1、证券研究报告行业深度报告电子 东吴证券研究所东吴证券研究所 1/38 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 电子行业深度报告 超级电容：超级电容：功率型储能黑科技，功率型储能黑科技，行业迎来加行业迎来加速拐点速拐点 2022 年年 09 月月 20 日日 证券分析师证券分析师 马天翼马天翼 执业证书：S0600522090001 证券分析师证券分析师 唐权喜唐权喜 执业证书：S0600522070005 行业走势行业走势 相关研究相关研究 江海股份(002484)：成本改善提升利润，平台型电容公司深度受益新能源需求旺盛 2022-07-28 风华高科(000636)
2、：2021 年中报业绩预告点评，容阻感产销两旺，2021 年 H1 业绩超预期 2021-07-11 风华高科(000636)：国产被动元器件龙头，天时地利人和促腾飞 2020-08-31 增持（维持）Table_Summary 投资要点投资要点 超级电容是超级电容是功率型功率型储能器件储能器件，高功率、高可靠、环保特性突出高功率、高可靠、环保特性突出。1）高）高功率特性：功率特性：超级电容系统功率密度最高可达 40 kW/kg、锂电池在 1 3kW/kg，EDLC 充放电时间可达秒级、HUC 在分钟级别、锂电池在小时级别。2）高可靠特性：）高可靠特性：对比锂电池20 +60 C 工作温度范围
3、、标称5000 次左右的循环寿命，超级电容工作温度范围可宽至40 +85 C，充放电次数最高可达 100 万次。3）环保特性：）环保特性：超级电容不含重金属和有害化学物质，而锂电池无法分解，易对环境产生污染。电网调频电网调频、混合储能、混合储能项目项目 22 年密集落地，年密集落地，车用配套数量快速增长车用配套数量快速增长，超，超级电容级电容市场市场迎迎来加速拐点来加速拐点。在电网调频和混合储能、汽车两大高增长领域拉动下，超级电容新的天花板正在打开。1）电网调频）电网调频和混合储能和混合储能：新型电力系统下，电网频率稳定性挑战升级，发电侧风光储平滑入网、混合储能系统中响应调频指令，输配电侧变电
4、站调频、配电终端后备电源，用电侧后备电源、功率电源，均需使用功率型储能器件提供短时、高功率峰值脉冲。2）汽车领域：）汽车领域：在 12V 电气系统下被用作主电源、安全冗余电源，在 48V 电气系统下被用作线控电源，在 HEV 车型中被用作主电池电芯，助力汽车性能、安全双提升。3）交通运输：）交通运输：超级电容主要可在轨道交通、公交车、卡车、船舶等应用场景下实现储能/备用电源、发动机启动、能量回收三大功能。4）工业领域：）工业领域：超级电容可在智能电表、风电变桨、港口起重机等场景下，作为后备电源、功率电源，为系统提供紧急短时、高功率脉冲。多应用领域全面开花，超级电容迎来加速拐点。根据超级电容产业
5、联盟数据，2021 年全球超级电容市场规模为15.9 亿美元，预计 2027 年将达 37 亿美元，21-27 年 CAGR 为 18%。技术进步、成本降低、政策驱动三重利好，技术进步、成本降低、政策驱动三重利好，拉动超级电容持续高增长拉动超级电容持续高增长。因高功率、高可靠特性突出，超级电容适用于高功率、短时高频储能领域，而能量密度较低、储能成本较高是限制其应用范围的两大因素，未来，技术进步、成本降低、政策驱动三重利好有望共同推动超级电容市场高速增长。1）技术进步：）技术进步：混合型超容单体能量密度已提升至 80Wh/kg，达锂电池 1/3，实现在分钟级别的储能、大巴车等领域打开应用空间；2
6、）成本降低：）成本降低：占超级电容成本 50-60%的电极、隔膜长期依赖进口，元力股份、凯恩股份等本土厂商已开始大力推动上游材料国产替代，超级电容成本下降成必然趋势。3）政策驱动：）政策驱动：各部委相继出台多项政策，支持包括功率型储能在内的新型储能产业发展。政策驱动下，2022 年成为超级电容电网调频项目密集落地元年，电网侧调频、电源侧火储联调、电源侧一次调频项目均在有序推进中。投资建议：投资建议：超级电容行业目前在风电/轨道交通/油改电/智能电表等领域稳步增长的同时，正在电网调频和混合储能、汽车等领域迎来向上加速拐点，行情前景可期。重点推荐布局铝电解+薄膜+超级电容三大产品线的国内工业电容龙
