中国碳纳米管导电剂趋势分析

中国碳纳米管导电剂趋势分析一、碳纳米管导电剂产业概述1、分类状况由于锂离子电池正极材料通常为半导体或绝缘体，电导率较低，因此需要额外添加导电剂以提高正极电导率。常见的导电剂有碳纳米管、炭黑、导电石墨、石墨烯及其混合产品等，由于碳纳米管作为新型导电剂性能优异，添加量小，成长空间大近来年备受市场关注，在高端数码电池领域的应用比例可达50%以上。虽然石墨烯导电剂也具有导电性优异的特点，但适用范围较碳纳米管导电剂有局限性较高，主要用于磷酸铁锂电池。2、竞争优势碳纳米管导电剂有望逐步替代炭黑等传统导电剂成为动力锂电池的主流导电剂。一方面，相对于传统导电剂而言，碳纳米管具有更大的长径比和更低的阻抗，具备更好的导电性能，有助于改善锂电池的倍率性能和循环寿命。另一方面，碳纳米管能够通过降低非活性物质的占比来提升锂电池能量密度。为提高动力锂电池的能量密度和循环寿命，各锂电池企业在研发正负极新材料体系的同时，致力研究通过其他材料提升锂电池能量密度。碳纳米管凭借其较高长径比的特性，相较于炭黑能够进一步提高锂电池的倍率性能，并可以通过更少的添加量来提升正极活性物质含量，从而提升锂电池能量密度。尽管在市场应用的早期阶段，较高的价格是碳纳米管替代炭黑成为动力锂电池主流导电剂的主要障碍，但碳纳米管作为一种新型材料，随着市场接受度的提升、大规模的产业化以及价格的持续下降，相比于炭黑等传统导电剂在性价比上的差距持续缩小,根据GGII数据，碳纳米管市场渗透率持续增长，到2019年已达37%。二、碳纳米管导电剂驱动因素1、动力锂电池在全球大力发展新能源汽车的大背景下，动力锂电池市场的高速增长直接带动碳纳米管需求扩张。根据GGII数据显示，我国动力电池装机量自2015年起逐年增长，到2019年达62.4%，2020年公共卫生事件影响下，增速放缓，仅达62.9万吨，同比2019年增长0.8%。导电剂的添加量服从“渗透阈值”理论，即导电剂在添加到一定量后在活性物质之间达到最优的导电网络，继续添加则能显著提升电极材料的导电性能。传统炭黑导电剂在正极材料中的添加量一般为3%，而新型导电剂因其高效的导电性能，一般可将添加量降低至0.5-1.0%。以传统的导电炭黑和碳纳米管迚行对比，碳纳米管的添加量仅为炭黑的1/6-1/2。虽然碳纳米管单价是炭黑单价的10倍，但碳纳米管较低的掺杂量使得其总体花费为炭黑的1.4-5.5倍。2、新能源汽车当前制约新能源汽车产业发展的一个重要原因为续航里程问题，而提升锂电池的能量密度是解决这一问题最直接有效的方式。具体体现为提高正负极活性物质的比容量或者降低非活性物质占比来提高活性物质添加量。达到同样的导电效果，碳纳米管的用量仅为传统导电剂的1/6-1/2，因此可以通过降低非活性物质占比来提高活性物质添加量，从而提升锂电池能量密度。在我国双碳政策下，我国新能源汽车产业快速扩张，（根据中汽协数据，2021年1-9月销已达215.7万辆，再创新高），将成为我国碳纳米管导电剂发展关键驱动力。三、碳纳米管导电剂现状分析1、出货量在高能量密度锂电需求的带动下，碳纳米管导电浆料出货量将保持高增长趋势。根据GGII，2020年我国碳纳米管导电浆料出货量为4.8万吨，2016-2020年出货量年复合增长率为36%。据GGII预计，2021年中国碳纳米管导电浆料出货量将达7.2万吨，未来五年中国碳纳米管导电浆料市场销量将保持高增长的趋势，到2025年，中国碳纳米管导电浆料出货量将突破32万吨。2、竞争格局行业集中度高，龙头企业地位稳固，竞争格局明晰。据数据，按出货量口径计算，2017年行业CR4为74.0%，2020年CR4为82.7%，行业集中度高且集中趋势明显。2020年，江苏天奈的市场份额稳占第一，为32.3%，龙头地位稳固。市场份额占据前五的企业还包括集越纳米、卡博特、道氏技术和无锡东恒，市场份额分别为23.8%、19.6%、8.3%和5.2%，竞争格局明晰。注：按出货量口径国内产能和技术领先，外资追赶。目前全球碳纳米管产能主要在国内，国外厂商生产量较小。2020年，天奈科技、青岛昊鑫、三顺纳米的粉体产能分别达到800吨、800吨和2000吨，浆料产能分别达到3万吨、1.7万吨和1.3万吨，远高于外资企业。随着动力电池对碳纳米管需求的增长，外资通过自研和收购等方式入场，如LG化学依靠化工领域的积累进行自研，卡博特通过收购三顺纳米的方式进行布局。3、国产化进度传统导电剂依赖进口，新型导电剂国内技术领先。中国锂电池导电剂的国产率从2014年的12.9%逐渐增长到了2018年的31.2%，年复合增长率为24.7%，以此预计2020年的国产率将提升到48.5%。增量市场的提升空间意味着国产导电剂的需求市场将处于供不应求的状态，为形成规模经济且成本降低的国内导电剂生产厂商提供了机会。四、碳纳米管导电剂发展趋势1、推进国产化进程国内锂电企业在传统导电剂领域长期依赖进口，中国作为全球最大的电动车市场，锂电池材料行业快速成长，随着碳纳米管生产技术的进步以及规模化，碳纳米管作为新型导电剂的优势开始逐步体现，逐渐开始导入下游电池厂家。随着碳纳米管导电剂在锂电应用的推广，我国锂电池导电剂市场的国产化率逐年提高。2、与硅基负极相互促进碳纳米管能够提高硅基负极的导电性和稳定性，硅基负极商业化加速推进，进一步提升碳纳米管需求。碳纳米管具有独特的纳米结构和优异的力学性能，与硅材料复合后可以有效抑制和缓解充放电过程中硅材料的体积膨胀效应以及稳定SEI。同时，碳纳米管具有极高的电子迁移率，能够显著提升硅基复合材料的电化学性能和循环稳定性。目前商业化程度较高的硅基负极材料包括硅/炭复合材料和氧化亚硅复合材料，随着主要材料