于卡车、火车、有轨电车、新能源客车等各种车型，另外基于Maxwell超级电容器技术的峰值功率子系统将被引入吉利五款微混及插电式混合动力车型，该车型将于2019年底前投入量产，首先投放的市场为北表3：表3：Maxwell超级电容器主要应用情况领域应用场景交通领域火车和有轨电车和辅助推进和发动机启动。与电池技术相比，峰值电流、高占空比和频繁的深放电和深新能源乘用车的峰值功率子系统将被引入五款微混及插电式混合动力车型。应用这一新技术的车型将路、“必须运营”的制造设施、商业和工业场所、微电网以及偏远地区的隔离微电型设备中，以提供以下服务：1）太阳能和风能3）提供快速频率响应（FFR4）提供周期为秒到分钟的可控斜坡速率，直到发电机斜器模块被中国国电集团公司的子公司——北京华电天仁电力控制技术有限公司场储能示范项目的主要核心元件，并成功通过系统调试，从而成为第一个应用能，除满足重复的高功率需求外，由于发动机不再需要峰值功率，还可以减在电力领域方面，Maxwell为全球超过67,000台风力涡轮机提供可靠的储能解决方案；“必须运营”的制造设施、商业和工业场所、微电网以及偏远地区的隔离微电网/小型设备中，以提供快速频率响应等多种服务。在工业领域，Maxwell超级电容储能模块可为3.5兆瓦以下的关键备用发电机组提供可靠的突发启动功率；Maxwell还为起重机，跨运车等重型机械设计了超级电容器储能，除满足重复的高功率需求外，由于发动机不再需要峰值功率，还可以减少柴油发动机的尺寸以及节省大量燃料。特斯拉将全资收购Maxwell，双方有望在超级电容器和干电极技术方面实现深度融合。2019年2月特斯拉宣布将以2.18亿美元收购Maxwell全部股权，较公告日前Maxwell的最新收盘价溢价55%，该交易最快于2019年二季度完成。新能源汽车市场空间广阔，此次收购有望开启Maxwell在电动汽车领域的新篇章。特斯拉是全球领先的新能源汽车制造商，过去两年特斯拉汽车几乎占据了美国电动汽车销量增长的全部份额。2018年特斯拉Model3车型全年销量接近14万辆，成为2018年美国最畅销的豪华车（包括suv新能源汽车市场需求正在被逐步验证。2018Q4电动汽车在美国的销量历史上首次超过混合动力汽车，消费者的购买已经表明，电动汽车正在成为首选。未来超级电容器和干电极技术有望应用于特斯拉车型上，开启Maxwell在电动汽车领图12：2018年美国豪华车销量（单位：千辆）1.4特斯拉收购具有风向标作用超级电容有望再次迎来我们认为，特斯拉作为全球纯电动汽车龙头，长期跟踪全球最领先储能技术，其收购全球超级电容龙头Maxwell对全球储能技术方向具有风向标作用，我国在新能源汽车发展早期曾有过一轮混动系统上的应用热潮，但由于国家补贴向纯电动路线倾斜，超级电容应用发展放缓。我们认为随着未来补贴的引导性影响逐渐减小，以及国内产品技术进步与成本降低，超级电容凭借其的倍率与循环性能有望再次迎来应用热潮。表4：2018年新能源客车补贴标准-纯电动单车补贴上限显著高于插电式混合动力汽车系统能量密度（Wh/kg）系统能量密度（Wh/kg）1445C－15C（含）3C－5C（含）5C－15C（含）3C－5C（含）60%－65%（含）60%－65%（含）65%－70%（含）1注：单车补贴金额=Min{车辆带电量×单位电量补贴标准；单车补贴上限}×调整系数 能量消耗量系数、快充倍率系数、节油率系数）电容器由两个浸在电解液中的电极和阻止电荷在两极移动的隔膜组成，当在两电极间加上电压时，电极上就会存储电荷，达到储能效果。电容器不同于电池，在充放电时不发生化学反应，电能的储存或释放是通过静电场建立的物理过程来完成的，电极和电解液几乎不会老化，因此使用寿命长，并且可以实现快速充电和快速大电流放电。