中国新型导电剂行业市场现状、发展优势及竞争格局分析

中国新型导电剂行业市场现状、发展优势及竞争格局分析

一、市场现状

导电剂是添加在锂离子电池电极中，以建立更高效的导电网络，提高电池倍率性能和循环寿命的一种材料：与传统的铅酸（leadacid）、镍镉（Ni-Cd）和镍氢（Ni-MH）电池等相比，锂离子（Li-ion）电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、质量轻、自放电小、无污染、无记忆效应等突出特点，已广泛应用于移动电话、照相机、小型摄像机、笔记本电脑等3C数码领域，作为动力电源在电动车中得到推广，还将在储能电站、智能电网、军事、航天航空等领域逐步渗透。

新型导电剂材料性能优于传统材料，碳纳米管+石墨烯复合导电剂阻抗最低，在单一材料导电剂里碳纳米管导电剂性能最优。不同材料的导电剂体系阻抗不同，阻抗越低，代表导电性能越好。在单一材料导电剂里，碳纳米管导电剂阻抗最低，性能最好，而石墨烯导电剂单独使用时效果较差，主要是由于GN的二维片状结构，会对Li+产生位阻效应，只有片径小于或等于活性物质粒径时，位阻效应才可以忽略；在复合材料导电剂里，碳纳米管+石墨烯复合导电剂阻抗最低，性能最好，同时也可发现石墨烯配合颗粒状或线状导电剂使用时导电性能得到大大加强。

在实际应用中，炭黑作为传统的导电剂工艺已经相当成熟，应用非常广泛，价格比较稳定，添加量一般比较大。石墨导电剂基本为人造石墨，颗粒比较大，有更好的压缩性和分散性，可改善极片颗粒的压实性能，同时用于负极更可提高负极容量，一般配合炭黑使用。随着新能源汽车对锂电池能量密度和续航里程要求的提高，导电性能更加优异的碳纳米管和石墨烯等新型导电剂越来越受到重视。相比传统导电剂，新型导电剂对电池容量、倍率、循环有更加明显的改善。

新型导电剂价格虽比传统导电剂高，但添加量更小，随着技术与工艺的成熟，未来应用前景良好：电极中的导电剂添加量需适当，含量太低会导致电子导电通道不足，不利于大电流充放电；含量过高则会降低活性物质的相对含量，使电池容量降低。数据显示，传统炭黑导电剂在正极浆料中的添加比例在3%左右，而新型导电剂碳纳米管和石墨烯的添加比例则能降低至0.5%~1.0%。虽然新型导电剂粉体价格比传统导电剂要高许多，但要达相同导电性能，用量仅为传统导电剂的1/6~1/2。加上其导电性能极佳，能使锂电池循环过程中保持良好的电子和离子传导，从而大幅提升锂电池的循环寿命，符合锂电池特别是动力锂电池对更高能量密度的要求。因此，随着新型导电剂生产技术与工艺的愈发成熟，未来应用会越来越广泛。

动力锂电池对能量密度的要求提高，新型导电剂替代传统导电剂的趋势已经确立，未来碳纳米管导电剂增长空间最大：目前制约新能源汽车发展的一个重要原因就是续航里程问题，而提升锂电池的能量密度，增加同等重量的电池提供的带电量，是解决续航里程问题最有效直接的手段。2017年2月，我国工信部、国家发改委、科技部、财政部四部委联合发布《促进汽车动力电池产业发展行动方案》指出：到2020年，新型锂离子动力电池单体比能量超过300wh/kg；系统比能量力争达到260wh/kg、成本降至1元/wh以下。目前锂电池正负极材料体系的能量密度面临一定瓶颈，各锂电池企业在研发正负极新材料体系的同时，均开始探索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、石墨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。随着三元正极材料成为主流的趋势，适用于该正极材料的碳纳米管导电剂会比适用于磷酸铁锂正极材料的石墨烯导电剂需求增长更快。因此，新型导电剂尤其是碳纳米管导电剂未来替代效应显著，将进入快速增长期。中国动力锂电池用碳纳米管导电剂渗透率将由2018年的31.8%提升至2023年的82.2%，5年间增长50.4%；中国数码电池用碳纳米管导电剂渗透率将由2018年的18.0%提升至2023年的31.9%。

传统导电剂高度依赖进口，新型导电剂以国产为主，导电剂国产化率逐年提高：在碳纳米管等新型导电剂出现前，炭黑类、导电石墨类等传统导电剂在锂电池中已经应用多年，技术已经相当成熟。目前国内炭黑市场以生产低端产品为主，满足不了高端市场需求，高端导电炭黑市场仍然依赖进口，锂电池用炭黑导电剂超过九成来自国外企业，市场上主流的传统导电剂如SP、乙炔黑、科琴黑、KS等主要来自于美国卡博特（Cabot）、瑞士特密高（TIMCAL）、日本狮王（Lion）、日本电气化学和日本昭和电工等企业。这些国外企业控制着传统导电剂的市场话语权，因此中国锂电池企业在传统锂电池导电剂方面长期处于依赖进口的状态。

与传统导电剂高度依赖进口态势大不相同，近年来国内许多公司开始介入新型导电剂研究，并不断改进生产技术以及推进规模化应用，得到许多下游锂电池厂商接受，国产导电剂已经逐步替代进口导电剂，改善了原有导电剂材料依赖进口的局面。我国锂电池导电剂市场的国产化率已经由2014年的12.9%提升2018年的31.2%，呈现逐年稳步提高的趋势。

