特斯拉系列之十二：特斯拉电动化技术源分析.pdf

请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 行业 研究 Page 1 证券研究报告 深度报告 汽车汽配 Table_IndustryInfo 特斯拉 系列之 十二 超配 （维持评级） 2020 年 06 月 03 日 一年该行业与 沪深 300 走势比较 行业专题 特斯拉 电动化 技术源分析 为何研究？ 特斯拉的优势 体现在 电动化与智能化 性能 前瞻、 造车理念超前（外观科技感强）、 品牌 营销以及 相关 产业链 （如火箭） 对品牌的赋能。 特斯拉在电动 化 领域一直是技术 革新 的引领者， 本篇报告主要聚焦研究特斯拉在电动化领域的技术 源头以及各环节相关技术 储备，从而可前瞻性地参考或预测后期特斯拉 的 电池技术方案 。 源头 1： Jeff 团队，聚焦电解液环节，在循环性层面重点突破 Jeff Dahn 团队 近年研究 主要通过电解液添加剂、单晶材料、正 /负极电镀锂、热化成等方式提升电池的循环性、安全性和能量密度。从技术方案来看， Jeff Dahn 团队研究强项主要聚焦在电解液环节，从电池性能层面来看，在电池循环性能（寿命）的研究成 果较为突出。 源头 2： 宁德时代，在装配工艺及电池材料层面均有储备 宁德时代在电池装配工艺以及电池材料上均有新的技术储备。装配工艺层面， 近期 推出 “大模组 ”CTP 方案以提升 PACK 内部空间利用率 ，从而实现 PACK 包能量密度提升 。材料层面，宁德时代对外宣传有进行 “无钴 ”电池相关技术储备， 后期有望与特斯拉共同研发， 我们认为 其方案 比较有可能 是 通过掺杂其余元素来大幅度降低钴含量的技术方案。 源头 3： Maxwell， “超级电容 +干电极 ”助力提效降本 Maxwell 有望在超级电容及干电极领域对特斯拉形成支持：一方面，超级电容将与锂电池结合应用于大功率启停及高 /低温场景 。 Maxwell 已开发出 可 量产的车用锂电容。 此外 ，干电极有望成为特斯拉实现提效降本的关键技术，并拓宽了未来的技术路径（新材料 /无钴电池 /固态电池）。 源头 4： Hibar，弥补特斯拉在电池制造端 的 设备及工艺短板 Hibar 拥有自动化电池制造和工艺设备、自定义包装设备、锂离子电池装配和自动真空灌装系统等成套的生产线，覆盖了电芯完整生产流程。后期有望补齐特斯拉在 自产动力电池项目 的 最后一块版图。 风险提示： Model 3 销量增速、 Model Y 交付速度不达预期 风险 投资机遇： 技术产能优势显著叠加国产化，持续推荐相关产业链 我们认为特斯拉在电动化领域的技术储备以及产能规划均具备相对领先优势 ， 后期特斯拉国产化持续推进，我们认为将持续利好在电池产业链或是新能源差异化部件领域掌握核心技术，或是具备显著 “国产替代 ”（成本与性能）能力的优势零部件， 推荐标的：宁德时代、 三花智控、 拓普集团、 岱美股份 等。 重点公司盈利预测及投资评级 公司 公司 投资 昨收盘 总市值 EPS PE 代码 名称 评级 （元） （百万元） 2020E 2021E 2020E 2021E 300750 宁德时代 增持 149.46 3299 2.54 3.17 58.9 47.1 002050 三花智控 增持 22.72 628 0.48 0.60 47.3 37.9 603730 岱美股份 增持 28.26 113 1.52 2.03 18.6 13.9 601689 拓普集团 增持 23.72 250 0.58 0.70 40.9 33.9 资料来源： Wind、国信证券经济研究所预测 相关研究报告： 特斯拉系列之七：特斯拉 Q4 再盈利， 2019年迎经营性拐点 2020-01-31 特斯拉系列之八：特斯拉复盘、竞争优势与投资机遇 2020-02-07 特斯拉系列之十：特斯拉技术、产品、商业模式加速推进，推荐产业链 2020-04-17 