超级电容器是介于电容器和电池之间的储能器件，它既具有电容器快速充放电的特点，又具有电池的储能特性。目前市面上的超级电容器产品主要是以高比表面积活性炭材料作为正极材料，通过注入电解质来储能，电解质在电极的作用下，电极表面电荷将吸引周围 电解质溶液中的异性离子，使这些离子附于电极表面上形成双电荷层，构成双电层电容。普通电容器的电容值与两极板的面积、电介质的电容率成正比，与两极板间的距离成反比。双电层电容由于两电荷层的距离非常小(一般0.5mm以下)，再加之采用特殊电极结构，使电极表面积成万倍的增加，从而产生极大的电容量，单体的容量可从1法拉至几千法拉不优点：与锂电池相比，超级电容器功率大、寿命长、循环效率高。由于超级电容器充放电过程始终是物理过程，没有化学反应，与电池相比性能稳定，充放电循环寿命在十万次以上，而传统电池一般只能充放数百至数千次；由于电流较大，功率密度较高（>10kW/kg），超级电容器可以在几秒到数分钟内快速充电，也可瞬间提供高电流，且能量转换效率高，循环过程能量损失小，循环效率≥90%，显著优于传统电池；另外，超级电容器低温特性好，温度范围宽-40℃~+70℃,充放电过程中发生的电荷转移大部分都在电极活性物质表面进行，所以容量随温度衰减非常小，而电池在低温下容量衰减幅度却可高达70%。缺点：受限于电极材料等因素，超级电容器能量密度低、整体成本高。当前超级电容器能量密度一般为1-10Wh/kg，不到锂电池的1/10。现在用于超级电容器的正极材料主要是高比表面积活性炭材料，但它的成本占到产品总成本的近40-50%，是导致超级电容器的生产成本较高的主要原因，在一定程度上限制了超级电容器的推广应用，而锂离子电池正极材料已较为成熟，因此成本较低。能量密度（Wh/kg）铅酸电池铅炭电池能量转换效率3000-500010000-1500能量成本(￥/kWh）500-10009600-12000功率成本(￥/kW）500-10001200-15003200-58009000-100004000-50度电成本(￥/kWh）0.5-1.00.5-0.7安全性优优优良超级电容原材料主要包括正极、负极、电解液，其中电极制备技术将是超级电容的核心能力，是产业链中难度最高的环节，目前来看电极成本占到整体电容器材料成本的40-50%。正极：电极材料是影响超级电容器性能的核心因素，决定其功率和能量密度。根据储能机理不同电容器可分为双电层电容和法拉第准电容。其中双电层电容主要是以碳材料作为电极材料，而法拉第准电容则主要以金属氧化物材料和导电聚合物材料作为电极材料。1）由碳电极和电解液界面上电荷分离产生的双电层电容。碳是最早被容器的电极材料。碳电极电容器主要是利用储存在电极与电解液界面的双电层能量，其比 表面积是决定电容器容量的重要因素。尽管高比表面的碳材料比表面积越大，容量也越大，但实际利用率并不高，因为多孔碳材料中孔径一般要2nm及以上的空间才能形成双电层，从而进行有效的能量储存，而制备的碳材料往往存在微孔(孔径小于2nm)不足的情况。所以这个系列主要是向着提高有效比表面积和可控微孔孔径(孔径大于2nm)的方向发展。目前最常见的电极材料为多孔碳材料，这些碳材料包括活性炭、碳纳米管、模板碳和石墨烯 等。其中，活性炭因具有原料广泛、价格低廉、比表面积大、孔隙丰富等特点，是目前唯一得到商业化应用的电极材料。2）采用金属氧化物或导电聚合物作为电极，在电极表面和体相发生氧化还原反应而产生可逆化学吸附的法拉第电容（又称赝电容）。以RuO2为例，对于表面，赝电容反应通过质子在RuO2表面快速吸附/脱附发生；对于体面，赝电容反应通过质子在RuO2体面中的快速嵌入/脱出发生。