2020年碳纳米管场分析报告

1、2020曲IE内容目录碳纳米管是性能优异、具有巨大应用潜力的新材料5.碳纳米管：性能稳定的高分子纳米材料5.气相沉积法(CVD)是主要生产工艺，催化剂制备是核心难点6比强度最高的人造材料，导电导热和储氢性能良好7大规模商业应用集中在锂电池和导电塑料领域1.0新能源领域：碳纳米管是优良的锂电池导电剂11导电塑料领域：碳纳米管作为导电填料优势显著1.3半导体领域：碳纳米管有望发挥巨大的作用14伴新能源和5G之风，碳纳米管迎来高速增长1.5伴随新能源汽车高速发展，碳纳米管应用渗透率提升1.65G手机电池高续航要求，碳纳米管导电剂需求增加1.9电池导电剂国产化替代加速，碳纳米管更有用武之地21国内产能

2、全球领先，技术壁垒下市场集中22中国碳纳米管产能处于世界领先水平22伴随需求端爆发，行业处于良性复苏阶段23催化剂铸就行业高壁垒，国内行业集中度高24市场提示25.图表目录f1:碳|纳米管粉体5.I2:单|壁碳纳米管和多壁碳纳米管5.绍3:CVD工艺流程6.|S4:碳源在催化剂作用下生成碳纳米官6.绍5:催化剂决定了碳纳米管的长度、直径和管壁数量6.|6:碳纳米管规模化生产涉及各种复杂工艺7.|7:碳纳米管、金刚石、钢的强度比较（单位:GPa）8.|8:碳|纳米管具有良好的可弯曲性.8.B9:基S绍于不同材料的导电剂的EIS阻抗（单位：欧姆）8.S绍10:碳:纳米管中可以储存锂离子的缺陷9.|

3、们：碳纳米管的应用领域1.Q|12:碳j纳米管大规模商业应用的需求结构1.0B13:碳绍纳米管大规模商用涉及的领域10S绍14:碳|纳米管产业链1.1.|15:锂|电池的主要构成12.绍16:导电剂在正极活性物质间构建起导电网络1217 :锂电池导电材料4类接触示意图1218 :不同的导电剂以不同的接触方式构建导电网络1.319 :导电塑料实物图1.3.20 :导电母粒实物图13.21 :碳22 纤维（CF）在导电塑料中含量的增加会显著改变塑料的力学性能14:碳纳米管导电剂以浆料的形式应用到锂电池中1.5:全球碳纳米管导电浆料需求量分析及预测15:全球碳纳米管导电浆料产值分析及预测15:中国碳

4、纳米管导电浆料产值分析及预测16:20142023全球新能源汽车产屋分析及预测1.7:20142023中国新能源汽车产量分析及预测.723 :20142023全球动力锂电池需求量分析及预测1.724 :20142023中国动力锂电池需求呈分析及预测1.725 :碳纳米管的优异性能能满足动力锂电池的发展需求1826 :三元动力锂电池渗透率1.827 :中国动力锂电池导电剂渗透率情况1.928 :全球动力锂电池碳纳米管导电浆料产值分析及预测1929 :中国动力锂电池碳纳米管导电浆料产值分析及预测1930 :5G智能手机渗透率将不断提高2031 :同等使用强度下满足续航的4G和5G电池容呈（单位：m

5、Ah）2032 :中国数码电池用导电剂渗透率情况2133 :全球数码电池碳纳米管导电浆料产值分析及预测2134 :中国数码电池碳纳米管导电浆料产值分析及预测2135 :国产锂电池导电剂占比逐年提升2236 :2018全球碳纳米管粉体产能分布2237 :全球部分碳纳米管龙头企业碳纳米管粉体产能（吨）2238 :碳纳米管行业处于技术成熟度曲线上的良性发展期2339 :碳纳米管导电浆料制备流程2440 :2018年中国碳纳米管导电浆料出货量格局2441 :部分碳纳米管企业碳纳米管导电浆料产能（吨24表1:生产碳纳米管的不同方法的优劣势对比6.表2:各国禁售燃油车时间表1.6.表3:中曰韩主要动力锂电