汽车行业海外电动车点评之一：欧洲电动车政策端拟再度加码， Q3 或迎拐点关注供应链 2020-05-21 特斯拉系列之十一：应对补贴新政， Model3长续航版降价 2020-05-17 证券分析师：梁超 电话： 0755-22940097 E-MAIL： liangchaoguosen 证券投资咨询执业资格证书编码： S0980515080001 证券分析师：何俊艺 电话： 0755-81981823 E-MAIL： hejunyiguosen 证券投资咨询执业资格证书编码： S0980519080001 联系人：周俊宏 E-MAIL： zhoujunhongguosen 独立性声明： 作者保证报告所采用的数据均来自合规渠道，分析逻辑基于本人的职业理解，通过合理判断并得出结论，力求客观、公正，其结论不受其它任何第三方的授意、影响，特此声明 0.60.70.80.91.01.11.2J/19 A/19 O/19 D/19 F/20 A/20汽车汽配 沪深 300请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 2 投资摘要 关键结论与投资建议 我们此前在 特斯拉复盘、竞争优势与投资机遇 报告中对特斯拉的成长历史、国产化进度、降本空间以及产业链进行 详细 梳理， 本篇报告主要从技术源头层面去 剖析 特斯拉在电动化领域的技术来源以及储备 。 目前特斯拉在电动化领域的技术来源主要包括锂电专家 Jeff Dahn 研究团队、宁德时代以及其 在 2019 年收购的 MAXWELL 和 Hibar 两家公司 。通过对 Jeff Dahn 研究团队、宁德时代、MAXWELL、 Hibar 等 在电池领域的论文、专利、产品及 技术储备分析，我们发现： 第一： Jeff Dahn 团队的研究 近期 更多聚焦在电解液环节，从性能层面来看近年其研 究突破较多在电池寿命环节 ； 第二： 宁德时代在电池装配工艺 （ CTP） 以及电池材料 （无钴电池） 上均有新的技术储备 ，这两项技术将有助于电池能量密度的提升 ； 第三： Maxwell 在超级电容及干电极领域技术积累深厚 ，而超级电容将有助于提升充电效率以及使用寿命，干电极将有助于提升电池能量密度 ； 第四： Hibar 拥有完善的电池制造工艺设备以及电芯完整生产流程 ，后期将有助于提升特斯拉实现电池端的生产能力 。 我们认为后期这些技术源头的技术有望与特斯拉在电池材料、装配工艺、产业链层面产生协同 ，从而协助特斯拉提升其电池的循环性、安全性以及能量密度 ，持续保持在电动化领域的领先优势 。 图 1：特斯拉电动化领域技术源头分析 资料来源 :Jeff Dahn 研究团队， MAXWELL、 Hibar、 国信证券经济研究所整理 产业链投资机会来看， 基于特斯拉产业链自下而上的梳理和研究，当前特斯拉在车身、内饰和底盘方面的国产化率相对较高，在动力系统、中控、电驱动系统等关键零部件方面的国产化率还有较大提升空间。收入弹性方面，特斯拉收入弹性较大的上市公司主要有旭升股份、拓普集团、科达利、中科三环、文灿股份等。我们较为推荐特斯拉产业链上 1）单车价值量或营收弹性较大的 Tier 1供应商； 2）有望持续新增产品配套、具备 ASP 提升空间的新能源零部件供应商； 3）产品技术壁垒较高的核心零部件供应商。推荐标的：宁德时代、拓普集团、均胜电子、三花智控、 岱美股份、 华域汽车、 旭升股份、华达科技、中鼎股份等。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 3 核心假设或逻辑 第一，已经实现的技术协同： Jeff Dahn 团队 近年的 研究更多聚焦在电解液环节，从性能层面来看 重点突破的是 电池寿命环节，从特斯拉近年申请的专利可以发现， 部分 来自于 Jeff Dahn 团队的研究技术已经过渡 成为 特斯拉的专利技术 ； 第二，后期可能的技术协同： 在工艺上有可能采用宁德时代的 CTP 装配技术以提升电池能量密度， 而新型电池材料层面有可能 与宁德时代的无钴电池技术储备产生协同。