2022年碳納米管行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用場景分析

1、2022年碳納米管行業(yè)開展現(xiàn)狀及應(yīng)用場景分析1、碳納米管：具有優(yōu)異的性能和較高的進(jìn)入壁壘碳納米管是擁有特殊構(gòu)造的一維材料。它是一種由六邊 形形狀的碳原子構(gòu)成的同軸圓管，并且其中的碳原子以sp2 雜化為主，因為其特殊的六角型結(jié)構(gòu)導(dǎo)致彎曲，形成了空間 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使得中間的化學(xué)鍵擁有了 sp2和sp3混合雜化狀態(tài)。 每層間的距離約為0.34nm保持不變，圓管的直徑通常為 220nm。碳納米管的特征明顯，主要特征有：直徑較小、比 外表積較大、導(dǎo)電性良好、力學(xué)性質(zhì)好、儲氫性能好、熱學(xué) 性能好。因為其直徑小，可以在材料外表緊密的分布；又因 其比外表積大，可以吸附微生物、雜質(zhì)，保護材料不被侵蝕。 近年來，碳

2、納米管因其獨特的優(yōu)良特性被學(xué)界廣泛關(guān)注。碳納米管的制備目前生產(chǎn)碳納米管的主流方法有三種， 分別是：電弧放電法、激光燒蝕法和化學(xué)氣相沉積法。（1）電弧放電法這種方法是制備碳納米管的主要方法之一，其步驟是在 充滿著氨氣或氨氣的反響容器中加入石墨，通過激發(fā)電弧的方法，讓容器內(nèi)溫度到4000,導(dǎo)致石墨蒸發(fā)，從而制備出 了不同類型的碳納米管。(2)激光燒燭法把含有金屬催化劑與石墨混合的石墨靶，放入長條石英 管中，再將管放到加熱爐內(nèi)。當(dāng)爐內(nèi)到達(dá)所需溫度時，把惰 性氣體灌入石英管內(nèi)，并在石墨靶上打入激光從而生成氣態(tài) 碳。生成物在氣流的帶著下，進(jìn)入低溫區(qū)導(dǎo)致溫度降低，由 于催化作用得到碳納米管。(3)氣相沉積

3、法在溫度到達(dá)一定高度的環(huán)境下，在含有催化劑的模板中 充入氣化燒，從而導(dǎo)致其分解生成碳納米管。制備的碳納米 管純度比較高，并且溫度要求高、減少了耗能，但是制備過 程中的必要條件是催化劑。該法已經(jīng)可以完成噸級碳納米管的 批量生產(chǎn)。較高的進(jìn)入壁壘(1)技術(shù)壁壘雖然目前市場上主流的幾家生產(chǎn)廠商都是采用納米聚團 流化床的方法進(jìn)行宏量制備，但在質(zhì)量控制上略有不同。影 響碳納米管性能的核心指標(biāo)是長徑比和純度：碳納米管因其 獨特的線狀結(jié)構(gòu)在電池電極中形成有效的線或面導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)， 電池充放電時電子經(jīng)過上述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)傳導(dǎo)，而不像傳統(tǒng)導(dǎo)電劑通過顆粒點對點傳導(dǎo)，碳納米管的長徑比越高，導(dǎo)電效率越 高，從而實現(xiàn)快速充放電。當(dāng)

4、碳納米管應(yīng)用于電池，假設(shè)其中 含有金屬雜質(zhì)，那么會引起自放電等現(xiàn)象降低性能，所以純度 越高，碳納米管質(zhì)量越好。生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)碳納米管對廠商的要求 較高，需要廠商不斷積累能夠穩(wěn)定地、批量生產(chǎn)細(xì)管徑、高 純度碳納米管的經(jīng)驗，并不斷改進(jìn)生產(chǎn)工藝。圖53：不同鎰鐵比例的LMFP充放電電壓曲線LM0.5F0.5P LMo.7F().3PLMo 8Fo 2P 020406080 100 120 140LM0.5F0.5P LMo.7F().3PLMo 8Fo 2P 020406080 100 120 140比容量mAh/g資料來源：林文忠 證券研究所整理(2)下游市場壁壘以碳納米管目前主要的下游鋰電行業(yè)為例，鋰