7、头江海股份，建议关注拓展超级电容炭赛道的国内木质活性炭龙头元力股份，以及建议关注积极布局超级电容业务的风华高科。风险提示：风险提示：电网调频、汽车等超级电容新兴下游应用市场增长不及预期；超级电容后续能量密度提升、成本降低程度不及预期；超级电容产业链国产化进程不及预期 -35%-30%-25%-20%-15%-10%-5%0%5%10%2021/9/222022/1/202022/5/202022/9/17电子沪深300 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 2/38 内容目录内容目录 1.超级电容是功率型储能器件，行业迎来
8、向上加速拐点超级电容是功率型储能器件，行业迎来向上加速拐点.5 1.1.超级电容是功率型储能器件，与能量型锂电池互补、协同.6 1.2.技术进步、成本降低、政策驱动三重利好，超级电容迎向上加速拐点.11 2.需求端：超级电容在多应用领域需求端：超级电容在多应用领域具备广阔空间，静待市场爆发具备广阔空间，静待市场爆发.17 2.1.电力能源：新能源并网增加调频需求，超级电容参与电网调频全环节电力能源：新能源并网增加调频需求，超级电容参与电网调频全环节.17 2.2.汽车领域：适用于启停、安汽车领域：适用于启停、安全冗余电源等场景，助力汽车性能、安全双提升全冗余电源等场景，助力汽车性能、安全双提升
9、.23 2.3.交通运输：交通运输：LIC 技术路线下，超级电容公交实现充电技术路线下，超级电容公交实现充电 5 分钟、行驶分钟、行驶 30 公里公里.27 2.4.工业领域：作为备用电源、能量回收系统，广泛应用于多领域工业领域：作为备用电源、能量回收系统，广泛应用于多领域.28 3.供给端：产业链各环节携手成长供给端：产业链各环节携手成长，本土厂商迎增长机遇，本土厂商迎增长机遇.30 4.投资建议投资建议.33 4.1.江海股份：工业电容龙头，铝电解电容稳增、薄膜江海股份：工业电容龙头，铝电解电容稳增、薄膜&超级电容迎业绩拐点超级电容迎业绩拐点.33 4.2.元力股份：国内木质活性炭龙头，超
10、级电容炭助力业绩增长元力股份：国内木质活性炭龙头，超级电容炭助力业绩增长.35 4.3.风华高科：国内被动元件领军企业，已突破能量型锂离子超级电容产品风华高科：国内被动元件领军企业，已突破能量型锂离子超级电容产品.36 5.风险提示风险提示.36 bYfXaUxXqQpM6M9RaQpNqQtRtRlOmNrRkPtRsM6MrRpPwMtPtRMYoPpM 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 3/38 图表目录图表目录 图 1：江海超级电容业务呈现持续高速增长.5 图 2：超级电容产业迎向上加速拐点.6 图 3：202
11、2 年，超级电容在储能领域迎来大规模落地元年.6 图 4：超级电容结构图.7 图 5：超级电容分类.8 图 6：双电层电容（EDLC）工作原理图.8 图 7：法拉第赝电容工作原理图.8 图 8：锂离子超级电容（LIC）工作原理图.8 图 9：相较锂电池，超级电容的高功率密度特性突出.9 图 10：超级电容在 s-min 级市场具备一次投资成本优势.10 图 11：超级电容生命周期成本显著低于锂电池.10 图 12：“电池+超容”混合能源系统的工作模式.11 图 13：全球超级电容市场规模预测（单位：亿美元）.11 图 14：中国超级电容市场规模预测（单位：亿元）.11 图 15：不同厂商混合超
12、级电容能量密度.12 图 16：江海成功将混合超级电容应用到大巴车上.12 图 17：超级电容功率密度、能量密度仍存提升空间.12 图 18：超级电容能量密度有望持续提升.12 图 19：Maxwell 干法电极工艺流程.13 图 20：干法电极工艺具备多方面优势.13 图 21：新型电力系统下的电力供需不平衡催生储能需求.15 图 22：2022 年超级电容在电网调频、混合储能领域正在规模落地.16 图 23：2012-2021 年我国电力装机结构（单位：GW）.18 图 24：2012-2021 年我国发电量结构（单位：亿千瓦时）.18 图 25：分布式光伏入网提升用电侧功率预测难度.18
13、 图 26：全社会用电量增长超预期.18 图 27：电力系统频率响应过程.19 图 28：电网综合调频能力指标.19 图 29：水电、火电机组参与调频存在局限性.19 图 30：广东某电站加装储能前后的调频数据比较.19 图 31：超级电容开始在电网全环节实现应用落地.20 图 32：引入超级电容的风电系统.21 图 33：超容为风光系统的频率事件提供额外虚拟惯量.21 图 34：兆瓦级锂离子电池、超级电容混合储能系统.21 图 35：变电站用超级电容储能柜.23 图 36：配电自动化终端用超级电容模组.23 图 37：超级电容在汽车领域的应用场景.23 图 38：电动汽车将超级电容应用于启停
