2021年全球及中國(guó)碳納米管（CNT）行業(yè)現(xiàn)狀分析

2021年全球及中國(guó)碳納米管（CNT）行業(yè)現(xiàn)狀分析一、碳納米管綜述碳納米管又稱巴基管，英文簡(jiǎn)稱CNT，是由單層或多層的石墨烯層圍繞中心軸按一定的螺旋角卷曲而成一維量子材料。其最早在1991年由飯島澄男發(fā)現(xiàn)。碳納米管的長(zhǎng)徑比、碳純度作為影響導(dǎo)電性的兩個(gè)核心指標(biāo)，直接決定了碳納米管的產(chǎn)品性能，碳納米管管徑越細(xì)，長(zhǎng)度越長(zhǎng)，導(dǎo)電性能越好。CNT具有突出的多方面性能：1）力學(xué)性能：具有極高的彈性和韌性，楊氏模量是鋼的近6倍、抗拉強(qiáng)度是鋼的100倍，也是目前自然界中比強(qiáng)度最高的材料。2）電學(xué)性能：導(dǎo)電性顯著優(yōu)于石墨烯、炭黑等材料，且管徑越細(xì)、長(zhǎng)度越長(zhǎng)，導(dǎo)電性越好。3）導(dǎo)熱性能：極高的導(dǎo)熱率，室溫下導(dǎo)熱率是金剛石的2倍。軸向?qū)嵝阅軆?yōu)、徑向?qū)彷^差，可合成各向異性的導(dǎo)熱材料。4）化學(xué)穩(wěn)定性：具有耐酸性、耐堿性，在高分子復(fù)合材料中添加碳納米管可以提高材料本身的阻酸抗氧化性能。5）嵌鋰性能優(yōu)異：碳納米管的中空管腔、管與管之間的間隙、管壁中層與層之間的空隙及管結(jié)構(gòu)中的各種缺陷，為鋰離子提供了豐富的存儲(chǔ)空間和運(yùn)輸通道。在商業(yè)用途中，碳納米管根據(jù)石墨烯層數(shù)差異可以分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。單壁碳納米管優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)為：1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定：多壁碳納米管形成過(guò)程中層與層之間容易成為陷阱中心而捕獲各種缺陷，而單壁碳納米管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、均勻一致性好，且缺陷少、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。2）添加量少、導(dǎo)電性優(yōu)：由于單壁碳納米管長(zhǎng)度-直徑比較高，其能夠在極低添加量下形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，單壁碳納米管有一層碳原子，并根據(jù)空間的螺旋特性可表現(xiàn)出金屬或半導(dǎo)體性能。此外，其強(qiáng)大的碳碳鍵使得其能夠有更高的載流量，電流密度能夠高于銅等金屬1000倍以上。3）彈性好、機(jī)械性能高：?jiǎn)伪谔技{米管具有更強(qiáng)的柔韌性，能夠更好的彎曲、扭曲或扭結(jié)，其彈性模量和抗拉強(qiáng)度顯著優(yōu)于多壁碳納米管。4）導(dǎo)熱性好：?jiǎn)伪谔技{米管的單位質(zhì)量導(dǎo)熱系數(shù)高于多壁碳納米管，同時(shí)二者都能夠承受750℃以上的高溫。5）制成品顏色多樣：多壁碳納米管通過(guò)提高添加量來(lái)改善機(jī)械性能和導(dǎo)電性，這會(huì)影響產(chǎn)品表面質(zhì)量和顏色，如其只能生產(chǎn)黑色材料。由于單壁碳納米管添加量普遍在0.01-0.1%，因而能夠生產(chǎn)任何顏色以及透明導(dǎo)電材料。CNT主要制備方法為化學(xué)氣相沉積法（CVD），該方法是目前業(yè)界最主流的制備方法。其是將烴類或含碳氧化物引入到含有催化劑的高溫管式爐中，通過(guò)催化裂解方式制備碳納米管，關(guān)鍵環(huán)節(jié)是碳納米管在催化劑表面進(jìn)行生長(zhǎng)的過(guò)程。具體的反應(yīng)過(guò)程包括碳源化合物在催化劑表面分解，碳原子通過(guò)表面擴(kuò)散或者體相擴(kuò)散進(jìn)入催化劑內(nèi)部，最后碳納米管從催化劑顆粒中析出。該方法操作簡(jiǎn)單、成本低、過(guò)程可控性強(qiáng)。二、碳納米管產(chǎn)業(yè)鏈從碳納米管產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，產(chǎn)業(yè)鏈上游是石油化工行業(yè)，主要原材料是丙烯、液氮；中游碳納米管生產(chǎn)包括導(dǎo)電漿料和導(dǎo)電母粒；下游碳納米管導(dǎo)電漿料主要應(yīng)用于鋰電池服務(wù)新能源汽車產(chǎn)業(yè)和3C數(shù)碼產(chǎn)業(yè)，碳納米管填充導(dǎo)電塑料主要應(yīng)用于服務(wù)電力基礎(chǔ)設(shè)施、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)等。