全球碳納米管行業(yè)壁壘及2025年市場需求預測

全球碳納米管行業(yè)壁壘及2025年市場需求預測

碳納米管（CarbonNanotubes,CNTs）是一種同軸管狀結構的碳原子簇，其管徑與管之間相互交錯的縫隙都屬于納米數(shù)量級，根據管壁的層數(shù)可以將CNTs分為單壁碳納米管（SWCNTs）和多壁碳納米管（MWCNTs）。碳納米管自被發(fā)現(xiàn)以來就因為其優(yōu)異的電學、力學、化學等性能，在多項領域中顯示出巨大應用潛力。（1）在鋰電池領域，碳納米管憑借優(yōu)異導電性能，被廣泛應用于鋰電池新型導電劑。（2）在導電塑料領域，碳納米管憑借其優(yōu)越的導電性能和力學性能，用來提升導電塑料的導電性和結構強度，已經顯現(xiàn)出巨大的應用價值。

一、碳納米管行業(yè)壁壘

在實際應用中，多組分混合型導電劑顯現(xiàn)出較單一組分導電劑更多的優(yōu)勢，目前CNT+SP、CNT+KB等多組分導電劑成為CNT大批量導入實際生產的主要形式，顯現(xiàn)出更優(yōu)異的性能表現(xiàn)。實際使用中，點狀結構的SP比較廉價，與線狀的CNTs或面狀的石墨烯組合使用，可發(fā)揮點、線、面的協(xié)同作用，使電池性能更好，實際應用中包括SP+KB、CNT+SP以及CNT+GN等多種多組分導電劑成為重要的實際應用方案。

截止目前碳納米管的制備方法主要包括電弧放電法、激光燒灼法和化學氣相沉積法（ChemicalVaporDeposition,CVD）等。在CVD機制中，碳源在催化劑表面發(fā)生吸附、反應；反應形成的碳原子溶解到催化劑中，當其達到飽和后，碳原子不斷析出形成碳納米管；并且CVD工藝可在低溫、常壓下低成本的制備，并可在生長過程中對碳納米管壁數(shù)、直徑、長度、以及取向進行控制，成為目前為止最具潛力的工業(yè)化量產工藝。

核心工藝為催化劑條件下的化學氣相沉積（CVD,ChemicalVaporDeposition）碳納米管粉體的主要生產工藝流程如下：（1）催化劑制備：該步驟為碳納米管生產的核心步驟，催化劑生產的質量、性能將直接影響后續(xù)產出的碳納米管質量。Fe/Co和Ni等納米過渡金屬催化劑在CNT生長過程中具有較高的催化活性及緩和的生長條件，是常用的CNT催化劑材料；另一方面，除材料配方外，碳納米管的直徑很大程度依賴于納米催化劑顆粒的大小。因此包括催化劑的材料配方、粒徑大小、一致性控制等，均是碳納米管生產的核心工藝難點。

（2）CVD碳納米管生長：將催化劑放入碳納米管反應器，再將甲烷或丙烯（碳氫化合物）、氫氣（抑制徑向生長）、氮氣等按一定比例、氣流速度導入，在高溫條件下生長得到碳納米管粗粉。其中CVD碳納米管連續(xù)生產工藝以及相關設備均是核心技術難點，各廠家均建立了相對應設備專利體系。

（3）CNT純化工序（去除無定型碳以及金屬雜質）：不同型號產品需要經過不同的純化工序，其中高溫氧化主要除去碳納米管粗粉中無定形碳雜質；酸洗提純、石墨化主要除去碳納米管粗粉中的催化劑金屬雜質。碳納米管粗粉經過純化工序后得到碳納米管純粉。

（4）粉碎：最后，將碳納米管純粉放入粉碎機進行粉碎，制備得到分散性較好的碳納米管粉體。

（5）碳納米管導電漿料生產：由于碳納米管粉分散性差、容易發(fā)生團聚，導致在應用過程中導電、導熱性等大幅不及預期，目前的主流工藝是在將CNT粉體與NMP、分散劑等進行混合，以漿料形式向下游客戶銷售。①按照一定比例將分散劑和溶劑（NMP或去離子水）進行攪拌，使得分散劑與溶劑充分融合，隨后加入一定比例的碳納米管粉體，充分攪拌均勻至碳納米管粉體在溶劑中預分散。②將預分散好的漿料投入砂磨機進行分散，制備得到分散均勻的碳納米管導電漿料。

對于碳納米管行業(yè)，新進入者主要面臨技術壁壘、客戶和市場開發(fā)壁壘、資金壁壘。目前碳納米管雖然在理論上和實驗室中已經證實有廣泛的應用空間，但由于專利保護、與下游應用對接難度大等因素，碳納米管規(guī)?；慨a短期內還無法實現(xiàn)；碳納米管生產企業(yè)如果沒有制備、提取、分散等相應的核心技術或生產工藝，將難以生產具備競爭力的產品。其次，導電劑作為鋰電池電池的關鍵輔材之一，其質量與鋰電池的性能、安全性息息相關，下游鋰電池企業(yè)對導電劑供應商有嚴格的考察程序，考察周期長。再者，碳納米管行業(yè)作為新興行業(yè)，初創(chuàng)企業(yè)在技術研發(fā)、生產設備購置等方面的資金需求大。行業(yè)壁壘限制新進入者，龍頭企業(yè)不斷擴產規(guī)?；l(fā)展，品牌效應建立增強客戶之間的信任度，未來行業(yè)集中度有望提高。

截止目前全球主流碳納米管生產商包括天納科技、三順納米、青島昊鑫以及韓國LGchem等，各自均已在碳納米管領域提前規(guī)劃深厚的專利布局。具體來看，碳納米管制備領域的主要專利壁壘主要體現(xiàn)在催化劑制備、宏量連續(xù)生產設備、分散設備、分散漿料&復合導電劑配方等方面。LGchem的專利申請數(shù)為43，位居第一，天奈科技、三順納米、青島昊鑫分列二到四位；其中，天奈科技的發(fā)明申請與實用新型專利申請均位居行業(yè)第一位。

二、碳納米管行業(yè)市場需求預測

受益于CNT導電劑帶來的導電劑用量減少、電池帶電量提升，以及性能方面的改善（低溫性能、散熱性能等提升），碳納米管導電劑在動力鋰電領域得到了快速應用和發(fā)展。預計2019-2025年全球動力鋰電領域CNT導電劑漿料用量將從2.7萬噸快速提升至35.4萬噸，2019-2025年需求復合增速約54%。按照單噸CNT導電劑漿料3-4萬元/噸計算，市場規(guī)模將從2019年約9.5億元快速增長至約124億元。

《2020-2026年中國碳納米管（CNTS）產業(yè)運營現(xiàn)狀及發(fā)展前景分析報告》數(shù)據顯示：2019年全球動力鋰電領域碳納米管需求量約1081噸，預計至2025年全球動力鋰電領域碳納米管需求量將達到約14156噸，2019-2025年CAGR約54%。

相較動力電池領域，3C領域近年來對快充功能提出了更多需求。CNT導電劑通過構建線狀導電網絡，在減少導電劑用量、提升電池帶電量基礎上更進一步提升了電池快速充放電性能，近年來在高端3C數(shù)碼領域取得了快速發(fā)展。

預計2019-2025年鋰電池儲能領域的CNT需求量占比將從16%提升至40%、成為非動力鋰電領域的最大增量，其他領域方面，預計2025年，其他3C等需求占比約34%，手機領域需求占比約17%，筆記本領域需求占比約5