由于赝电容反应不局限在电极活性材料表面，因此其电容量远大于活性炭材料的双电层电容（10-100倍），但双电层电容器瞬间大电流放电的功率特性比法拉第电容器好。目前导电聚合物、金属氧化物等作为电极材料还处于探索之中，停留在实电极材料可从三条技术路径进行优化：1）基于碳电极的优化主要沿着改善碳结构，增大比表面积的方向进行，石墨烯和碳纳米管都有可能成为技术的突破点；2）通过与赝电容材料复合开发碳基复合材料；3）将锂离子电池正极材料与活性炭材料的混合物作为正极，形成锂离子超级电容器。应用石墨烯改善电极碳结构。石墨烯被认为是高电压、高容量、高功率超级电容器电极材料的选择之一。2011年，Ruoff教授利用KOH化学活化对石墨烯结构进行修饰重构，形成具有连续三维孔结构的活性石墨烯。它富含大量的微孔和中孔，比表面积达到3100作电压3.5V，电流密度0.7A/g），基于整体器件的能量超过20Wh/kg，是目前活性炭基超级电容器能量密度的4倍。2015年中国中车株机公司自主研制的新一代大功率石墨烯超级电容问世，3伏/12000法拉超级电容适合用于有轨电车主驱动，单次充电行驶里程可达6公里，2.8伏/30000法拉超级电容适合用于无轨电车主驱动，单次充电行驶里程可从目前的4～6公里提高到8～10公里。目前石墨烯电容器能量密度与锂离子电池还有一定的差距，但长远来看前者更有发展空间。通过与赝电容材料复合开发碳基复合材料也是获得高比容量电极材料的有效途径。在复合材料中，碳材料不仅作为活性材料提供双电层电容，还为赝电容材料提供机械支撑和导电网络，以达到长寿命和高倍率的目的。因此复合材料的开发，可以实现在不牺牲超级电容器高功率特性的前提下，最大限度提高其能量密度，以适应市场对高性能、低成本、性能稳定移动电源技术的需求。表6表6：不同种类碳材料及碳基复合材料的超级电容性能对比锂离子超级电容器结合锂电池与超级电容优势。将锂离子电池正极材料与活性炭材料的混合物作为正极，石墨材料作为负极，锂盐作为电解质，形成的是一种新型的准电化学电容器，即一个电极为双电层电极，而另一个电极是发生氧化还原的电极，构成了不对称的超级电容器。它的功率特性完全取决于Li+在正极材料中的电化学行为，大大提高了电容器的比能量。另外充电时Li+从正极材料中脱出，回到本体电解液中，弥补了双电层导致的本体电解液的贫乏，从而降低了超级电容器的内阻。这种实现方式不仅仅是简单叠加，而且是结构和性能的交叉与提升，同时成本也较低，可以作为一种超级电容电池项目来开发。江海股份公司在收购日本ACT公司之后，建立碳锂电池领域的技术储备，其锂离子超级电容器的技术性能达已到国际先进水平。负极：超级电容器负极材料主要是炭材料，商业化使用的负极炭材料主要是石墨。国内各厂家技术的差异不大，主要是材料性能的差异。电解质：电解质在正负极之间起着输送和传导电流的作用，影响着器件的充放电特性、能量密度、安全性、循环性能、倍率充放电性能、高低温性能、储存性能和成本。根据其工作特点，要求电解液电导率高、杂质低、分解电压高、腐蚀性低、化学和电化学稳定性好、热稳定性能好、功能性强、低污染及低成本等特性。目前，超级电容器的电解液主要有水系（即无机电解质）和非水系（即有机电解质）两种。电解质为水系的超级电容器单体电压不超过1.6V，而非水系的超级电容器单体电压不超过3V。水系电解质主要有30%硫酸水溶液、30%氢氧化钾水溶液，而使用较多的有机电解液是丙烯碳酸脂或高氯酸四乙氨、六氟磷酸锂与有机溶剂的混合液等。表7：有机电解液vs水系电解液不是不是在交通领域方面，超级电容器广泛应用于汽车、卡车、轨道交通、新能源客车及乘用车等交通行业细分领域，为其提供制动能量回收、启停系统、动力辅助、短时后备电源和峰值功率辅助等服务。