14、系统.24 图 39：超级电容在汽车功率变化过程中充放电.24 图 40：智能驾驶车型安全相关的电子电器设备.25 图 41：国内自动驾驶汽车渗透率持续提升.25 图 42：线控底盘五大核心系统市场情况.25 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 4/38 图 43：线控底盘应用 48V 电气系统.25 图 44：HEV 电池不支持外插电源充电.26 图 45：电动汽车成本将持续高于燃油车.26 图 46：超级电容汽车启停方案应用车型.26 图 47：轨道交通车辆中的混合储能系统.28 图 48：上海 930 路超级电容公
15、交充电弓.28 图 49：我国单、三相智能电表招标总量（单位：万只）.28 图 50：超级电容在智能电表中替代电池.28 图 51：风电机组中的风机变桨系统.29 图 52：超级电容相较铅酸电池使用成本显著更低.29 图 53：港口起重机电动机工作功率高达 200kW.29 图 54：轻载上行或重载下行时，曳引机产生再生电能.29 图 55：连接电网和负载的超级电容 UPS 解决方案.30 图 56：超级电容 UPS 解决方案提供短时、高功率脉冲.30 图 57：2021 年超级电容市场规模分地区占比.31 图 58：中国超级电容市场规模.31 图 59：超级电容本土产业链.31 图 60：江
16、海股份营业收入及同比增速.34 图 61：江海股份归母净利润及同比增速.34 图 62：江海股份超级电容营收规模快速增长.35 图 63：江海股份超级电容调频储能系统已落地.35 图 64：元力股份营业收入及同比增速.35 图 65：元力股份归母净利润及同比增速.35 图 66：风华高科营业收入及同比增速.36 图 67：风华高科归母净利润及同比增速.36 表 1：超级电容与铝电解电容、锂离子电池性能参数对比.9 表 2：新型储能技术按应用场景分类.9 表 3：提升超级电容能量密度的主要方法.12 表 4：超级电容各类原材料国产替代进展.14 表 5：中国超级电容产业相关政策.15 表 6：超
17、级电容电网调频应用案例.16 表 7：2022 年火储联调中标项目情况.22 表 8：交通运输领域超级电容应用场景及价值驱动因素.27 表 9：电能质量问题可能导致产品损失、生产时间损失、设备损坏等后果.30 表 10：2021 年以来中国超级电容产业新建项目一览.32 表 11：中国超级电容市场核心玩家对比.33 表 12：江海股份超级电容业务布局时间表.34 表 13：元力股份超级电容炭业务布局时间表.36 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 5/38 1.超级电容是功率型储能器件，超级电容是功率型储能器件，行业行业
18、迎来迎来向上加速拐点向上加速拐点 前言：前言：东吴电子团队长期持续跟踪江海股份，也持续关注类似元力股份、GMCC、上海奥威等企业的功率型储能业务超级电容。对于江海超级电容业务，一个明显的感受是该业务持续高速增长（2021 年营收 2.4 亿元，17-21 年营收 CAGR 为 62%），但是这个行业天花板在哪，以及其背后快速增长的原因一直没有很清楚的回答，主要难点在于超级电容行业处于产业生命初期，需要超级电容的应用场景很多，但是具体哪个应用场景具备百亿以上的容量，或者超级电容行业需要突破哪些条件才能创造巨大的需求市场，这是我们东吴电子团队一直思考的问题。通过资料收集与整理、产业链上下游的调研，
19、我们认为超级电容在电网我们认为超级电容在电网调频、混合调频、混合储能和汽车储能和汽车领域前景广阔领域前景广阔，行业的加速需要，行业的加速需要1）技术进步：提升超级电容能量密度；）技术进步：提升超级电容能量密度；2）成本降低：）成本降低：规模化量产规模化量产&产业链国产化；产业链国产化；3）政策驱动政策驱动：需求场景更加明确。：需求场景更加明确。2022 年年是超级电容在是超级电容在电力调频、混合电力调频、混合储能领域规模落地的元年！储能领域规模落地的元年！2022 年年以来以来，超超级电容在国内首次应用于火储一体化调峰调频、首次应用于一次调频、首次应用于岸储级电容在国内首次应用于火储一体化调峰
