行业解读|导电剂新星：碳纳米管

2023-03-01

碳纳米管：悄然搅动导电剂市场格局

日前，天奈科技发布公告称主营产品碳纳米管导电浆料销量上涨，预计前三季度归母净利润同比增60.94%。

报告称随着动力电池市场对高品质的电池需求增长，多采用碳纳米管导电浆料替代传统导电剂，用以改善其能量密度、快充快放、循环寿命等性能，报告期内，下游动力电池企业对碳纳米管导电浆料替代需求上升，促使公司主营产品碳纳米管导电浆料需求增长。

作为提升锂电池性能的关键辅材，新型碳纳米管材料正迎来渗透率加速期，悄然搅动导电剂市场格局。甚有业内预测未来几年新型导电剂特别是碳纳米管导电剂将逐步代替传统导电剂，中国碳纳米管导电浆料出货量预计将从2022年的12万吨增至2025年的32万吨，成为锂电池导电剂领域成长性最高的种类。

来源：天奈科技

碳纳米管导电剂有何优势？

锂电池目前常用的导电剂主要包括炭黑类、导电石墨类、VGCF（气相生长碳纤维）、碳纳米管以及石墨烯等。其中碳纳米管又称巴基管，英文简称CNT，是由单层或多层的石墨烯层围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成一维量子材料。相较于传统导电剂，碳纳米管拥有独特的六边形结构，具有优异的导电导热性能和阻酸抗氧化性能。据天奈科技招股说明书，碳纳米管阻抗仅为炭黑约1/2，低阻抗同时能改善极化，循环性能更优异。此外，据业内测算，传统炭黑导电剂添加量为正极材料重量约3%，而碳纳米管、石墨烯等新型导电剂添加量降至0.8%-1.5%，低添加量可为正极活性物质节约空间从而提高能量密度。

主流导电剂性能比较

碳纳米管分类：单壁碳纳米管性能更优

在商业用途中，碳纳米管根据石墨烯层数差异可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。其中，单壁碳纳米管更具性能优势。

结构简单、化学性质稳定：多壁碳纳米管形成过程中层与层之间容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，而单壁碳纳米管结构简单、均匀一致性好，且缺陷少、化学性质稳定。

添加量少、导电性优：由于单壁碳纳米管长度-直径比较高，其能够在极低添加量下形成三维导电网络。同时，单壁碳纳米管有一层碳原子，并根据空间的螺旋特性可表现出金属或半导体性能。此外，其强大的碳碳键使得其能够有更高的载流量，电流密度能够高于铜等金属1000倍以上。

弹性好、机械性能高：单壁碳纳米管具有更强的柔韧性，能够更好的弯曲、扭曲或扭结，其弹性模量和抗拉强度显著优于多壁碳纳米管。

导热性好：单壁碳纳米管的单位质量导热系数高于多壁碳纳米管，同时二者都能够承受750℃以上的高温。

制成品颜色多样：多壁碳纳米管通过提高添加量来改善机械性能和导电性，这会影响产品表面质量和颜色，如其只能生产黑色材料。由于单壁碳纳米管添加量普遍在0.01-0.1%，因而能够生产任何颜色以及透明导电材料。

碳纳米管：产业化成熟，降本增效破局

碳纳米管的制备方法主要包括化学气相沉积法（CVD）、激光蒸汽法、石墨电弧法、水热法，目前碳纳米管生产企业主要采用基于化学气相沉积法制备碳纳米管的途径。而催化剂、纯化、分散技术是主要技术壁垒。

催化剂：催化剂是决定碳纳米管管径、纯度的关键，不同公司使用的催化剂不同得到产品具体差异明显，催化剂生产的质量、性能将直接影响后续产出的碳纳米管质量。

分散：碳纳米管比表面积大、长径比高，容易团聚，实际导电效率低，不易分散，一般通过分散剂、NMP/去离子水溶解、分散碳纳米管以制备碳纳米管导电浆料提升导电性，以方便电池厂使用。

纯化：不同品质产品需要经过不同的纯化工序，其中高温氧化主要除去碳纳米管粗粉中无定形碳杂质；酸洗提纯、石墨化主要除去碳纳米管粗粉中的催化剂金属杂质。碳纳米管粗粉经过纯化工序后得到碳纳米管纯粉，纯化工序越复杂，纯化后的碳管性能越好。

产业化成熟，降本增效破局。自2001年起国内各公司相继投入研发，逐渐解决连续化制备碳纳米管、催化剂、纯化等产业化难题。2014年起以天奈科技、三顺纳米为代表的国内公司通过购买专利、自研等多种方式成功实现量产，开启导电剂国产替代，CVD法产碳纳米管技术在我国逐渐成熟。

多因素催化碳纳米管渗透

一方面，材料体系的变化推动了碳纳米管导电剂的发展。

短期来看，磷酸铁锂动力电池占比回升叠加储能电池放量将加速推动碳纳米管需求释放。中长期来看高镍三元、硅基负极渗透率提升。高能量密度仍是动力电池主要发展方向，其中主要载体三元动力电池的新型导电剂主要为碳纳米管导电浆料。高镍三元硅负极理论能量密度高达4200mAh/g，是已知用于做负极材料理论比容最高的材料，但其导电性能较差，需要添加高性能导电剂提升，而CNT不仅可以弥补硅基负极导电性不足，还可以在硅颗粒之间建立高度导电和持久连接，即使硅负极颗粒体积膨胀并开始出现裂缝，这些颗粒仍可通过CNT保持良好连接，防止负极材料破裂。

另一方面，动力电池出货量快速增长，有望进一步提振碳纳米管需求。

据统计，全球方面，2021年全球新能源汽车销量为644.20万辆，同比增长107.45%；2022年1-7月销量为493.03万辆，同比增长63.20%。国内方面，2021年国内新能源汽车销量为352.10万辆，同比增长157.57%；2022年1-8月新能源汽车销量为385.99万辆，同比增长114.56%。新能源汽车行业高景气带动动力电池装机量持续增长，根据SNE Research数据，2021年全球动力电池装机量为296.8GWh，同比增长102.18%，2022年1-8月装机量为202GWh，同比增长76%。

综合来看，碳纳米管作为性能更加优异的新型锂电池导电剂，将受益于新能源汽车行业高景气带动锂电池出货量大幅增长，其需求有望持续攀升。

参考资料：

挖贝网、思瀚产业研究院

田丰.碳纳米管的合成及其作为导电剂在锂离子电池正极材料中的应用研究

华创证券.导电剂行业深度报告：导电炭黑开启国产替代，碳纳米管渗透持续提速

广发证券.导电炭黑国产化元年，碳系材料平台精细化之路

未来智库.碳纳米管行业研究：新一代导电材料，应用前景广阔

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