1）汽车与卡车：以启停系统为例，汽车发动机多次启停，会大大缩短启停系统的电池寿命。如果配备一个小型的超级电容用以消除电池自身的功耗，可以减缓电池的衰老，同时有利于车辆节省油耗，减少排放。目前超级电容主要和电池相配合形成智能启停控制系统。超级电容器在智能启停控制系统的应用原理主要是：减速或短停车时，将制动过程中产生的能量转换成电能储存在电容器里；前进或加速时，电容器则将电能瞬间输出给智能启停控制系统中的电机，带动发动机工作，实现快速启动。目前Maxwell超级电容器已经被标致雪铁龙、兰博基尼、凯迪拉克等超过十几种车型的启停单元所采用，全球有超过250万辆汽车在使用其超级电容器用于发动机启停；另外已经有超过7000辆使用Maxwell超级电容器发动机启动模块的重型和中型卡车在北美的和T880卡车，均配备Maxwell超级电容器发动机启动模块。美国市场研究机构NavigantResearch预计，到2022年，全球启停系统在新车中的渗透率可达到54.3%。即使只有一部分启停系统采用超级电容器，也会为超级电容器行业带来巨大的潜在机遇。资料来源：Maxwell官网，申万宏源研究资料来源：Maxwell官网，申万宏2）轨道交通：在城市轨道系统中采用的超级电容主要有两种工作模式：一种是作为能量储存器，它吸收了车辆制动过程中产生的能量，直到后面有车辆处于加速状态时才将能量释放到供电系统中；一种是作为稳压器，它总是保持在高容量的状态，当供电系统的电压低于规定值时才开始放电。传统锂离子电池的电动汽车充电动辄数个小时，而采用超级电容技术的储能式电力牵引轻轨车辆利用乘客上下车的时间，在站台30秒内快速完成充电，一次充电后能连续行驶2公里，到达下一站台再行充电，周而复始，为车辆运营带来极大2012年世界第一列超级电容轻轨列车在湖南省株洲市下线。这种新型电力机车采用超级电容模组，不再需要沿途架设高压线，停站30秒钟就能快速充满电。美国费城地区的铁路制动能量回收项目中，锂电池和超级电容器组成的混合储能系统不仅回收制动时的能量用于列车加速，而且还可将多余的储存能量供给所在区域的电力运营商，用于调节电网频率。这不仅提高了供电质量，为铁路运营商创造额外的收入。另外，中国中车株机公司研制的9500法拉、7500法拉等多款超级电容已大量运用于广州、武汉、淮安的有轨电车和宁波市196路无轨电车上。图22：CAF选择Maxwell超级电容器用于无架线铁路组件图23：Maxwell超级电容器储能方案助美国费城地铁节能供电资料来源：Maxwell官网，申万宏源研究资料来源：Maxwell官网，申万宏源研究3）新能源汽车：混合动力客车、超级电容公交车、新能源乘用车混合动力客车推进系统一般由并行混合动力系统或串行混合动力系统组成。在并行混合动力客车中，内燃机和电动机分别与变速器相连。此时电动机只负责在启停时提供动力，而当车辆在较高速行驶时则由内燃机驱动。在加速时，电动机和内燃机均为变速器提供动力。制动能量回收系统吸收车辆在制动时损失的能量，用于为电气系统充电。这种情况下电气系统由一整套超级电容器模块组成，负责在加速阶段放电，在制动阶段充电。与此类似，在串行混合动力客车中也采用由一整套超级电容器模块组成的电气系统。但在这种配置下，客车只使用电动机驱动，而内燃机则用于驱动发电机。电气系统既可由该发电机充电，又能用制动能量回收系统充电。郑州宇通、厦门金龙和南车时代等车企均生产配备超级电容的混合动力客车。表8：中国部分新能源客车企业采用超级电容储能情况序号企业名称123456789磷酸铁锂电池+超级电容超级电容公交车是以超级电容为动力电源的新型节能环保的城市无轨、无线纯电动快充公交客车。2006年8月，上海11路超级电容公交车上线投入运营，是世界上首条实现快速充电技术商业化的公交线路，其核心技术超级电容快充技术完全由中国研发。