1、2022年碳納米管行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局分析1.壁壘：技術(shù)和研發(fā)能力要求高碳納米管生產(chǎn)工藝難度大。碳納米管生產(chǎn)主要分為兩步，第一步是生產(chǎn)碳納米管粉體， 第二步是將粉體分散為碳納米管漿料。其中，粉體的難度更高，其主要使用化學(xué)氣相沉積 法，即將含碳?xì)怏w（如乙烯、乙炔、一氧化碳、甲烷等有機(jī)氣體）或有機(jī)液體（如苯、正 己烷、乙醇等）在一定溫度下，使用催化劑（如鐵、鈷、鎳等），將碳原子還原出來(lái)，在 催化劑的表面成長(zhǎng)為碳納米管粉體。碳納米管漿料的生產(chǎn)是將提純后的粉體與分散劑、溶 劑進(jìn)行融合，研磨后形成可直接添加在電池中的產(chǎn)品。碳納米管性能核心指標(biāo)是長(zhǎng)徑比和純度。長(zhǎng)徑比指的是碳納米管長(zhǎng)度與管徑的比值， 該數(shù)值越大，導(dǎo)

2、電性能越好，其生產(chǎn)難度也越高，以天奈科技的產(chǎn)品為例，第三代產(chǎn)品導(dǎo) 電性能更好，其長(zhǎng)度為 5-30m，管徑 5-10nm，而第一代產(chǎn)品長(zhǎng)度為 3-10m，管徑為 10-15nm。純度是指將催化劑中形成的金屬雜質(zhì)去除的程度，純度越高，導(dǎo)電性能越好。2.催化劑是生產(chǎn)碳納米管粉體過(guò)程中最核心的原料催化劑種類(lèi)多，各有優(yōu)劣。催化劑包括金屬催化劑和非金屬催化劑，金屬催化劑包括 對(duì)碳原子具有更高溶解性的磁性金屬（如鐵、鈷、鎳）、貴金屬催化劑（如銅、金、銀、 鈀）；非金屬催化劑包括金屬氧化物和全碳催化劑，不僅避免了金屬雜質(zhì)的殘留，對(duì)碳納 米管結(jié)構(gòu)控制也有較好的效果。催化劑直接影響碳納米管的性能。催化劑的選擇會(huì)對(duì)

3、碳納米管產(chǎn)生直接的影響，復(fù)合 金屬催化劑的材料配比也會(huì)對(duì)粉體性能產(chǎn)生較大的影響。催化劑的濃度和顆粒直徑也會(huì)直 接影響粉體的形態(tài)。此外，催化劑會(huì)形成金屬雜質(zhì)，需要企業(yè)具備較強(qiáng)的高精度提純技術(shù)。制備催化劑需掌握核心配方和生產(chǎn)工藝。催化劑屬于非標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，不同碳納米管企 業(yè)使用的催化劑有較大的差異。催化劑成分和制備方法會(huì)影響催化劑顆粒大小、分布、活 性和與載體作用的穩(wěn)定性，其最終會(huì)影響碳納米管形態(tài)、直徑及數(shù)量。佛山市格瑞芬新能 源有限公司在專(zhuān)利 CN 113209969 A 中使用了過(guò)渡金屬鹽和非活性組分鹽，可滿(mǎn)足寡壁陣 列碳納米管要求，提高碳納米管生長(zhǎng)效率；廈門(mén)大學(xué)在專(zhuān)利 CN 104707615

4、 A 中使用了成 分為氧化鎳、氧化鎂和氧化鋁的催化劑，最終制成的碳納米管純度高、管徑均勻。圖：催化劑濃度與碳納米管平均直徑的關(guān)系曲線(xiàn)3.提純過(guò)程至關(guān)重要碳納米管純度影響電池導(dǎo)電性能。如果碳納米管純度較低，會(huì)降低其導(dǎo)電性能，此外， 其中參雜的金屬顆粒會(huì)在電池的高電位充放電過(guò)程中進(jìn)行氧化并在負(fù)極表面析出，導(dǎo)致電 池內(nèi)部微短路，影響電池性能。碳納米管純度越高，性能越好。提純方法種類(lèi)多樣，單壁碳納米管提純難度大。提純方法主要包括化學(xué)酸洗法、離心 分離法和氣相氧化法等。目前天奈科技使用化學(xué)酸洗法；三順納米使用高溫氧化、酸洗、 石墨化等提純方法；青島昊鑫使用微波加熱氧化法等；德方納米使用電磁波純化法、離心

5、 分離法、混合溶液純化法、氣相氧化法等；集越納米使用電解純化法等。對(duì)于單壁碳納米 管而言，制備的單壁碳納米管樣品常包含大量碳雜質(zhì)和金屬雜質(zhì)兩大類(lèi)雜質(zhì)，提純難度較 大。4.分散是漿料生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)由于碳納米管表面活性高、顆粒間具有較高的吸附力、表面分子及原子間有較強(qiáng)的靜 電力和范德華力，導(dǎo)致碳納米管會(huì)具有較強(qiáng)的纏繞和團(tuán)聚現(xiàn)象，難以將其均勻分散在鋰電 池電極材料中，因此需要將碳納米管粉體在液相介質(zhì)中均勻地分散為單根碳納米管。常用 的方法包括物理分散法，即機(jī)械攪拌法、超聲處理法等，以及化學(xué)分散法，即添加表面活 性劑、強(qiáng)酸強(qiáng)堿洗滌法等。分散劑的選擇對(duì)碳納米管性能影響較大。在程曉圓發(fā)表的論文碳納米管分散