特斯拉此前收购的 MAXWELL 在超级电容以及干电极领域的技术积累有望逐步在特斯拉后期的电池方案中兑现，从而进一步提升特斯拉电池的充电销量、 能量密度和使用寿命。 收购 的 Hibar 则助力特斯拉完成其自产动力电池项目 的 最后一块版图，使其具备独立的电池生产能力、以及把特斯拉领先的电池技术实践在生产端的能力。 股价变化的催化因素 第一，特斯拉电池日公布的技术方案在电池性能层面 具备显著的 相对 竞争优势 ； 第二， Model 3 销量 超预期 、 Model Y 海外 /国内交付速度 ； 第 三 ， 国产零部件供应商和特斯拉的新订单获取进度 。 核心假设或逻辑的主要风险 第一， Model 3 国内销量不达预期、 Model Y 交付不达预期 ； 第二， 零部件国产化速度不达预期 ； 第三，行业政策风险。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 4 内容目录 技术源头 1： Jeff Dahn 团队，重点在电池寿命提升 . 7 循环性：电解液添加剂、单晶正极、正极电镀锂等方式改善锂离子状态 . 8 安全性：添加含氟电解质、无极电池等有助提升高温高压稳定性 . 16 能量密度：负极电镀锂，添加相关电解质以提升能量密度 . 19 技术源头 2：宁德时代， CTP 结构与无钴电池储备以提升整体能量密度 . 22 CTP 结构：宁德时代采用大模组的 CTP 方案，显著提升能量密度 . 23 无钴电池 :参考蜂巢能源与通用汽车，可能采取其余元素掺杂替代钴方案 . 27 技术源头 3： MAXWELL， “超级电容 +干法电极 ”以提效降本 . 29 吸纳 Maxwell 外部技术布局新一代电池技术战略 . 30 超级电容：高功率的提供者，提升能量利用效率及电池寿命 . 32 干电极工艺 拓宽现有技术路径，提效降本显著 . 34 技术源头 4： Hibar，补齐锂电池生产设备环节，助力电池自产 . 35 收购 Hibar 开拓锂电池制造设备环节版图 . 36 主导电池制造环节对特斯拉的三大意义 . 37 19-20 年特斯拉已申请专利：重心在电池寿命 . 38 循环性：通过添加多种电解液添加剂，多步烧制电极法提升电池寿命 . 39 安全性：利用高精度仪器检测电池形变程度，减少安全风险 . 44 投资建议：特斯拉电动化技术储备与产能均具备领先优势，持续推荐相关产业链 . 45 特斯拉电动化领域技术，产能布局具备相对领先优势 . 45 国产化提速，利好具备 “国产替代 ”能力的优质零部件 . 47 宁德时代：行业集中度提升，动力电池龙头强者愈强 . 53 三花智控：制冷零部件龙头，新能源汽零打开增量空间 . 53 拓普集团： NVH 龙头，轻量化 +电子化助力长期发展 . 54 岱美股份：看好遮阳板全球龙头产品持续横向扩张 . 54 国信证券投资评级 . 56 分析师承诺 . 56 风险提示 . 56 证券投资咨询业务的说明 . 56 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 5 图 表目录 图 1：特斯拉电动化领域技术源头分析 . 2 图 2： Jeff Dahn 教授 . 7 图 3： Jeff Dahn 每年论文被引用数 . 7 图 4：电池寿命延长技术 . 8 图 5：双盐电解质电池循环充放电寿命 . 9 图 6：高压强下电池循环周期和形态学变化 . 9 图 7：不同电解质溶液的 dQ/dV 曲线 . 10 图 8：短循环周期下电池容量和阻抗 . 11 图 9：长循环周期下电池容量和阻抗 . 11 图 10： SEI 膜生成、消耗与加固的过程 . 11 图 11： SEI 膜生成、消耗与加固的过程 . 12 图 12：单晶正极 NMC622 横截面 SEM 图像 . 12 图 13：电池内阻增长曲线 . 