据上海巴士集团测算，一辆12米纯电动客车大约需要负重3.4吨锂电池，整备质量约16吨-19吨，座位为29个，限客49人，一次充电4-6小时只能续航120公里左右；而一辆同类型超级电容客车大约需要负重0.9吨超级电容，整备质量约12吨-18吨,12M，座位33个，能达到限客80人，而且一次充电6-8分钟，续航里程为20公里左右。近年我国超级电容城市电动公交客车已陆续出口到以色列、保加利亚等欧洲国家。除新能源客车外，新能源乘用车未来也有望大规模配备超级电容器。2018日内瓦车展上，兰博基尼与美国麻省理工学院联合开发的TerzoMillennio首次亮相，这款概念车将车身的碳纤维结构作为一个超级电容，将纳米电容扩散到CFK材质的板材上，以便在蓄积电能的同时也能组成车辆的车身和结构，直接将车身变成电池组。该款概念车将于2019年发布，但不会投入量产，2020年上市的首款混合动力兰博基尼，则已经确定会采用超级电容作为电机的能量源泉。2018年7月Maxwel与吉利建立技术合作伙伴关系，基于Maxwell超级电容器技术的峰值功率子系统将被引入五款微混及插电式混合动力车型。应用这一新技术的车型将于2019年底前投入量产，首先投放的市场为北美和欧洲。频率和功率稳定化服务，以及在风光发电领域用于为变桨系统提供动力、平抑短期功率波时，超级电容作为FTU的后备电源，同时也为开关设备的电动分闸机构提供分闸电源。2）微电网及公用电网超级电容储能系统：用于调整微电网功率，以及提供微电网功率支撑。超级电容可以在负荷低落时储存电源的多余电能，而在负荷高峰时回馈给微电网以调整功率需求。针对系统故障引发的瞬时停电，电压骤升骤降等问题，利用超级电容提供快速功率缓冲，稳定、平滑电网电压波动。风力或太阳能发电构建的微电网非常需要超级电容作为稳定系统。除微电网外，目前Maxwell超级电容器也应用于公用电网，以提供电压、频率和功率稳定化。3）在风力发电领域用于为变桨系统提供动力：风力发电变桨用超级电容器的基本工作原理为，平时由风机产生的电能输入充电机，充电机为超级电容器充电。当需要为风力发电机组变桨时，超级电容器储能系统放电，驱动变桨系统工作。风力发电系统的投资加大将有望带动超级电容发展。目前风力发电主要的储能系统有蓄电池和超级电容器两种方案。蓄电池方案的不足体现在充放电特性不好，充电时间长，充电、放电电流不能太大；维护成本大，低温特性不好，循环寿命短，可靠性不强。超级电容器方案具有高效率、大电流放电、宽电压范围、宽温度范围、长循环寿命、免维护的优点，因此极为适合在风力发电机组这样的工况环境中工作。根据中国电源行业协会发布的《2018年储能产业应用研究报告》，截至2017年底，全球投运的超级电容器项目规模约31.9MW，主要分布在美国、韩国和中国。应用场景统计分析，超级电容器储能电站主要参与电网调频辅助服务和输电支持，两者占超级电容器储能规模的100%和75%。中国超级电容器储能规模项目装机规模约4.9MW，整体规模资料来源：Maxwell官网，申万宏源研究资料来源：Maxwell官网，申万宏源研究电子设备领域是超级电容最初的应用，包括便携设备或小功率电器、智能表、冰箱等领域。目前电子设备领域主要采用小尺寸的超级电容器，应用比较成熟。1）电子设备后备电源、替代电源：一方面，超级电容器可作为电子设备的后备电源，以防止短时供电中断导致的存储器信息丢失，而且超级电容器的长寿命特性使其作为后备电源时无需频繁更换，相比于电池具有明显优势。目前超级电容器广泛应用于开关柜、直流屏、报警器、应急灯、税控机、税控加油机、远程抄表系统、仪器仪表、数码相机、掌上电脑、电子门锁、无绳电话等的时钟芯片、静态随机存贮器、数据传输系统等微小电流供电的后备电源。