二、国产新型导电剂优势

1.碳纳米管和石墨烯等纳米材料是我国战略前沿重要研究领域

碳纳米管和石墨烯等纳米材料是国家战略前沿重要研究领域：《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》中明确要求：“推动战略前沿领域创新突破，加快突破新一代信息通信、新能源、新材料、航空航天、生物医药、智能制造等领域核心技术。”《中国制造2025》提出要高度关注颠覆性新材料对传统材料的影响，做好超导材料、纳米材料、生物基材料等战略前沿材料提前布局和研制，加快基础材料升级换代。我国对石墨烯的研究和应用开发高度重视，仅科技部国家重点基础研究发展计划（973计划）就先后立项三项；2015年11月，工业和信息化部联合国家发改委、科技部出台了《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》，强调要突破石墨烯材料规模化制备共性关键技术。《重点领域技术路线图（2015年）》中提出石墨烯产业“2020年形成百亿产业规模，2025年整体产业规模突破千亿”的发展目标。

2.我国在碳纳米管和石墨烯领域具有扎实的基础研究基础和充足的专利技术成果

我国在碳纳米管领域的专利申请量为世界第一。从“十五”期间开始，我国纳米材料呈现出快速发展的势头，根据“十三五”国家重点出版物《纳米材料前沿——碳纳米管》一书，我国自2013年开始，在纳米科技领域发表的SCI论文数量超过美国，跃居世界第一。在专利数量方面，1996年至2016年我国在碳纳米管领域专利申请量合计35719件，2000年起该专利申请数量的爆发性增长得益于在前期研究积累的基础，同时也受碳纳米管技术得到业界重视程度的影响，特别是受美国2000年1月实施的国家纳米技术计划（NNI）的带动。

我国在石墨烯领域发表的研究论文数、专利数均为世界第一。我国在石墨烯领域发表的研究论文数、申请的专利数均为全球第一。截至2018年6月，中国受理的石墨烯专利申请总量为46076件，国内申请43586件，占比94.6%，国外申请2490件，占比5.4%，主要来源于美国、韩国、日本和德国。由我国本土申请的石墨烯专利始于2006年，并自2010年开始爆炸式增长，2018年我国受理的专利申请量高达13658件，研究热度至今不减。在专利技术来源方面，中国的石墨烯最早优先权专利占比达66.6%，其次是韩国、美国和日本，占比分别为12.3%、9.7%和3.1%，来源于中国的石墨烯专利已大幅领先于其他国家/地区。

3.我国在碳纳米管和石墨烯领域的宏量制备技术处于国际先进序列

碳纳米管的合成方法主要有电弧放电法、激光蒸发法和化学气相沉积法。其中，电弧放电法的反应温度高，碳纳米管的生长速率快、制备参数不易调控，所以通常难以实现对其精细结构的控制。激光蒸发法因为设备昂贵、复杂等原因，现在已经较少使用。化学气相沉积法是将含碳的化合物分解提供碳源，然后在催化剂的作用下实现碳纳米管的生长。由于化学气相沉积法的生长温度较低、参数易于调控、成本较低、产量较高，在碳纳米管的可控制备方面已显示出优越性。目前，采用化学气相沉积法已经实现碳纳米管的批量制备，我国在这方面处于国际先进序列，主要碳纳米管生产企业均采用了基于化学气相沉积法批量制备碳纳米管的工艺。

4.中国是全球最大锂离子电池生产国，国产新型导电剂产品配套和公司服务能力强

将新型导电剂以粉体的方式应用于锂电池的效果并不理想，导电剂容易在极片中发生团聚，因此导电剂企业一般将新型导电剂进行分散，以浆料的方式提供给锂电池厂商，实现商业化及产业化。因此新型导电剂存在粉体制造和粉体分散的技术壁垒，一方面，导电浆料要求制备的粉体纯度较高、导电性能优异，且能稳定、批量生产；另一方面，生产企业需要掌握将粉体有效分散制备浆料的技术，从而导入锂电池。同时，导电剂的供给往往不是产品的单一形式，还包括配套的服务，生产企业一般会根据客户的需求和所期望的产品性能，为其进行配方的设计和改进。锂电池厂商对导电剂供应商基本采取认证采购模式，对供应商的产品结构、产品品质和产品性能等配套能力和服务能力有较高要求。

全球锂离子电池产业主要集中在中、日、韩三国，从2015年开始，在中国大力发展新能源汽车的带动下，中国锂离子电池产业规模开始迅猛增长，2015年已经超过韩国、日本跃居至全球首位，并逐步拉大差距。2018年全球锂离子电池产量达200GWh，中国产量为124.2GWh，占比62.1%。因此，国产新型导电剂相较国外竞争对手的优势之一就在于，中国是全球最大锂离子电池生产国，国内企业能够与客户高效互动，快速反应，及时有效地掌握客户需求，满足客户需要，直接为客户提供配套的导电浆料。

三、竞争格局

作为符合锂电池特别是动力锂电池需要的导电剂，碳纳米管导电浆料不仅要求制备的碳纳米管具有较高的长径比、纯度等优良的指标，也对碳纳米管导电剂生产企业分散技术提出较高的要求。同时，锂电池企业对导电浆料供应商有严格的考察程序，全面评估其产品质量、稳定性、一致性以及持续供货能力，考察周期较长，碳纳米管导电浆料生产企业需要具备较强的综合实力才能获取客户的信任。目前国内生产新型导电剂的企业主要有青岛昊鑫（道氏技术子公司