5、電企業(yè)對 于導(dǎo)電漿料的供應(yīng)商都有非常嚴(yán)格的考察程序，全方位對產(chǎn) 品質(zhì)量的穩(wěn)定性、一致性等指標(biāo)進(jìn)行考察，考察周期一般長 達(dá)12年。業(yè)務(wù)關(guān)系一旦建立，碳納米管廠商即和下游廠商 形成較深厚的捆綁關(guān)系，在相當(dāng)長的時間內(nèi)保持穩(wěn)定。從主 要碳納米管廠商的下游情況來看，各家?guī)缀鯖]有共同的客戶。 這也從側(cè)面反映了開拓下游市場的難度以及頭部企業(yè)具有難 以撼動的先發(fā)優(yōu)勢。2、碳納米管有廣泛的應(yīng)用場景和市場空間目前碳納米管市場主要在鋰電的正極材料添加劑領(lǐng)域， 往硅碳負(fù)極里添加碳納米管還處在研究階段。許多研究成果 說明，碳納米管在其他領(lǐng)域比方涂料、醫(yī)療、紡織等都有用 武之地，但真正到達(dá)技術(shù)成熟、實現(xiàn)市場化還有很長的路

6、要走。（1）動力鋰電池在鋰電池的開展中，如何提升能量密度 是繞不開的話題。碳納米管具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能和纖維狀特 征，相對于傳統(tǒng)的導(dǎo)電劑炭黑，碳納米管作為導(dǎo)電劑的添加 量大大降低。在相同的質(zhì)量下，可以添加更多的正極材料，從 而使得電池的容量更大，同時顯著提高電池的倍率性能和循 環(huán)壽命。碳納米管可應(yīng)用于消費品高能量密度電池、超長壽 命需求的EV電池，兼顧倍率和容量密度的儲能、功率電池、 超高/超低溫等特種性能需求電池等。根據(jù)GGII的統(tǒng)計，早在2018年，碳納米管在動力鋰電 池的滲透率已經(jīng)到達(dá)31.8%,預(yù)計到2023年滲透率有望升至 82.2%,需求量預(yù)計將到達(dá)19.06萬噸。雖然碳納米管的價格

7、高于傳統(tǒng)導(dǎo)電劑炭黑，但由于導(dǎo)電劑本錢在整個電池中的占 比很低，約為5%左右，所以價格并不會對碳納米管的市場滲 透造成阻礙。放眼未來，碳納米管的主要商業(yè)邏輯依舊是對炭黑等傳 統(tǒng)導(dǎo)電劑的改良和替代。我們認(rèn)為，未來的正極導(dǎo)電劑也會 在碳納米管的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)更迭，或?qū)⑻技{米管和其他材 料復(fù)合使性能更加完善。如石墨烯(GN)和碳納米管(CNT) 結(jié)合，聚團現(xiàn)象將得到緩解，形成有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)；在合適的 配比下，復(fù)合的材料的電阻率和方塊電阻降低；同時獲得更 高的充放電效率和循環(huán)能量。圖54：碳納米管透射電鏡圖資料來源：潔慧等 光大證券研究所利用微量碳納米管與石墨烯協(xié)同包覆提高碳酸鋰正固臂展蛙篋名庫（2）防

8、腐涂料從碳納米管出發(fā)合成的碳納米管一聚苯胺 復(fù)合涂層等復(fù)合涂料能不同程度地提升材料的防腐性能，并 提高熱穩(wěn)定性。但目前也存在一些問題，比方：受生產(chǎn)設(shè)備 和技術(shù)的限制，本錢較高、材料純度較低；碳納米管材料容易 聚團，在涂料中分布不均勻；碳納米管與基體粘合力較弱， 兩種物質(zhì)之間的界面不夠穩(wěn)固；各類涂層對碳納米管的用量 和類型尚未完全明確等。（3）醫(yī)療基于碳納米管的電極具有與皺紋/曲線皮膚相 容、導(dǎo)電性好、重量輕和可忽略皮膚刺激的特點，可以將其 用作可穿戴和紡織電極。和織物電極相比，聚合物電極更容 易制造且有更好的生物相容性，用電極縫制的背心甚至可以像 普通衣服一樣清洗。它的高導(dǎo)電性可以高效獲取微弱的心電 信號，幫助醫(yī)生及時掌握患者的真實狀況?？梢灶A(yù)見，碳納 米管復(fù)合電極未來將在便攜式醫(yī)療（如：心臟信號監(jiān)測等） 和康養(yǎng)行業(yè)發(fā)揮無可比較的作用。（4）紡織碳納米管是一種介電損耗型吸波材料，介電常 數(shù)高，滿足新興吸波材料頻帶寬、厚度薄、質(zhì)量輕和吸收強 的要求。碳納米管基吸波復(fù)合材料主要應(yīng)用于軍事隱身領(lǐng)域, 和傳統(tǒng)的電磁屏蔽相比，更加綠色環(huán)保；同時還可以與柔性紡 織材料結(jié)合，用于孕婦服、家用微波防護圍裙、強電磁環(huán)境 作業(yè)服等特殊服裝的制作。(5)體育用品碳納米管具有獨特的機械性能，可以為棒 球、