另一方面，超级电容器还可充当二次电池的替代品，对于续航能力要求不高的电子设备，如手摇发电手电筒、玩具、电动工具等小型充电产品，可以用超级电容器作为主电源以便进行快速充电。2）智能表：在智能电表、智能水表、智能煤气表、智能热量表等智能表中用作电磁阀的启动电源。传统的智能水表，在控制水阀普遍采用的方法是内装锂电池的设计，优点在于重量轻、能量大、自放电率低等。但是锂电池使用到一定时间后，需要上门为用户更换电池或水表，增加后续的维护成本。另外，电池电量不足的情况出现是随机的，如果不精确和及时的监测电池电量，将无法可靠的关断水阀，造成无法计费、逃水现象等情况出现。用超级电容代替锂电池可以解决上述问题：超级电容重复使用寿命长，延长了水表的使用时间；超级电容的大电流放电特性保障了水阀关断的可靠性，在外接干电池电量不足时，如果电池电量不足，用户可以随时更换。在军事和航天领域，激光武器、航天飞行器等高功率军事装备使用高能量电池与超级电容器组合构成“超高功率脉冲电源”，重型卡车、装甲运兵车及坦克使用电池与超极电容器组合的混合动力系统。新一代激光武器、潜艇、导弹以及航天飞行器等高功率军事装备，在发射阶段除装备有常规高比能量电池外，还必须与超级电容器组合才能构成"致密型超高功率脉冲电源"，通过对脉冲释放率、脉冲密度、峰值释放功率的调整，使电脉冲推进器、电弧喷气式伺服器等装置能实现在脉冲状态下达到任何平均功率水平的功率状态。此外，军事用途的载重卡车、装甲车辆、电动车辆在恶劣条件下，如启动、爬坡、刹车等过程，也必须使用电池与超极电容器组合的动力装置，即混合动力系统。在航天航空领域，超级电容器在飞机操作过程中作为爆发动力应用。卫星上使用的电源多是由太阳能电池与镉镍电池组成的混合电源，超级电容器能改善卫星的脉冲通讯能力。在工程机械领域，大型工程机械如电梯、港口起重机等利用超级电容组成的混合动力系统可以改善工程机械的能源消耗。工程机械具有频繁启停、输出功率波动大等特点，所以储能元件需具备在相对短的时间内获取或释放的能量大(功率密度大)，充放电速度快，可充放电次数多等特点.因此，超级电容是工程机械混合动力单元储能原件的最佳选择。具体的应用情景包括电梯、港口机我国电梯每年总能耗超过300亿千瓦时，电梯成为耗能大户。电梯运行时，曳引机所产生的能量，大都采用制动电阻转化为热量的形式被消耗。通常一部电梯所消耗的电，超过1/3是以热量的形式浪费掉。超级电容器可以将电梯制停的能量进行回收，再输出用于电梯运行，安装超级电容器的电梯运行2年就可以收回安装成本。在港口起重机和建筑/矿业市场上，港口起重机制造商通过在其设备中使用超级电容器，能够高效回收重物（集装箱）下降产生的再生能量，节油率30%；补偿发电机组柴油发动机的输出功率，使发动机的峰值功率降低50%；实现集装箱起重机在无作业时关闭柴油发动机，由CPLS系统为起重机待机时的用电系统供电；另外还可以改善发动机的尾气排放。受益于交通运输和消费电子领域的渗透率提升，全球超级电容器市场规模高速增长，其中亚太地区增速最高。根据ResearchandMarkets的研究报告，2017年全球超级电容器市场8.28亿美元，预计到2026年将达到49.85亿美元，年复合增长率达到22.1％。该机构预测，从应用领域来看，未来五年超级电容器材料的消耗主要来自交通运输和消费电子领域的渗透率提升；从地域来看，2016年亚太地区超级电容器消费占全球最大份额，预计未来几年也将最高的增速增长。0新能源汽车产销高增长有望催生超级电容器的市场空间。2018年全球主要国家新能源汽车销量超过200万辆，中国实现销量125.6万辆，同比大幅增长61.6%；截至2018年底全球新能源汽车累计销量突破550万辆，中国占比超过53%，是全球最大的新能源汽车市场。