2022年碳纳米管行业发展现状及应用场景分析

1、2022年碳纳米管行业开展现状及应用场景分析1、碳纳米管：具有优异的性能和较高的进入壁垒碳纳米管是拥有特殊构造的一维材料。它是一种由六边 形形状的碳原子构成的同轴圆管，并且其中的碳原子以sp2 杂化为主，因为其特殊的六角型结构导致弯曲，形成了空间 拓扑结构，使得中间的化学键拥有了 sp2和sp3混合杂化状态。 每层间的距离约为0.34nm保持不变，圆管的直径通常为 220nm。碳纳米管的特征明显，主要特征有：直径较小、比 外表积较大、导电性良好、力学性质好、储氢性能好、热学 性能好。因为其直径小，可以在材料外表紧密的分布；又因 其比外表积大，可以吸附微生物、杂质，保护材料不被侵蚀。 近年来，碳

2、纳米管因其独特的优良特性被学界广泛关注。碳纳米管的制备目前生产碳纳米管的主流方法有三种， 分别是：电弧放电法、激光烧蚀法和化学气相沉积法。（1）电弧放电法这种方法是制备碳纳米管的主要方法之一，其步骤是在 充满着氨气或氨气的反响容器中加入石墨，通过激发电弧的方法，让容器内温度到4000,导致石墨蒸发，从而制备出 了不同类型的碳纳米管。(2)激光烧烛法把含有金属催化剂与石墨混合的石墨靶，放入长条石英 管中，再将管放到加热炉内。当炉内到达所需温度时，把惰 性气体灌入石英管内，并在石墨靶上打入激光从而生成气态 碳。生成物在气流的带着下，进入低温区导致温度降低，由 于催化作用得到碳纳米管。(3)气相沉积

3、法在温度到达一定高度的环境下，在含有催化剂的模板中 充入气化烧，从而导致其分解生成碳纳米管。制备的碳纳米 管纯度比较高，并且温度要求高、减少了耗能，但是制备过 程中的必要条件是催化剂。该法已经可以完成吨级碳纳米管的 批量生产。较高的进入壁垒(1)技术壁垒虽然目前市场上主流的几家生产厂商都是采用纳米聚团 流化床的方法进行宏量制备，但在质量控制上略有不同。影 响碳纳米管性能的核心指标是长径比和纯度：碳纳米管因其 独特的线状结构在电池电极中形成有效的线或面导电网络， 电池充放电时电子经过上述导电网络传导，而不像传统导电剂通过颗粒点对点传导，碳纳米管的长径比越高，导电效率越 高，从而实现快速充放电。当

4、碳纳米管应用于电池，假设其中 含有金属杂质，那么会引起自放电等现象降低性能，所以纯度 越高，碳纳米管质量越好。生产优质碳纳米管对厂商的要求 较高，需要厂商不断积累能够稳定地、批量生产细管径、高 纯度碳纳米管的经验，并不断改进生产工艺。图53：不同镒铁比例的LMFP充放电电压曲线LM0.5F0.5P LMo.7F().3PLMo 8Fo 2P 020406080 100 120 140LM0.5F0.5P LMo.7F().3PLMo 8Fo 2P 020406080 100 120 140比容量mAh/g资料来源：林文忠 证券研究所整理(2)下游市场壁垒以碳纳米管目前主要的下游锂电行业为例，锂

5、电企业对 于导电浆料的供应商都有非常严格的考察程序，全方位对产 品质量的稳定性、一致性等指标进行考察，考察周期一般长 达12年。业务关系一旦建立，碳纳米管厂商即和下游厂商 形成较深厚的捆绑关系，在相当长的时间内保持稳定。从主 要碳纳米管厂商的下游情况来看，各家几乎没有共同的客户。 这也从侧面反映了开拓下游市场的难度以及头部企业具有难 以撼动的先发优势。2、碳纳米管有广泛的应用场景和市场空间目前碳纳米管市场主要在锂电的正极材料添加剂领域， 往硅碳负极里添加碳纳米管还处在研究阶段。许多研究成果 说明，碳纳米管在其他领域比方涂料、医疗、纺织等都有用 武之地，但真正到达技术成熟、实现市场化还有很长的路

6、要走。（1）动力锂电池在锂电池的开展中，如何提升能量密度 是绕不开的话题。碳纳米管具有优异的导电性能和纤维状特 征，相对于传统的导电剂炭黑，碳纳米管作为导电剂的添加 量大大降低。在相同的质量下，可以添加更多的正极材料，从 而使得电池的容量更大，同时显著提高电池的倍率性能和循 环寿命。碳纳米管可应用于消费品高能量密度电池、超长寿 命需求的EV电池，兼顾倍率和容量密度的储能、功率电池、 超高/超低温等特种性能需求电池等。根据GGII的统计，早在2018年，碳纳米管在动力锂电 池的渗透率已经到达31.8%,预计到2023年渗透率有望升至 82.2%,需求量预计将到达19.06万吨。虽然碳纳米管的价格

7、高于传统导电剂炭黑，但由于导电剂本钱在整个电池中的占 比很低，约为5%左右，所以价格并不会对碳纳米管的市场渗 透造成阻碍。放眼未来，碳纳米管的主要商业逻辑依旧是对炭黑等传 统导电剂的改良和替代。我们认为，未来的正极导电剂也会 在碳纳米管的基础上进行技术更迭，或将碳纳米管和其他材 料复合使性能更加完善。如石墨烯(GN)和碳纳米管(CNT) 结合，聚团现象将得到缓解，形成有效的导电网络；在合适的 配比下，复合的材料的电阻率和方块电阻降低；同时获得更 高的充放电效率和循环能量。图54：碳纳米管透射电镜图资料来源：洁慧等 光大证券研究所利用微量碳纳米管与石墨烯协同包覆提高碳酸锂正固臂展蛙箧名库（2）防

8、腐涂料从碳纳米管出发合成的碳纳米管一聚苯胺 复合涂层等复合涂料能不同程度地提升材料的防腐性能，并 提高热稳定性。但目前也存在一些问题，比方：受生产设备 和技术的限制，本钱较高、材料纯度较低；碳纳米管材料容易 聚团，在涂料中分布不均匀；碳纳米管与基体粘合力较弱， 两种物质之间的界面不够稳固；各类涂层对碳纳米管的用量 和类型尚未完全明确等。（3）医疗基于碳纳米管的电极具有与皱纹/曲线皮肤相 容、导电性好、重量轻和可忽略皮肤刺激的特点，可以将其 用作可穿戴和纺织电极。和织物电极相比，聚合物电极更容 易制造且有更好的生物相容性，用电极缝制的背心甚至可以像 普通衣服一样清洗。它的高导电性可以高效获取微弱的心电 信号，帮助医生及时掌握患者的真实状况。可以预见，碳纳 米管复合电极未来将在便携式医疗（如：心脏信号监测等） 和康养行业发挥无可比较的作用。（4）纺织碳纳米管是一种介电损耗型吸波材料，介电常 数高，满足新兴吸波材料频带宽、厚度薄、质量轻和吸收强 的要求。碳纳米管基吸波复合材料主要应用于军事隐身领域, 和传统的电磁屏蔽相比，更加绿色环保；同时还可以与柔性纺 织材料结合，用于孕妇服、家用微波防护围裙、强电磁环境 作业服等特殊服装的制作。(5)体育用品碳纳米管具有独特的机械性能，可以为棒 球、