13 图 14：电池 dV/dQ 曲线 . 13 图 15：添加 LiPO2F2能极大地提升电池的循环性能 . 14 图 16： LiPO2F2分别会在由 Al2O3包裹的 NMC622 和 NCA 电池中生成 . 14 图 17：热化成 /普通化成电池归一化放电容量与循环次数图 . 15 图 18：热化成 /普通化成下锂负极的 SEM 图像 . 15 图 19：引起锂电池热失控原因 . 16 图 20：氟元素被引入内部晶格结构中 . 17 图 21：加速热量检验 . 17 图 22：无负极电池和普通锂电池膨胀体积对比 . 18 图 23：电池压力和体积之间关系 . 18 图 24：各类电池技术能量密度 . 19 图 25：各厂商 2020-2035 能量密度建设规划 . 19 图 26：混合负极电池构造和能量密度 . 20 图 27：混合电池中锂金属沉积的形态 . 21 图 28：混合充电协议下电池容量保持率 . 21 图 29：添加二恶唑酮电解质微分容量 . 22 图 30：典型电池包结构（奥迪 A3 电池包结构） . 23 图 31：特拉斯 Model 3 的大模组技术方案 . 24 图 32：比亚迪刀片电池结构示意图 . 25 图 33：宁德时代 CTP 技术电池 PACK 示意图 . 26 图 34：宁德时代 CTP 的方向电芯与比亚迪刀片电池的刀片型电芯结构对比 . 27 图 35：各类型电池正极材料钴含量 . 28 图 36：蜂巢能源 15 万时电芯无钴电池 . 28 图 37：蜂巢能源 L6 薄片 . 28 图 38：蜂巢能源技术创新曲线 . 29 图 39： 特斯拉溢价收购的 Maxwell 核心技术有望应用至新一代电池 . 30 图 40： Maxwell 在在中 /美 /德 /韩四地设对应的研发、生产及销售中心 . 31 图 41： Maxwell 于持续拓展新业务及经营问题常年亏损 . 31 图 42：超级电容原理 . 32 图 43：超级电容与电池的结合模式 . 32 图 44： Maxwell 超级电容器布局 . 33 图 45：锂电池与超级电容的混合应用 . 33 图 46：干电池涂层工艺分为三个步骤 . 34 图 47：干法电极与湿法电极的放电倍率比较（输出功率大） . 35 图 48：对软包干电极电池循环性能的测试（循环寿命长） . 35 图 49： Maxwell 发布的干电池工艺具有的优势 . 35 图 50： Hibar 布局锂电池生产线 . 36 图 51： Hibar 完成特斯拉自产动力电池项目最后一块版图 . 37 图 52：特斯拉车型产能爬坡迅速留下较大供给缺口 . 37 图 53：特斯拉总专利概览（ IPC 分类排名） . 38 图 54：特斯拉历年专利公开数量 . 38 图 55：特斯拉电池相关专利 . 39 图 56：第一步烧制后的晶体微观形状 . 40 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 6 图 57：两步法烧制后单晶正极锂电池容量保持率 . 40 图 58：长期循环下电池容量保持率和电压增长率 . 41 图 59： NMC532（左）和 Panasonic 1030（右）电池内部气体生成量和 EIS 光谱图. 42 图 60：使用 ODTO/VC 电解质后容量保持率和电压增长率 . 43 图 61：在 839cm-1（ 7B）和 1775cm-1（ 7C）处利用 EIS 光谱法测定电解质浓度 . 43 图 62：高精度电池变形检测装置设计图 . 44 图 63：高精度电池变形检测装置设计图 . 44 图 64：变形检测装置工作流程图 . 45 图 65：国内车企主要电池供应商 . 46 图 66：特斯拉电池超级工厂 1 期（左）和 2 期（右） . 47 图 67：特斯拉产业链全面梳理 . 48 图 68：特斯拉产业链车身部件相关个股 . 51 图 69：特斯拉产业链内饰部件相关个股 . 51 图 70：特斯拉产业链充电系统相关个股 . 