我国规划2020年我国新能源汽车累计产销量突破500万辆，未来几年有望继续保持高增长。根据《2018年储能产业应用研究报告》，2017年中国化学储能中超级电容储能规模仅占1.3%；2020年中国化学储能规模预计将达到1559.3MW，2018-2020年复合增速达59.4%。新能源汽车市场有望催生超级电容器的市场空间，超级电容储能渗透率有望进一步提升。0 资料来源：储能应用分会，申万宏源研究资料来源：中汽协，申万宏源研究。间隔超过1年的为复全球电解液供应商龙头，四大主线业务齐发展。新宙邦成立于2002年，于2010年1月在深圳证券交易所成功上市。目前，公司已形成锂电池化学品、电容器化学品、有机氟化学品、半导体化学品四大系列产品为主线的模块化发展路线。其中化学品、半导体化学品四大系列产品为主线的模块化发展路线。其中电解液是公司第一大核心业务，公司已成为全球电解液主要供应商之一，国内市场份额第二。公司坚持高端差异化和全球大客户战略，通过配方服务和不同添加剂的定制化产品赚取更高的附加值，已成为村田、松下、三星SDI、LG化学、比亚迪、孚能科技、亿纬锂能等电解液产品重要供2017年锂离子电池电解液业务占公司总营收的52.87%，电容器化学品和医药中间体业务营收分别占公司总营收的26.13%、15.16%。2018年前三季度公司实现营收15.51亿元，同比增长21.71%；实现归母净利润2.08亿元，同比增长2.11%。图33：新宙邦营收及净利情况（单位：亿元）50半导体化学品锂离子电池品自主研发电解液技术，全球超级电容器电解液市场份额占比超过50%。公司坚持自主研发，目前在超高压溶质、锂离子电池新型高温添加剂、动力电池电解液、超级电容器电解液新型电解质等方面研发进展显著。公司自主创新掌握了超级电容器电解液的关键技术——季铵盐合成技术及电解液配制技术，已经成为下游美国Maxwell、REDI公司，韩国Nesscap等公司的合格供应商，在多公司详情请参考化工组同事1月22日发布的公司深度：《新宙邦（300037.SZ）：电解液龙头加快扩张步伐，含氟及半导体化学品注入新动力》）。1979年超级电容器实现商业化，90年代末大容量高功率型超级电容器的全面产业化。1879年Helmholz发现了电化学界面的双电层电容性质；1957年，Becker申请了第一个由高比表面积活性炭作电极材料的电化学电容器方面的专利（提出可以将小型电化学电容器用做储能器件）；1962年标准石油公司（SOHIO）生产了一种6V的以活性碳作为电极材料，以硫酸水溶液作为电解质的超级电容器，1969年该公司首先实现了碳材料电化学电容器的商业化；1979年NEC公司开始生产超级电容器，开始了电化学电容器的大规模商业应用；随着材料与工艺关键技术的不断突破，产品质量和性能不断得到稳定和提升，到了九十年代末开始进人大容量高功率型超级电容器的全面产业化发展时期。国外企业技术领先，占据全球大部分超级电容器市场。在超级电容器的产业化上，最早是1980年NEC-Tokin与1987年松下三菱生产的产品，到20世纪90年代，Econd和ELIT推出了适合于大功率启动动力场合的电化学电容器。目前，世界上许多国家积极开展超级电容相关的研究开发工作，主要的生产企业有：美国的MAXWELL公司、Ioxus公司，日本的ELNA公司、PANASONIC公司，韩国的LSMtron公司、VinaTechnology公司和俄罗斯的ECOND公司等。目前国外企业处于领先地位，占据着全球大部分市场。日、美、欧洲等均把超级电容器项目作为国家级的重点研究和开发项目，美国的USMSC计划、日本的NewSunshine计划和欧洲的PNGU计划均将超级电容器列入开发内容。