20、调频、首次应用于一次调频、首次应用于岸储一体化项目。超级电容行业正在迎来一体化项目。超级电容行业正在迎来加速拐点。加速拐点。图图1：江海超级电容业务呈现持续高速增长江海超级电容业务呈现持续高速增长 数据来源：江海股份公告，东吴证券研究所 012342016201720182019202020212022E江海超级电容销售收入（亿元）请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 6/38 图图2：超级电容产业超级电容产业迎向上加速拐点迎向上加速拐点 数据来源：储能与电力市场，中国储能网，烯晶碳能，东吴证券研究所整理 图图3：2022
21、 年年，超级电容超级电容在储能领域迎来在储能领域迎来大规模落地元年大规模落地元年 数据来源：储能与电力市场，中国储能网，东吴证券研究所整理 1.1.超级电容超级电容是功率型储能器件是功率型储能器件，与与能量型能量型锂电池锂电池互补、协同互补、协同 超级电容是功率型储能器件，超级电容是功率型储能器件，技术、成本、政策三重利好助力打开百亿市场空间。技术、成本、政策三重利好助力打开百亿市场空间。超级电容相较传统电容器具有更高的能量密度，相较电池具有更高的功率密度，是一种新型功率型储能器件，具备充电时间短、使用寿命长、温度特性好、绿色环保等特性。超级电容已作为备用电源、功率电源、能量回收系统被广泛应用
22、于消费电子、工业、请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 7/38 国防军工等领域，能量密度较低、储能成本较高是过去限制其应用范围的两大因素。目前，混合型超容能量密度大幅提升，原材料国产化带动超容成本持续降低，同时各部委相继出台多项政策，支持包括功率型储能在内的新型储能产业发展，技术进步、成本降低、政策驱动三重利好有望共同推动超级电容打开应用天花板。超级电容在立足智能表、轨道交通等成熟市场的同时，在港口机械、采掘装备、电网调频、油改电、储能、电动大巴等领域打开市场，尤其储能、电网调频、乘用车用等市场潜力较大，百亿市场空间正在
23、打开。超级电容主要由正负电极、电解液、隔膜构成。超级电容主要由正负电极、电解液、隔膜构成。超级电容属于电化学储能器件，主要由正负电极、电解液及防止发生短路的隔膜构成，电极材料具备高比表面积的特性，隔膜一般为纤维结构的电子绝缘材料，电解液根据电极材料的性质进行选择。以市场主流的双电层电容为例，充电时，电解液中的正、负离子在电场的作用下迅速向两极运动，通过在电极与电解液界面形成双电层来储存电荷。图图4：超级电容结构图超级电容结构图 数据来源：电子发烧友，东吴证券研究所 按工作原理按工作原理超级电容超级电容可分为三类可分为三类，双电层电容（，双电层电容（EDLC）是目前市场主流的超级电）是目前市场主
24、流的超级电容类型，混合型超级电容（容类型，混合型超级电容（HUC）具备更高的能量密度，）具备更高的能量密度，正在正在成为重要研究成为重要研究与与发展方向。发展方向。1）双电层电容双电层电容：EDLC 的充放电过程通过离子的物理移动完成，不存在化学反应，充电时，双电层电容电解液中的正、负离子在电场的作用下迅速向两极运动，并分别在两个电极的表面形成紧密的电荷层，即双电层，造成电极间的电势差，从而实现能量的存储；放电时，阴阳离子离开固体电极表面，返回电解液本体。2）法拉第赝电容法拉第赝电容：在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附/脱附或氧化还原反应，
25、因赝电容可在整个电极内部产生，因此可获得比双电层电容更高的能量密度，但因电极材料贵金属价格较高、充放电循环稳定性有限等因素而难以商用；3）混合型超级电容混合型超级电容：以双电层材料作为正极，以赝电容或电池类材料作为负极，请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 8/38 融合了超级电容与赝电容或电池的优势。锂离子超级电容（LIC）是混合型超级电容的典型代表，在充放电过程中，电容电极发生非法拉第反应，离子在电极表面进行吸附/脱附，电池电极发生法拉第反应，锂离子嵌入/脱出。图图5：超级电容超级电容分类分类 图图6：双电层电容（双电