6、液的制 備及應(yīng)用研究中，作者對(duì)比了三種不同分散劑，使用不同種類(lèi)的分散劑對(duì)碳納米管的分 散效果不同，比如在水性體系中，水性專(zhuān)用分散劑 WSK-1 比表面活性劑 SDS 的分散效果 要好。比較乙醇分散液和 NMP 分散液發(fā)現(xiàn)，對(duì)于同一種分散劑在不同的體系中也有不一 樣的分散效果。綜合水性、乙醇和 NMP 分散液，NMP 的分散效果最好。5.技術(shù)迭代屬性強(qiáng)“更薄+更少”是未來(lái)趨勢(shì)。碳納米管的發(fā)展方向是更小的管徑和更長(zhǎng)的長(zhǎng)度，以降 低使用量，如單壁和寡壁碳納米管，一方面增加導(dǎo)電性，另一方面間接提升電池能量密度。 行業(yè)保持高速迭代，需要企業(yè)大量的研發(fā)投入。目前，國(guó)內(nèi)碳納米管實(shí)驗(yàn)室技術(shù)已發(fā)展至 第六代，天

7、奈科技已完成對(duì)第四代、第五代產(chǎn)品的布局，且第四代產(chǎn)品即將量產(chǎn)。單壁碳納米管是下一代技術(shù)，OCSiAl 引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。隨著電池硅碳負(fù)極的加速應(yīng)用， 單壁碳納米管的需求量有望快速提升。OCSiAl 是俄羅斯一家專(zhuān)注于單壁碳納米管生產(chǎn)的 企業(yè)，其技術(shù)源自于物理學(xué)家 Mikhail Predtechenskiy。截至 2020 年末，OCSiAl 的年產(chǎn) 能已達(dá) 65 噸，并且正在快速增加產(chǎn)量，計(jì)劃于 2022 年在盧森堡建立全球規(guī)模領(lǐng)先的單壁 碳納米管合成工廠(chǎng)。OCSiAl 單壁碳納米管技術(shù)領(lǐng)先，國(guó)內(nèi)企業(yè)追趕。OCSiAl 的核心產(chǎn)品 TUBALL 單壁 碳納米管是由極薄的單層石墨烯片卷成的，長(zhǎng)度超

8、過(guò) 5 m，直徑為 1.6（0.4）nm，具 有諸多優(yōu)異特性，例如與各類(lèi)材料兼容性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性高、導(dǎo)電性?xún)?yōu)異、強(qiáng)度高、柔韌性 好。目前，TUBALL 單壁碳納米管已在鋰離子電池、玻璃和 ABS 塑料等領(lǐng)域得到應(yīng)用。 國(guó)內(nèi)企業(yè)如天奈科技等正在積極研發(fā)單壁碳納米管，我們預(yù)計(jì)有望于 2023 年量產(chǎn)。圖：OCSiAl 單壁碳納米管產(chǎn)品 TUBALL6.碳納米管行業(yè)集中度高，國(guó)內(nèi)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)國(guó)內(nèi)自主企業(yè)搶先布局賽道，擺脫原有體系的進(jìn)口依賴(lài)。傳統(tǒng)的導(dǎo)電劑如 SP、乙炔 黑、KS 等領(lǐng)域，主要被美國(guó)卡博特、瑞士特密高、日本獅王等外資企業(yè)主導(dǎo)，國(guó)內(nèi)鋰電 池導(dǎo)電劑長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口。通過(guò)提前布局碳納米管賽道，并實(shí)現(xiàn)

9、大規(guī)模生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)企業(yè)如天 奈科技、青島昊鑫、三順納米和集越納米等在全球范圍內(nèi)處于領(lǐng)先地位，預(yù)計(jì)未來(lái)將逐步 擺脫對(duì)傳統(tǒng)外資的依賴(lài)。行業(yè)集中度高，天奈龍頭地位穩(wěn)固。據(jù)高工鋰電數(shù)據(jù)，按照出貨量計(jì)算，2017 年行 業(yè) CR4 為 74.3%，2020 年 CR4 為 82.7%，行業(yè)集中趨勢(shì)明顯。天奈科技 CNT 導(dǎo)電液收 入長(zhǎng)期維持在行業(yè)第一。2016-2019 年，天奈科技 CNT 導(dǎo)電液收入分別為 1.3/3.1/3.3/3.7 元，復(fù)合增速超 40%；青島昊鑫 CNT 及石墨烯導(dǎo)電液收入分別為 0.6/1.1/2.8/2.4 億元， 復(fù)合增速為 23%；德方納米 CNT 導(dǎo)電液收入分別為 0.5/0.5/0.4/0.5 億元；我們測(cè)算三順 納米 2016/2018 年 CNT 導(dǎo)電劑的收入分別為