制造商所在国家Panasonic日本(PO（但目前尚未列示在其产品目录中）专门从事湿法电极制造工艺的中小型超级电容器，产品广泛应用于风电汽车和工业领域，汽车和航空航天领域获得广泛关注。SkelCap受限于技术与规模的双重瓶颈，超级电容活性炭长期被日本、韩国等公司所垄断。从材料供应环节来看，高品质有机体系超级电容活性炭，是目前市场上应用最广泛、销售量最大的双电层超级电容器中惟一提供能量的活性材料，是超级电容器中最核心的材料。需要满足比表面积大、孔径分布合理、纯度高、堆积密度高等多种苛刻要求，才能发挥出高的能量密度、高的功率密度、长的使用寿命等优点。因此活性炭技术攻关的门槛高，同时产品均一性与低成本又要求必须建立大型、连续化的制备生产线，导致日韩厂商长期垄断市场，其中日本厂家Kuraray和韩国厂商PowerCarbonTechnology占据全球超级电容活性炭市场比较高的市场份额。国内活性炭的厂商包括辽宁朝阳森源活性炭有限公司、河南滑县活性炭厂、新疆天富科技有限公司、浙江富来森能源科技有限公司、福建鑫森炭业股份有限公司、深圳贝特瑞等。但上述厂商均未实现电极材料大规模量产，国内开发高容量、高稳定性、低成本的活性炭材料依然迫切。2018年国内北海星石活性炭实现大规模量产，打破国外技术垄断并实现替代进口。2018年2月，广西北海星石碳材料科技有限公司以东盟优质椰壳作为原料，经过10年的摸索研究，开发了三步法（预活化-活化-孔径调变）制备比表面积达1900m2/g的活性炭技术；形成了独特的分步去杂工艺，使氧含量与铁杂质含量等均小于20PPm；基于表面层特性影响电导的认识，开发了新型的表面处理工艺，实现了产品比国外产品低一倍的低电阻率。同时，开发了同类技术中规模最大的活化装备，实现工艺尾气的循环利用，建成了300吨/年高品质有机体系超级电容活性炭的连续生产线。2018年12月，北海星石碳材料科技有限公司超级电容活性炭大规模连续制备技术顺利通过鉴定，标志着我国超级电容核心电极材料大规模量产取得突破，打破了国外技术垄断并实现替代进口，填补了国内空白。目前，北海星石碳材料科技有限公司已建成年产超级电容炭300吨工业生产线，投资的“北海星石新能源材料产业园”一期工程于2018年7月底开始试产，届时将形成年产2000吨超级电容电极活性炭、2万吨高端活性炭、600吨活性炭纳米超滤复合碳材料制品的生产能力。二期工程预计2020年投产，超级电容器电极活性炭年产量可达5000吨，高端椰壳活性炭达50000吨，活性炭纳米超滤复合碳材料制品2000吨，将成为国内最大的高端椰壳活性炭生产基地，及全球最大的以椰壳为原料的活性炭单一工厂。连续化制备技术及应用”科技成果鉴定会划（单位：吨）资料来源：北海星石碳材料科技有限公司，电解质国产化配套相对成熟，新宙邦在全球超级电容器电解液市场份额中占比过半。电解质是超级电容器的另一个关键材料，电解质的国产化配套相对成熟。以新宙邦为代表，公司自主创新掌握了超级电容器电解液的关键技术——季铵盐合成技术及电解液配制技术，已经成为下游美国Maxwell、REDI公司，韩国Nesscap等公司的合格供应商，在全球的超级电容器电解液市场份额中占比超过50%。国内超级电容器起步晚，高端产品进口替代空间大。我国超级电容的研究工作起步于80年代，并将“超级电容器关键材料的研究和制备技术”列入《国家中长期科学和技术发展纲要(2006-2020年)》，作为能源领域中的前沿技术之一；2016年工信部印发《工业强基2016专项行动实施方案》，将超级电容器列入扶持重点。早期国内超级电容器企业大多由早期的研发型企业发展而来，规模有限，技术实力偏弱，行业整体技术水平和产能尚无法满足高速发展的国内市场的