26、层电容（EDLC）工作原理图）工作原理图 数据来源：Wikipedia，东吴证券研究所 数据来源：Wikipedia，东吴证券研究所 图图7：法拉第赝电容法拉第赝电容工作原理图工作原理图 图图8：锂离子锂离子超级超级电容电容（LIC）工作原理图）工作原理图 数据来源：Wikipedia，东吴证券研究所 数据来源：Wikipedia，东吴证券研究所 受益受益独特的结构与工作原理独特的结构与工作原理，超级电容具备高功率密度、高可靠、环保等超级电容具备高功率密度、高可靠、环保等优良特性优良特性。高功率特性：高功率特性：区别于锂电池充电时，锂离子需要与电荷结合并嵌入到负极碳层的微孔中，放电时需要从负极
27、碳层脱嵌，超级电容充放电时的电荷移动发生在电极表面，因此超级电容功率密度显著更高、充放电速度显著更快。对比来看，功率密度方面，双电层超容最高可达 40 kW/kg、锂电池在 1 3kW/kg；充放电时间方面，EDLC 可达秒级、HUC 在分钟级别、锂电池在小时级别。高可靠特性：高可靠特性：工作温度方面，锂电池工作温度范围为20 +60 C，超级电容可宽至40 +85 C；工作寿命方面，由于充放电过程中的电荷移动完全可逆，充放电次数可达 100 万次，工作寿命可达 15 年。且超级电容短路、刺破均不会燃烧，相较短路、刺破时易自燃甚至爆炸的锂电池，超级电容安全性更高。环保特性：环保特性：超级电容不
28、含重金属和有害化学物质，其生产、使用、储存以及拆 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 9/38 解过程均不会对环境产生污染，是理想的环保能源，而锂电池无法分解，易对环境产生严重污染。图图9：相较锂电池，超级电容的高功率密度特性突出相较锂电池，超级电容的高功率密度特性突出 数据来源：IDTechEx Research，东吴证券研究所 表表1：超级电容与铝电解电容、锂离子电池性能参数对比超级电容与铝电解电容、锂离子电池性能参数对比 性能参数 铝电解电容 超级电容 锂离子电池 双电层超容 混合超容 能量密度 0.01 0.3
29、Wh/kg 1.5 8 Wh/kg 4 80 Wh/kg 100 265 Wh/kg 功率密度 100 kW/kg 5 50 kW/kg 3 10 kW/kg 1 3 kW/kg 温度范围 40 +125 C 40 +85 C 40 +70 C 20 +60 C 可充放电次数 无限 10 100 万次 2 10 万次 0.05 1 万次 室温下工作寿命 20 年 5 15 年 5 10 年 3 5 年 数据来源：Wikipedia，Skeleton Tech，Yunasko，东吴证券研究所 超级电容超级电容作为功率作为功率型型储能器件，储能器件，凭借高功率、长循环寿命特性，凭借高功率、长循环寿
30、命特性，与与能量型能量型锂电池互锂电池互补、协同。补、协同。锂电池作为能量型储能器件，已被广泛应用于各类长时储能场景，超级电容则可以凭借高功率、长循环寿命特性，应用于短时大功率、多次循环放电的单独储能场景，或与锂电池组成混合能源系统，实现与能量型锂电池的互补、协同。表表2：新型储能技术按应用场景分类新型储能技术按应用场景分类 储能类型储能类型 容量型容量型 能量型能量型 功率型功率型 备用型备用型 储能时长 4 小时 约 12 小时 30 分钟 15 分钟 应用场景 削峰填谷或离网储能等容量型储能场景 复合储能场景，要求储能系统能够提供调峰调频和紧急备用等多重功能 辅助 AGC 调频或平滑间歇
31、性电源功率波动等功率型储能场景 在电网突然断电或电压跌落时，储能系统作为不间断电源提供紧急电力 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 10/38 储能技术 锂离子电池、铅碳电池、液流电池、钠离子电池、压缩空气、储热蓄冷、氢储能等 以 0.5C 或 1C 型磷酸铁锂电池为主 超导储能、飞轮储能、超级电容和各类功率型电池 铅蓄电池、梯级利用电池、飞轮储能等 数据来源：中国储能网，东吴证券研究所 1）单独储能场景下单独储能场景下，超级电容在短时大功率，超级电容在短时大功率、多次循环、多次循环放电场景下更具经济性放电场景下更具经济
