特斯拉收购麦克斯韦掌握干电池技术——干电池:区别在于电极片的制造工艺，锂电池的材料和原理是一致的
2019年2月5日，特斯拉宣布在财政紧张的情况下以55%的溢价2.18亿美元收购麦克斯韦。核心技术分为两部分:干电池电极技术和超级电容器。
麦克斯韦发展历史:成立于1965年，早期为政府提供理论物理研究，1996年更名为麦克斯韦科技。目前，公司拥有500多名员工和18名年收入9000万美元的员工，主要分布在中国、美国、德国、韩国等国家。目前，公司主要专注于储能系统和干电池电极市场。2013年，它与SK合作开发超级电容器和干电池电极。在17年里，它获得了奈氏能量来增加超级电容器的布局。18年后，它开始与吉利/沃尔沃合作。超级电容器广泛应用于风力发电、铁路、电网储能等领域。
干电池与传统锂电池的技术差异主要体现在电极板的制造上:传统锂电池制造使用溶剂NMP/MNP和粘合剂材料与阴极或阳极粉末混合，然后在电极集流体上涂覆浆料并干燥，这是一个湿法过程。在干电池技术中，少量(约5-8%)的细粉末聚四氟乙烯粘合剂与正极/负极粉末混合而不使用溶剂，然后通过挤出机形成电极材料的薄带，并且电极材料的带被层压到金属箔集电器上以形成成品电极。
干法电池与湿法电池对比表
来源:斯诺鲍
干电极制作示意图
干电池电极技术目前主要优点：
1)该电极具有较高的压实密度，有利于负极锂的补充，因此能量密度较高:目前已达到300瓦时/千克，目标可超过500瓦时/千克，相应的续航里程超过1500公里。干电极具有更高的密度，包含更多的活性物质，并且具有更高的能量密度。同时，通过干法向负极添加锂金属可以提高电池容量和能量密度。传统锂电池的第一次循环会产生SEI膜消耗锂，造成容量损失。Maxwell18在18年内拥有一项未决专利，通过干法向负极添加锂金属来补偿第一次循环的容量损失。此外，电池寿命增加了两倍以上。
2)干电池更可能使用超高镍阳极材料:超高镍材料碱性强，对环境湿度和粘合剂敏感。目前阳极浆料通过管道输送，容易结块，流动性差，管道堵塞，影响生产效率和产量。然而，干电池没有这样的问题。
3)不需要NMP·MNP溶剂，省去了涂层和极片干燥环节，与湿电池相比，成本降低10-20%以上:制造正负极的传统粘接工艺需要NMP·MNP，溶剂有毒，必须小心回收、提纯和再利用；而且还需要巨大、昂贵和复杂的电极保形涂层。
4)适用于下一代电化学系统，可长期布局:干电池电极技术仍可与下一代材料系统、无钴系统甚至固体电池系统相匹配。
然而，干电池的生产过程是困难的，并且该技术还没有被大规模应用。我们估计短期大规模生产是困难的。
干法电池优势
来源:Maxwell
超级电容：车用更多体现在启停系统的功率补充上
超级电容器具有高功率充放电性能和长循环寿命的优点，主要用于风力发电、铁路、电网储能等领域。超级电容器相当于电力系统中的高速缓存。这样，动能回收过程中产生的电能可以储存在电容器中，而不是充入电池中，在快速加速过程中，电容器和电池同时通电可以产生较高的功率，在低温下不需要加热电池就可以保证加速和功率回收，在高温下也避免了电池的大功率充放电，有效延长了电池的使用寿命。许多锂电池的固有缺陷是可以避免的
Maxwell收购Nesscap拓宽超级电容器市场范围
麦克斯韦超级电容器主要应用于车辆的起停系统，并已尝试应用于混合动力车辆。麦克斯韦在汽车行业的布局源于超级电容器的应用，超级电容器主要用于启停稳压系统的储能单元。到2018年底，全球超过610万辆汽车正在使用超级电容器技术。与SK公司在电动汽车方面的13年合作，进入吉利公司18年，该公司有望在2020年进入快速量产期。麦克斯韦早期主要为铅酸蓄电池汽车产品提供发动机启动模块。13年后，麦克斯韦开始与SK合作开发锂电池和超级电容器的组合。为期18年的麦克斯韦超级电容器技术将用于吉利的五款微型混合动力和插电式混合动力车型，这些车型最初计划在2019年底前投入批量生产。
18年超级电容器和吉利合作；公司预计2020年后进入快速增长期
来源:Maxwell
超级电容器技术可以辅助特斯拉电池:一方面，并联超级电容器可以延长电池寿命，另一方面，它可以应用于大型车辆，如Semi。启动-停止状态下产生的极限充放电电压可以通过超级电容器来实现，超级电容器可以在加速时起到功率平衡的作用。
超级电容与电池并联后的性能特点
资料来源:Maxwell
Maxwell专利
Maxwell目前共有200项专利，涵盖了干电极材料制备、电解液自行配制、储能装置系统优化等各个方面。
1)核心专利1:正负电极生产不使用NMP，大大简化了工艺，降低了成本:正负电极生产的传统键合工艺需要NMP，有毒溶剂必须小心回收、提纯和再利用。而且还需要巨大、昂贵和复杂的电极保形涂层。麦克斯韦已经用这种方法制造超级电容器。如果在电池制造中加以借鉴，成本将大大降低。