根據(jù)天奈科技2020年成本構(gòu)成情況，碳納米管漿料的原材料成本占比高達(dá)70%，原材料主要為NMP、丙烯、分散劑、液氮等，其中NMP占比高達(dá)89%。三、碳納米管行業(yè)現(xiàn)狀分析1、全球市場(chǎng)從市場(chǎng)需求量情況來(lái)看，全球碳納米管粉體/漿料市場(chǎng)需求持續(xù)提升。據(jù)GGII數(shù)據(jù)，2021年全球碳納米管粉體需求量為0.4萬(wàn)噸，碳納米管漿料需求量為9萬(wàn)噸。預(yù)計(jì)到2025年全球市場(chǎng)需求量將分別達(dá)到2.4萬(wàn)噸/59萬(wàn)噸。從市場(chǎng)規(guī)模來(lái)看，2021年全球碳納米管粉體市場(chǎng)規(guī)模為9億元，碳納米管漿料市場(chǎng)規(guī)模為35億元。預(yù)計(jì)2025年市場(chǎng)規(guī)模將分別達(dá)到60/224億元。從下游需求結(jié)構(gòu)來(lái)看，目前，商業(yè)化且大規(guī)模應(yīng)用的領(lǐng)域主要集中于鋰電池導(dǎo)電劑和導(dǎo)電塑料。據(jù)測(cè)算，目前超過(guò)75%的需求來(lái)自鋰電池導(dǎo)電劑領(lǐng)域。下游鋰電池市場(chǎng)主要包括磷酸鐵鋰電池和三元電池。從全球磷酸鐵鋰市場(chǎng)來(lái)看，CNT能夠全方位提高磷酸鐵鋰電池性能，特別是增強(qiáng)正極和集流體表面導(dǎo)電性，減少電子在電極局部的極化，加快電子遷移，改善倍率性能。磷酸鐵鋰電池添加的CNT導(dǎo)電劑比例更高，伴隨磷酸鐵鋰裝機(jī)占比提升，CNT出貨有望快速增長(zhǎng)。據(jù)GGII數(shù)據(jù)，2021年全球磷酸鐵鋰電池碳納米管漿料需求量為5萬(wàn)噸，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到18億元。從全球三元電池市場(chǎng)來(lái)看，2021年全球三元電池碳納米管漿料需求量為3.2萬(wàn)噸，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到13億元。從全球碳納米管粉體市場(chǎng)來(lái)看，2021年全球單臂碳納米管粉體需求量為11噸，市場(chǎng)規(guī)模為1.1億元。2、中國(guó)市場(chǎng)從給國(guó)內(nèi)市場(chǎng)來(lái)看，在高能量密度鋰電需求的帶動(dòng)下，碳納米管導(dǎo)電漿料出貨量將保持高增長(zhǎng)趨勢(shì)，到2025年有望突破32萬(wàn)噸。根據(jù)GGII，2021年我國(guó)碳納米管導(dǎo)電漿料出貨量為7.8萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)62.5%，2016-2021年出貨量年復(fù)合增長(zhǎng)率為41%。預(yù)計(jì)未來(lái)五年中國(guó)碳納米管導(dǎo)電漿料市場(chǎng)銷量將保持高增長(zhǎng)的趨勢(shì)，到2025年，中國(guó)碳納米管導(dǎo)電漿料出貨量將突破32萬(wàn)噸。從國(guó)內(nèi)導(dǎo)電劑結(jié)構(gòu)情況來(lái)看，2021年中國(guó)新型導(dǎo)電劑漿料市場(chǎng)總規(guī)模達(dá)到9.8萬(wàn)噸，同比2020年增長(zhǎng)61.5%；其中碳納米管導(dǎo)電漿料市場(chǎng)規(guī)模為7.8萬(wàn)噸，占比79.6%。而在動(dòng)力電池導(dǎo)電劑結(jié)構(gòu)中，由于炭黑價(jià)格便宜，市場(chǎng)應(yīng)用目前最為廣泛，碳納米管占比為27%。四、碳納米管行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局分析1、市場(chǎng)集中度從市場(chǎng)集中度情況來(lái)看，碳納米管行業(yè)2018-2020年，CR3/CR5分別從68.0%/87.7%提升至75.7%/89.1%，行業(yè)持續(xù)集中。橫向?qū)Ρ葋?lái)看，碳納米管行業(yè)集中度顯著高于四大鋰電主材環(huán)節(jié)。從碳納米管行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，天奈科技在碳納米管行業(yè)地位穩(wěn)固。