6、池企业新增产能情况1.7表4:不同导电剂优劣势比较1.8.碳纳米管是性能优异、具有巨大应用潜力的新材料碳纳米管：性能稳定的高分子纳米材料碳纳米管杲突出的结构特征是它由单层或多层石墨片围绕同一中心卷曲而成。碳纳米管，英文简称CNT，属于富勒碳系，其长度为微米级，直径为纳米级，最富特征的一维纳米材料。在宏观尺度上看，碳纳米管是黑色粉末，在微观尺度上，碳纳米管是由同轴碳管组成的碳分子。每层碳管由碳原子按六边形密铺而成，与石墨烯的层状结构类似，层与层之间则保持约0?34nm的固定距离。碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料稳定得多，是目前已知的熔点最高的材料。图1:碳纳米管粉

7、体资料来汲：中国制造网、市场研究部碳纳米管根据不同的特征分为不同的类别，商业化角度通常按管壁的层数和导电性对其进行分类。按照碳管的层数，碳纳米管可以分成单壁碳纳米管和多壁碳纳米管；就其导电性而言，碳纳米管可以是金属性的，也可以是半导体性的，甚至在同一根碳纳米管上的不同部位也可以呈现出不同的导电性。因而根据导电性质的差异可将其分为金属型碳纳米管和半导体型碳纳米管。图2.单壁碳纳米管和多壁碳纳米管卜2nm2*25nm单壁碳纳米管多壁碳纳米管资料来源：椽纳米管和碳诚米管的结构、性质及其应用、市场研究部气相沉积法（CVD）是主要生产工艺，催化剂制备是核心难点工业化生产常用化学气相沉积法制备碳纳米管。目

8、前碳纳米管的制备方法主要包含化学气相沉积法、激光蒸发法、石墨电弧法、水热法。但由于后三者都存在成本高、工业化生产困难的缺点，碳纳米管生产企业更多采用化学气相沉积法。表1：生产碳纳米管的不同方法的优劣势对比工艺类型化学气相沉积法（CVD）激光蒸发法石理电弘法水热法优点反应过程易于控制、反应湿皮相对1T低？产品纯哎较高？成本低高评豪用性强可连续探作、产品纯皮高、质星好嗾纳米管管直、壁溥、结品皮离产品管径小、纯皮高、收率较离缺点粗产品中结E皮较低产塑低、成本高、难以工业化生产纯皮低？产率低，成本高？且电弧放电过程难以控制？难以工业化成本音、难以工业化资料来源：天奈科技招股书、市场研究部CVDI艺流程

9、主要包括催化剂制备、碳纳米管粗粉制备、粗粉纯化和粉碎四大工序，其中催化剂制备是最核心的环节和技术难点化学气相沉积法制备碳纳米管的关键环节是碳纳米管在催化剂表面进行生长的过程。具体的反应过程包括碳源化合物在催化剂表面分解，碳原子通过表面扩散或者体相扩散进入催化剂内部，最后碳纳米管从催化剂颗粒中析出。研究表明，生长出的碳纳米管的直径在很大程度上依赖于纳米催化剂颗粒的大小。由于碳纳米管的管径和长度的比值（长径比）很大程度上决定了碳纳米管的性能，催化剂的制备成为了CVD工艺中最核心的环节，但是催化剂材料的选择、颗粒的直径控制需要反复地进行大量试验才能加以确定。同时，碳纳米管催化剂的动态行为十分复杂，随