32、性 仅考虑一次投资成本，假设 EDLC、混合超容、锂电池功率密度为 30、5、2kW/kg，能量密度为 5、50、200Wh/kg，储能系统成本为 10、1、0.15 万元/度电，通过绘制不同放电时间下的一次投资成本曲线，可见 EDLC 在 s 级市场、混合型超容在 min 级市场更具成本优势，因此超级电容在短时大功率放电场景下具备经济性。同时考虑不同电源的可循环充放电寿命，假设 EDLC、混合超容、锂电池循环寿命为 100、10、0.4 万次，则计算得对应的生命周期成本分别为 0.1、0.1、0.375 元/度电/次，可见超级电容生命周期成本低于锂电池，在多次循环放电场景下具备经济性。图图1
33、0：超级电容在超级电容在 s-min 级市场具备一次投资成本优势级市场具备一次投资成本优势 图图11：超级超级电容生命周期成本电容生命周期成本显著低于锂电池显著低于锂电池 系统成本（万元/度电）循环寿命（万次）生命周期成本（元/度电/次）EDLC 10 100 0.1 混合超容 1 10 0.1 锂电池 0.15 0.4 0.375 数据来源：烯晶碳能，东吴证券研究所测算 数据来源：烯晶碳能，东吴证券研究所 2）混合能源系统混合能源系统中中，超级电容负责超级电容负责短时短时高功率峰值高功率峰值，锂电池负责长时低功率输出锂电池负责长时低功率输出 混合能源系统中，由锂电池等主能源提供长期低功率能量
34、输出，超级电容负责高功率峰值和快速响应，超级电容可从主能源处充电，或收集系统回馈的能量。在能源系统中引入超级电容，可实现高功率瞬时响应，并降低主电源的功率输出以延长其使用寿命，从而降低能源系统的生命周期成本。请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 11/38 图图12：“电池“电池+超容”混合能源系统的工作模式超容”混合能源系统的工作模式 数据来源：储能科学与技术，东吴证券研究所 1.2.技术进步、成本降低、政策驱动三重利好，技术进步、成本降低、政策驱动三重利好，超级电容超级电容迎向上加速拐点迎向上加速拐点 技术、成本、政策
35、三重利好，超级电容产业迎向上加速拐点。技术、成本、政策三重利好，超级电容产业迎向上加速拐点。根据超级电容产业联盟数据，2021 年全球超级电容市场规模达 15.9 亿美元，预计 2027 年将达 37 亿美元，21-27 年市场规模 CAGR 约 18%；2021 年中国超级电容市场规模达 25.3 亿元，预计 2027年将超 60 亿元，21-27 年市场规模 CAGR 将超 20%。未来，技术进步、成本降低、政策驱动三重利好有望共同推动超级电容打开应用天花板，超级电容正在向新能源公交、电网调频、储能、汽车启停等新兴应用领域渗透，百亿市场空间正在打开。图图13：全球超级电容市场规模预测（单位
36、：亿美元）全球超级电容市场规模预测（单位：亿美元）图图14：中国超级电容市场规模预测（单位：亿元）中国超级电容市场规模预测（单位：亿元）数据来源：超级电容产业联盟，东吴证券研究所 数据来源：超级电容产业联盟，东吴证券研究所 1）技术进步）技术进步：混合型：混合型超级电容能量密度超级电容能量密度显著提升，打开行业应用天花板显著提升，打开行业应用天花板 混合型超级电容在保持较高功率密度的基础上，显著提升能量密度，混合型超级电容在保持较高功率密度的基础上，显著提升能量密度，不断不断拓展下游拓展下游应用边界。应用边界。因混合型超级电容的赝电容或电池电极通过发生法拉第反应进行充放电，因此其能量密度显著高
37、于 EDLC，根据海内外超级电容厂商披露，目前混合型超级电容单体能量密度可达 80160Wh/kg，系统能量密度已经突破 40Wh/kg。混合超级电容凭借更高的能量密度属性和较低的成本，在分钟级别的储能、大巴车等领域成功打开应用天花 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 12/38 板，不断拓展行业边界。图图15：不同厂商混合超级电容不同厂商混合超级电容能量密度能量密度 图图16：江海成功将混合超级电容应用到大巴车上江海成功将混合超级电容应用到大巴车上 公司公司 混合型超级电容产品情况混合型超级电容产品情况 Yunasko
38、 第一代 LIC 产品能量密度达 3035Wh/kg，第二代石墨烯增强型锂离子电池利用“锂电池+超级电容”技术，使能量密度达 6070Wh/kg 江海股份 目 前 公 司 的 锂 离 子 超 级 电 容 能 量 密度达40Wh/kg 以上，可视特定的应用将该指标提高 烯晶碳能 基于干法电极技术，混合型超级电容产品能量密度可提高至 80160Wh/kg，主推的 4.2V 6Ah混合型超容单体能量密度接近 80Wh/kg，充放电寿命至少 3 万次以上 奥威科技 超级电容单体能量密度已提高至 120Wh/kg 数据来源：各公司官网，东吴证券研究所 数据来源：江海股份，东吴证券研究所 超级超级电容能量