根據(jù)GGII數(shù)據(jù)，2021年國(guó)內(nèi)碳納米管導(dǎo)電漿體行業(yè)中天奈科技出貨量多年蟬聯(lián)第一，市占率達(dá)到43.4%，主要是供應(yīng)高端鋰電池市場(chǎng)，與20年32.3%市場(chǎng)份額相比，占比大幅提高，；位居第二的集越納米2020年市占率為23.8%下降至2021年的15.3%；卡博特位居第三，2021年市場(chǎng)占比為20%，大幅下降。海外企業(yè)中卡博特收購(gòu)三順納米切入該領(lǐng)域，LG化學(xué)依托自身化工優(yōu)勢(shì)自研。2、設(shè)備及專利情況碳納米管生產(chǎn)中主要使用的設(shè)備有超高溫爐、碳化反應(yīng)器、石墨化爐、砂磨機(jī)等。碳納米管體積密度小、比表面積大，生產(chǎn)中易出現(xiàn)纏繞，連續(xù)化生產(chǎn)難度高。行業(yè)內(nèi)企業(yè)普遍會(huì)對(duì)流化床反應(yīng)器、純化和分散設(shè)備進(jìn)行改造、甚至自主設(shè)計(jì)，以此提高生產(chǎn)效率和連續(xù)性。從碳納米管及其設(shè)備專利情況來(lái)看，截止2022年1月底天奈科技共擁有59項(xiàng)碳納米管相關(guān)專利，其中設(shè)備改進(jìn)相關(guān)專利為33項(xiàng)，占比達(dá)到56%。3、重點(diǎn)企業(yè)介紹目前碳納米管導(dǎo)電漿料生產(chǎn)企業(yè)主要集中在國(guó)內(nèi)，國(guó)外則主要掌握性價(jià)比更高的炭黑類導(dǎo)電劑，但由于碳納米管導(dǎo)電性能優(yōu)異以及成本性價(jià)比提速，國(guó)外企業(yè)也開(kāi)始加速布局CNT。具體企業(yè)介紹概覽情況如下：五、碳納米管行業(yè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)1、動(dòng)力電池市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，成為導(dǎo)電劑市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力據(jù)工信部數(shù)據(jù)，2021年中國(guó)鋰電池市場(chǎng)受動(dòng)力電池以及儲(chǔ)能電池需求增長(zhǎng)帶動(dòng)，出貨量達(dá)到327GWh，同比增長(zhǎng)129.7%。其中，儲(chǔ)能電池出貨48GWh，同比增長(zhǎng)196%；動(dòng)力鋰電池出貨量為226GWh，同比增長(zhǎng)183%。2021年全球新能源汽車銷量再創(chuàng)新高，達(dá)到675萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)108%。其中，中國(guó)新能源汽車市場(chǎng)持續(xù)突破，產(chǎn)銷同比增長(zhǎng)160%以上，銷量達(dá)352萬(wàn)輛。2021年中國(guó)新能源汽車滲透率為13.4%，增長(zhǎng)超預(yù)期，預(yù)計(jì)將繼續(xù)保持快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。預(yù)計(jì)2022年，中國(guó)動(dòng)力鋰電池出貨量將達(dá)到450GWh，從而帶動(dòng)上游材料的應(yīng)用需求。2、動(dòng)力電池領(lǐng)域?qū)Υ蟊堵食浞烹娦枨筇嵘?，帶?dòng)導(dǎo)電劑應(yīng)用增多受益于動(dòng)力電池快充等性能升級(jí)需求，帶動(dòng)整個(gè)鋰電材料體系的升級(jí)要求，例如高鎳、三元和硅碳負(fù)極的普及使用，未來(lái)以CNT為代表的新型導(dǎo)電劑性價(jià)比和滲透率將逐步提升。中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)表示，大功率充電技術(shù)目標(biāo)是近期滿足10分鐘至15分鐘實(shí)現(xiàn)充電80%，未來(lái)功率將達(dá)到900kW?？s減充電時(shí)間是電動(dòng)產(chǎn)品提升便捷性的必要因素,是動(dòng)力和數(shù)碼電池領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展方向，目前數(shù)碼電池倍率性能達(dá)到1.5C，動(dòng)力電池倍率性能達(dá)到4-5C，倍率性能的提升推動(dòng)碳納米管導(dǎo)電劑用量的提升。3、電池向高鎳化發(fā)展以及硅碳使用量的提升，碳納米管導(dǎo)電劑滲透率提高2021年中國(guó)動(dòng)力電池市