10、着碳纳米管的生长，催化剂的表面被重构。因此，如何控制实现催化剂保持原有的满足碳纳米管生长的状态，这无疑增加了催化剂制备的难度。图3.CVD工艺流程CVDan)资料来:天奈槎技招股说明书、市场研究部图4碳源在催化剂作用下生成碳纳米管rootgrowth资科来源：c嗾纳米管的宏虽制备及产业化、市场研究部carbonsource图5-催化剂决定了碳纳米管的长度、直径和管壁数呈资科来源：椽纳米管可控制备的过去、现在和未来市场研究部从实脸室制备到大规模工业化生产，还需要解决多层次工程科学耦合和关联的问题,具有较高的技术壁垒。实验室碳纳米管生长是在一个较小的反应器中以亳克或克呈级的规模进行，此时反应器内的

11、热量和质量输运并不存在显著瓶颈，传递和反应的耦合不显著，主要问题集中在催化生长过程中碳纳米管的结构控制以及碳纳米管之间的相互作用关系方面。但是在工业化过程中，要求碳纳米管在一个千吨级的工业反应器中大规模生长时，则需考虑原子尺度、纳米尺度、介观尺度、反应器尺度、工厂尺度和生态尺度等多层次工程科学的耦合和关联。以反应器尺度为例，因为碳纳米管产品从形态上看并不是一种均匀的物质，欲实现碳纳米管这一类新型纳米材料工业生长反应器的设计，还需要工程基础研究的创新结合。图6:碳纳米管规模化生产涉及各种复杂工艺104n2)抵炳打庄测ajwGHinAm(2)广分丘p)av?t5:AHJf镇化103*10TYHQ7

12、dt“d)rtc?圣SiA空(3)占HIX休作JS交10r*104m雪3MH:疗为2)0*1分色(3)传用与传任“刀字(5)答化尸头古10710103101101EHSnTil?A7mG)只农乞召比P)h?zt焦u化2;啊卜门31应何多Rlt反阪81(2)归坷忧化Q)值化过陀幻(4)口归0坨彳巨)疔咛廉合103105空仝(m)资料来源？输费纳米管的宏宦刑备及产业化、市场叨究部比强度最高的人造材料，导电导热和储氢性能良好碳纳米管独特的结构和化学键，赋予了它独特的力学、电学、热学和化学性能，使得它在多个领域均可以有广泛的应用。力学性能1）最高的比强度：连接碳纳米管中碳原子的共价键是白然界最稳定的化

13、学键二碳纳米管有极高的抗拉强度和弹性模量，与此同时，碳纳米管的密度却只有钢的”6,是目前可以制备出的具有最高比强度的材料图7碳纳米管、资料来源：:纳米管的特性及其高性能的复合材料、市场研究部2）强柔韧性：碳纳米管强度高却不脆弯曲碳纳米管或在轴向对其施加压力时，即使外力超过Euler强度极限或弯曲强度，碳纳米管也不会断裂，而是首先发生大角度弯曲，当外力释放后，碳纳米管又恢复原状。期8碳纳米管具有良好的可弯曲性资料来源：嗾纳米管材科及应用、市场研究部电学性能3）良好的导电性：碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，具有良好的导电性。碳纳米管的电阻和其长度及直径无关，电子通过碳纳米管时不会产生热量加热碳纳米管。电子在碳纳米管中的传输就像光信号在光学纤维电缆中传输一样，能量损失微小，是优良的电池导电剂。图9.基于不同材料的导电剂的EIS阻抗（单位：欧姆）350资料来淳：天奈科技招股说明书、市场研究部注:EIS值越小.导电性越好优异的导热性：碳纳米管具有极高的导热率，室温下导热率是金刚石的2倍，是目前已知的最好的导热材料。此外，碳纳米管轴向方向的热交换性能很高，径向方向的热交换性能则较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成各向异性高的热传导材料。4) 储氢性能良好碳纳米管本身具有高比表面积，再经过处理后具有优异的储氢能力。优越的嵌锂特性：碳纳米管的中空管腔、管与管之间的间隙