39、密度电容能量密度有望进一步提升有望进一步提升。超级电容的能量密度主要取决于其比电容和电压窗口，因此进一步提升能量密度的方法包括提高电极比电容、开发高电化学电位区间电解质、优化超级电容结构、减少器件对电解液的消耗等。随着技术的不断进步，NASA于 2019 年预测，2025 年超级电容系统能量密度有望提升至 50-100Wh/kg，2030 年有望达到 100-200Wh/kg。图图17：超级超级电容电容功率密度、能量密度仍存提升空间功率密度、能量密度仍存提升空间 图图18：超级电容超级电容能量密度能量密度有望有望持续持续提升提升 数据来源：超级电容产业联盟，东吴证券研究所 数据来源：NASA，
40、东吴证券研究所 表表3：提升提升超级电容超级电容能量密度的能量密度的主要主要方法方法 提升能量密度方法提升能量密度方法 介绍介绍 提高电极比电容 比电容的提高方式包括对现有材料的表面改性、掺杂和研发新型电极材料。另外，器件的电容受电极材料孔径和电解质离子形状及尺寸匹配的影响，因此应合理选择电极材料和电解质离子的协同配比。同时可使用双电层电容器材料和赝电容材料构建非对称超级电容，来提升器件比电容 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 13/38 开发高电化学电位区间电解质 开发利用高电化学稳定电压电解质，可扩宽器件的工作电压
41、范围，进一步提升其能量密度。通常，离子液体的稳定电位区间最高，有机系电解质其次，而水系电解质的稳定电位区间最低 优化超级电容结构 超级电容使用的电解质存在分解电压，在电极电位超出稳定电位窗口界限后，会发生电解质溶剂分子分解等副反应，因此限制了器件的工作电压。由于超级电容正负极副反应机理不同，因此稳定电位窗口的上下电位界限相对于超级电容开路电压是非对称的，实际充放电中存在没有利用的稳定电位区间。因此，通过正负极容量的配比、电极材料表面电荷控制等改变电极电位变化过程，拓展利用负极未利用的电位区间，来提升能量密度 减少器件对电解液的消耗 在超级电容充放电过程中需要消耗电解质，锂离子超级电容通过正极开
42、路电位控制，预嵌的锂可补偿电解液消耗，能够克服电解质的消耗，因此可实现能量密度的提升 数据来源：石墨烯联盟，东吴证券研究所 超级电容应用超级电容应用干法电极干法电极工艺工艺，实现循环寿命延长、能量密度提升、成本降低。，实现循环寿命延长、能量密度提升、成本降低。原有湿法电极工艺下，需要将负极、正极粉末与有粘合剂材料的溶剂混合，再涂覆至集流体上干燥形成电极；干法电极工艺下则无需使用溶剂，直接将少量粘合剂与电极粉末混合，通过挤压机形成电极材料薄膜，再将电极材料薄膜层压到集流体上形成电极。干法电极工艺主要有三点优势，第一，粘结剂用量少，提升锂离子电池良品率和使用寿命，第二，不使用溶剂，减少充放电循环过
43、程中的能量损失，提升能量密度，第三，工艺简化，制造成本可降低 10-20%。但目前干法电极技术仍存在电池倍率较低的问题，即大电流放电性能较差，有待工艺优化解决。产业端，特斯拉于 2019 年收购超级电容企业 Maxwell，旨在将 Maxwell 的干法电极技术应用于锂电池生产中，国内烯晶碳能、力容新能源等超级电容厂商也已具备干法电极技术。图图19：Maxwell 干法电极工艺流程干法电极工艺流程 图图20：干法电极工艺具备多方面优势干法电极工艺具备多方面优势 湿法电极湿法电极 干法电极干法电极 杂质杂质 溶剂残留 无（电性能提升）粉末粘结强度粉末粘结强度 低 高（不易造成短路）压实密度压实密
44、度 低 高（能量密度高）铝箔和碳层铝箔和碳层 的粘结强度的粘结强度 低 高（耐振动性强，安全性高）数据来源：Maxwell，东吴证券研究所 数据来源：Maxwell，东吴证券研究所 2）成本成本降低降低：上游材料国产化，超容成本持续下降：上游材料国产化，超容成本持续下降 超级电容超级电容电极材料国产替代电极材料国产替代进行中进行中，成本持续下降成必然趋势，成本持续下降成必然趋势。超级电容上游材料主要包括电极、电解液、隔膜、引线等，电极、电解液、隔膜占成本比例分别约 35%、请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 14/38