52 表 1： Jeff Dahn 的队近年研究成果梳理 . 7 表 2：混合负极电池和其他类型电池参数比较 . 20 表 3：特斯拉不同模组方案的单体和整体能量密度 . 24 表 4：比亚迪不同型号刀片电池电芯 . 25 表 5：不同电池能量密度对比 . 26 表 6：普通电容器 /超级电容器 /电池的性能比较 . 32 表 7：锂电池与超级电容的连接方式及效果比较 . 34 表 8： 2019-2020 特斯拉专利概览 . 39 表 9：明确公告披露合作特斯拉的相关国产上市公司及合作情况 . 47 表 10：特斯拉主要供应商单车价值量及收入弹性测算 . 52 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 7 技术源头 1： Jeff Dahn 团队 ， 重点在电池寿命提升 核心 内容 ： Jeff Dahn 是锂电行业学术巨擘，国际著名电池研究专家， 2016 年开始与特斯拉达成独家合作协议。我们通过对 Jeff Dahn 团队近年的学术研究成果梳理，发现 Jeff Dahn 团队主要通过电解液添加剂、单晶材料、正 /负极电镀锂、热化成等方式提升电池的循环性、安全性和能量密度。从技术方案来看，Jeff Dahn 团队 研究强项主要 聚焦在电解液环节， 从电池性能层面来看， 在电池循环性能 （寿命） 的研究成果较为突出。 Jeff Dahn 是锂电行业巨擘， 国际著名电池研究专家； Jeff Dahn 任职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。截止 2020 年 5 月， Jeff Dahn 教授团队已发表近 720 篇论文，申请专利 70 余项，论文总被引用量 71462 次， h-index 和 i10-index 分别高达 128和 644 点。 Jeff Dahn 教授从最初 E-One Moli Energy 研究员到之后的 NSERC/3M 集团加拿大公司的首席科学家，他在 20 年内持续推动了锂离子动力电池研究与应用的发展。从 2012 年开始， Dahn 教授开始同特斯拉公司展开共同研究， 于 2016年同特斯拉达成 独家合作协议 ， 并在 Halifax 开始新的 研究 。 图 2： Jeff Dahn 教授 图 3： Jeff Dahn 每年论文被引用数 资料来源：公开资料 ，国信证券经济研究所整理 资料来源： Google Scholar，国信证券经济研究所整理 Jeff Dahn 团队主要致力于研究如何提升电池能量密度和使用寿命，以及动力电池的生产和使用成本，其主要贡献包括： 电解质中的化学添加剂、电极材料、测量电子传输性能的实验方法等 ，这些研究有助于提升 电池循环性、稳定性和能量密度 ，是后期指引 特拉斯 动力电池性能改善的前瞻研究成果。 表 1： Jeff Dahn 的队近年研究成果梳理 改进方向 作用环节 改进方法 主要发现 备注 论文 循环性 电解质 使用盐二氟（草酸根）硼酸盐（ LiDFOB） / LiBF4液态电解质 电池内部正极离子消耗速率会大幅减弱，并提升 2.25 倍电池循环性能 Weber et al., 2019 电解质 使用 ODTO 电解质 有助于形成固定电解质中间层，能在短和长循环周期中极大地改进容量保持率 这种方法能同时提升电池库伦效率 Ma et al., 2019； Louli et al., 2019 正极 在（ NMC）电池正极使用单晶材料 能显著降低电池内阻，稳定容量保持率 Liu et al., 2020 正极 在电池表面包覆 Al2O3 电池内部结构能在更长时间能保持稳定 Hall et al., 2019 整体温度 使用 “热化成 ”协议对电池初始充电 极大地改善电池在低温状态下的循环性能，稳定锂镀层形态 同时能稳定电池内部结构 Genovese et al., 2019 安全性 电解质 使用 LiNiO2