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碳納米管：悄然攪動(dòng)導(dǎo)電劑市場(chǎng)格局
日前，天奈科技發(fā)布公告稱主營產(chǎn)品碳納米管導(dǎo)電漿料銷量上漲，預(yù)計(jì)前三季度歸母凈利潤同比增60.94%。
報(bào)告稱隨著動(dòng)力電池市場(chǎng)對(duì)高品質(zhì)的電池需求增長，多采用碳納米管導(dǎo)電漿料替代傳統(tǒng)導(dǎo)電劑，用以改善其能量密度、快充快放、循環(huán)壽命等性能，報(bào)告期內(nèi)，下游動(dòng)力電池企業(yè)對(duì)碳納米管導(dǎo)電漿料替代需求上升，促使公司主營產(chǎn)品碳納米管導(dǎo)電漿料需求增長。
作為提升鋰電池性能的關(guān)鍵輔材，新型碳納米管材料正迎來滲透率加速期，悄然攪動(dòng)導(dǎo)電劑市場(chǎng)格局。甚有業(yè)內(nèi)預(yù)測(cè)未來幾年新型導(dǎo)電劑特別是碳納米管導(dǎo)電劑將逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)導(dǎo)電劑，中國碳納米管導(dǎo)電漿料出貨量預(yù)計(jì)將從2022年的12萬噸增至2025年的32萬噸，成為鋰電池導(dǎo)電劑領(lǐng)域成長性最高的種類。
來源：天奈科技
碳納米管導(dǎo)電劑有何優(yōu)勢(shì)？
鋰電池目前常用的導(dǎo)電劑主要包括炭黑類、導(dǎo)電石墨類、VGCF（氣相生長碳纖維）、碳納米管以及石墨烯等。其中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。相較于傳統(tǒng)導(dǎo)電劑，碳納米管擁有獨(dú)特的六邊形結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能和阻酸抗氧化性能。據(jù)天奈科技招股說明書，碳納米管阻抗僅為炭黑約1/2，低阻抗同時(shí)能改善極化，循環(huán)性能更優(yōu)異。此外，據(jù)業(yè)內(nèi)測(cè)算，傳統(tǒng)炭黑導(dǎo)電劑添加量為正極材料重量約3%，而碳納米管、石墨烯等新型導(dǎo)電劑添加量降至0.8%-1.5%，低添加量可為正極活性物質(zhì)節(jié)約空間從而提高能量密度。
主流導(dǎo)電劑性能比較
碳納米管分類：?jiǎn)伪谔技{米管性能更優(yōu)
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。其中，單壁碳納米管更具性能優(yōu)勢(shì)。
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。
添加量少、導(dǎo)電性優(yōu)：由于單壁碳納米管長度-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。
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。
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。
制成品顏色多樣：多壁碳納米管通過提高添加量來改善機(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。
碳納米管：產(chǎn)業(yè)化成熟，降本增效破局
碳納米管的制備方法主要包括化學(xué)氣相沉積法（CVD）、激光蒸汽法、石墨電弧法、水熱法，目前碳納米管生產(chǎn)企業(yè)主要采用基于化學(xué)氣相沉積法制備碳納米管的途徑。而催化劑、純化、分散技術(shù)是主要技術(shù)壁壘。
催化劑：催化劑是決定碳納米管管徑、純度的關(guān)鍵，不同公司使用的催化劑不同得到產(chǎn)品具體差異明顯，催化劑生產(chǎn)的質(zhì)量、性能將直接影響后續(xù)產(chǎn)出的碳納米管質(zhì)量。
分散：碳納米管比表面積大、長徑比高，容易團(tuán)聚，實(shí)際導(dǎo)電效率低，不易分散，一般通過分散劑、NMP/去離子水溶解、分散碳納米管以制備碳納米管導(dǎo)電漿料提升導(dǎo)電性，以方便電池廠使用。
純化：不同品質(zhì)產(chǎn)品需要經(jīng)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(zhì)；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(zhì)。碳納米管粗粉經(jīng)過純化工序后得到碳納米管純粉，純化工序越復(fù)雜，純化后的碳管性能越好。
產(chǎn)業(yè)化成熟，降本增效破局。自2001年起國內(nèi)各公司相繼投入研發(fā)，逐漸解決連續(xù)化制備碳納米管、催化劑、純化等產(chǎn)業(yè)化難題。2014年起以天奈科技、三順納米為代表的國內(nèi)公司通過購買專利、自研等多種方式成功實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，開啟導(dǎo)電劑國產(chǎn)替代，CVD法產(chǎn)碳納米管技術(shù)在我國逐漸成熟。
多因素催化碳納米管滲透
一方面，材料體系的變化推動(dòng)了碳納米管導(dǎo)電劑的發(fā)展。
短期來看，磷酸鐵鋰動(dòng)力電池占比回升疊加儲(chǔ)能電池放量將加速推動(dòng)碳納米管需求釋放。中長期來看高鎳三元、硅基負(fù)極滲透率提升。高能量密度仍是動(dòng)力電池主要發(fā)展方向，其中主要載體三元?jiǎng)恿﹄姵氐男滦蛯?dǎo)電劑主要為碳納米管導(dǎo)電漿料。高鎳三元硅負(fù)極理論能量密度高達(dá)4200mAh/g，是已知用于做負(fù)極材料理論比容最高的材料，但其導(dǎo)電性能較差，需要添加高性能導(dǎo)電劑提升，而CNT不僅可以彌補(bǔ)硅基負(fù)極導(dǎo)電性不足，還可以在硅顆粒之間建立高度導(dǎo)電和持久連接，即使硅負(fù)極顆粒體積膨脹并開始出現(xiàn)裂縫，這些顆粒仍可通過CNT保持良好連接，防止負(fù)極材料破裂。
另一方面，動(dòng)力電池出貨量快速增長，有望進(jìn)一步提振碳納米管需求。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球方面，2021年全球新能源汽車銷量為644.20萬輛，同比增長107.45%；2022年1-7月銷量為493.03萬輛，同比增長63.20%。國內(nèi)方面，2021年國內(nèi)新能源汽車銷量為352.10萬輛，同比增長157.57%；2022年1-8月新能源汽車銷量為385.99萬輛，同比增長114.56%。新能源汽車行業(yè)高景氣帶動(dòng)動(dòng)力電池裝機(jī)量持續(xù)增長，根據(jù)SNE Research數(shù)據(jù)，2021年全球動(dòng)力電池裝機(jī)量為296.8GWh，同比增長102.18%，2022年1-8月裝機(jī)量為202GWh，同比增長76%。
綜合來看，碳納米管作為性能更加優(yōu)異的新型鋰電池導(dǎo)電劑，將受益于新能源汽車行業(yè)高景氣帶動(dòng)鋰電池出貨量大幅增長，其需求有望持續(xù)攀升。
參考資料：
挖貝網(wǎng)、思瀚產(chǎn)業(yè)研究院
田豐.碳納米管的合成及其作為導(dǎo)電劑在鋰離子電池正極材料中的應(yīng)用研究
華創(chuàng)證券.導(dǎo)電劑行業(yè)深度報(bào)告：導(dǎo)電炭黑開啟國產(chǎn)替代，碳納米管滲透持續(xù)提速
廣發(fā)證券.導(dǎo)電炭黑國產(chǎn)化元年，碳系材料平臺(tái)精細(xì)化之路
未來智庫.碳納米管行業(yè)研究：新一代導(dǎo)電材料，應(yīng)用前景廣闊
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）
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