45、30%、20%。其中电解液国产化配套相对成熟，本土厂商新宙邦占据我国超级电容电解液 50%以上市场份额，而电极与隔膜则因技术壁垒较高而长期依赖进口，电极材料中用量最大、最经济的材料超级电容炭 70-80%从日本可乐丽进口，隔膜主要从美国、日本等国进口，日本 NKK 占据全球超级电容隔膜 60%以上市场份额。元力股份、北海星石、凯恩股份等本土厂商正大力推动电极、隔膜材料国产化，在原材料国产替代趋势下，超容材料成本下降成为必然趋势。表表4：超级电容各类原材料国产替代进展超级电容各类原材料国产替代进展 原材料原材料 成本占比成本占比 全球竞争格局全球竞争格局 本土厂商国产替代进展本土厂商国产替代进展
46、 电极 30%-40%电极材料长期受日本垄断，日本厂商可乐丽占据我国超级电容炭 70-80%市场份额 元力股份：元力股份：元力股份是国内木质粉状活性炭龙头，目前已建成 300 吨超级电容炭产能，2022 年末项目达产后将新增 300 吨超级电容炭产能，已与锦州凯美、宁波中车等多家超级电容厂商达成合作 北海星石：北海星石：2000 吨的超级电容活性炭年产能已于 2021年建成，目前处于试生产阶段 中科院煤化所：中科院煤化所：成功突破“淀粉基超级电容活性炭批量化制备技术”，并已在宁波中车、锦州凯美和上海奥威等超级电容厂商试用 电解液 25%-35%电解液国产化配套较成熟，国内厂商新宙邦占据我国超级
47、电容电解液 50%以上市场份额 新宙邦：新宙邦：超级电容电解液产品性能处于国际先进水平，已成为包括 Maxwell、REDI、Nesscap 在内的世界主流超级电容厂商的合格供应商 隔膜 15-25%隔膜材料长期受日美垄断，日本厂商 NKK 占据全球超级电容隔膜 60%以上市场份额 柔创纳科：柔创纳科：超级电容隔膜占其总营收 60%左右，已成为宁波中车、今朝时代、江海股份、中天科技等超级电容厂商的合格供应商 凯恩股份：凯恩股份：超级电容隔膜目前已处于下游厂商小规模适用阶段，量产后有望逐步实现国产替代 数据来源：各公司官网，观研天下，东吴证券研究所 3）政策驱动：）政策驱动：政策政策重视重视多元
48、化新型储能技术发展，多元化新型储能技术发展，助推试助推试点示范项目点示范项目大规模大规模落落地地 政策推动新型储能技术多元化发展。政策推动新型储能技术多元化发展。近几年来，随着风电和光伏发电加入并网，电网消纳成为了电力系统的痛点之一，在负荷侧，居民用电占比提升使得电网负荷波动更加剧烈，在这种情况下，电网调节能力必须提升以适应未来更为复杂的源荷波动，具有快速调节速率、配置方式灵活的储能能够胜任此任务。储能技术的应用场景可分为容量型、能量型、功率型和备用型四类，目前暂无任何一种技术可以同时满足所有储能场景的需求，因此需要多元化的储能技术在各自使用场景中发挥独特的性能优势。“十一五”到“十四五”期间
49、，各部委相继“十一五”到“十四五”期间，各部委相继出台多项政策以在技术创新、应用拓展、出台多项政策以在技术创新、应用拓展、产业培育等方面支持产业培育等方面支持超级电容超级电容产业发展产业发展。其中，超级电容作为新型储能核心技术，在国家能源局 2022 年 1 月发布的 “十四五”新型储能发展实施方案 中，被作为“十四五”新型储能核心技术装备攻关重点方向列示，政策同时要求积极推动各新型储能示范区项目建设。请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 15/38 图图21：新型电力系统下的电力供需不平衡催生储能需求新型电力系统下的电力
50、供需不平衡催生储能需求 数据来源：赛迪智库，东吴证券研究所 表表5：中国超级电容产业相关政策中国超级电容产业相关政策 日期日期 发布单位发布单位 政策文件政策文件 2015 年 3 月 交通运输部 关于加快推进新能源汽车在交通运输行业推广应用的实施意见 2015 年 5 月 工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科技部、财政部、中国工程院、国家国防科工局、国家质检总局、国家标准委 工业强基工程实施指南(2016-2020 年)2016 年 工业和信息化部 工业强基 2016 专项行动实施方案 2016 年 6 月 国家发展和改革委员会、国家能源局 能源技术革命创新行动计划(2016-2030