2)核心专利2:通过干法向负极添加锂金属可以提高电池容量和能量密度。常规锂电池的第一次循环会产生SEI膜并消耗锂，导致容量损失。Maxwell18在18年内拥有一项未决专利。通过干法将锂金属添加到负极，以补偿第一次循环的容量损失。
Maxwell相关专利
来源:Maxwell
与三元正极发明者Jeff Dahn的团队合作，开发无钴材料
2018 2018 Musk在推特上发布“我们在船上使用的钴不到3%，在下一代不会使用”。目前，锂电池的无钴正极材料主要有几种:磷酸铁锂、锰酸锂、高压锰酸镍锂和富锂锰。磷酸铁锂和锰酸锂特斯拉没有相应的技术储备，技术上限低。据估计，特斯拉将不会被使用。高压镍锰材料与电解液的副反应严重，阻碍了其产业化进程。富锂锰基负极材料首次出现不可逆容量高、循环和倍率性能差的问题，特别是充放电循环过程中放电介质电压不断降低，阻碍了产业化。
特斯拉在16年前引进了三元正极的创始人杰夫·达恩的团队，以提高锂电池的能量密度和寿命。Jeff Dahn通过精确限制镍锰钴材料中的镍含量，显著改善了三元材料的性能，使得三元正极材料能够成功地大规模商业化。因此，杰夫·达恩被认为是该行业三元材料技术的真正创始人和发明者。杰夫于1996年开始在达尔豪斯大学工作，并与3M集团深入合作了20年。他也是加拿大3M集团的首席科学家。2015年6月，特斯拉和杰夫·达恩领导的25人研究团队签署了为期5年的独家合同。双方的正式合作于2016年6月正式开始。杰夫主要为特斯拉提供与提高锂电池的能量密度和使用寿命以及降低成本相关的研究。
2019年，Jeff Dahn的团队发表了一篇论文《Cobalt-free Nickel-rich positive electrode materials with a core-shell structure》，指出在NCA类型的高镍(镍> 90%)材料中，钴起很少或没有作用。镍酸锂材料中的钴掺杂被认为可以防止镍和镍的混合和放电，并抑制充放电过程中的相变，从而提高毡的结构稳定性
综合考虑，特斯拉的正极技术领导者是三元体系的领导者，致力于高镍材料的研究。我们推测特斯拉的自制电池在初期可能是含钴超高镍电池(如90%的镍含量)，而下一个无钴电池可能使用无钴多组分材料，如镍锰铝材料。
特斯拉正电池相关专利
Tesla自2006年以来已拥有电池相关专利，电池生产专利数量在16年间有所增加，主要涉及锂电池电解液添加剂、阳极制备等。
特斯拉电池相关专利
来源:特斯拉
特斯拉收购锂电设备公司，为电池产能扩张做准备
2019-2019年10月特斯拉秘密收购了加拿大电池设备公司HIBAR SYSTEM LIMITED，以改善其电池领域布局。该公司总部位于加拿大安大略省里士满山。除了在北美有工厂外，Hibar还在欧洲、韩国、日本、马来西亚和中国有主要的制造工厂。
Hobart Precision由德国加拿大工程师海因茨·巴拉尔于20世纪70年代初创建。自1974年开发出第一台精密计量泵以来，霍巴特精密一直是精密计量泵、液体注射和分配系统开发领域的领导者。它在精密计量泵、液体注射系统和电池制造系统的国际市场上享有盛名。巴海的产品广泛应用于各种科研、电池行业、电子烟、电容器、缓冲剂、注射剂、果酱、化妆品、食品和医药行业。锂离子电池设备主要用于混合动力汽车、笔记本电脑等产品。
在过去的40年里，巴海公司已经成为电池行业一次电池和二次电池生产线的供应商。
产品:
1)巴海计量泵:高精度定量注液泵，可定量注入或输送不同化学和物理性质的液体。巴海泵可用于生产各种高性能电池——，向电池中注入电解液和锌膏。电池类型包括:碱锰电池、镍氢镍镉电池、锂离子电池、锂锰电池、铅酸电池、锌空气电池、燃料电池等。此外，它还可用于制造电容器、食品酱和化妆品、各种药物和生物制剂的软胶囊、墨水输液等。
2)锂电池生产设备:巴海设备包括原电池和二次电池。目前，碱性电池生产线的速度可以达到1000PPM。公司还拥有一整套二次电池生产线，包括精密计量泵和液体注射及分配系统、自动电池制造和加工设备、定制包装设备、锂离子电池组件和自动真空灌装系统。
收购巴海，提高特斯拉电池生产线的设计和建设能力，为扩大生产做准备:2018年12月，领先智能与特斯拉签署了一份价值4300万英镑的锂电池设备采购合同，包括卷绕设备、圆柱形电池装配线设备和化学成分系统；特斯拉目前正在弗里蒙特建设一条试点电池生产线。在招聘名单中，特斯拉的电池制造工程团队正在寻找设备开发工程师，以加快下一代电池制造计划，而巴海有能力生产锂后端设备。
特斯拉电池技术公司有望在4月的电池节上宣布，随后将进行产能建设和成本控制。预计最早将在2022年实现稳定装载，短期内外包将是主要方式。目前，美国三家特斯拉电池供应商的产能为松下35千兆瓦时，可能会扩大至54千兆瓦时；到年底。南京LG目前拥有7千兆瓦时，可能会增加到10千兆瓦时；到年底。在宁德时代，采购规模仍不确定，美国和上海的三家供应商基本能满足第一阶段和部分第二阶段的需求。特斯拉上海工厂二期和欧洲工厂电池采购仍不清楚，预计一些自制电池将在未来匹配。
