全球碳纳米管行业壁垒及2025年市场需求预测

全球碳纳米管行业壁垒及2025年市场需求预测

碳纳米管（CarbonNanotubes,CNTs）是一种同轴管状结构的碳原子簇，其管径与管之间相互交错的缝隙都属于纳米数量级，根据管壁的层数可以将CNTs分为单壁碳纳米管（SWCNTs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）。碳纳米管自被发现以来就因为其优异的电学、力学、化学等性能，在多项领域中显示出巨大应用潜力。（1）在锂电池领域，碳纳米管凭借优异导电性能，被广泛应用于锂电池新型导电剂。（2）在导电塑料领域，碳纳米管凭借其优越的导电性能和力学性能，用来提升导电塑料的导电性和结构强度，已经显现出巨大的应用价值。

一、碳纳米管行业壁垒

在实际应用中，多组分混合型导电剂显现出较单一组分导电剂更多的优势，目前CNT+SP、CNT+KB等多组分导电剂成为CNT大批量导入实际生产的主要形式，显现出更优异的性能表现。实际使用中，点状结构的SP比较廉价，与线状的CNTs或面状的石墨烯组合使用，可发挥点、线、面的协同作用，使电池性能更好，实际应用中包括SP+KB、CNT+SP以及CNT+GN等多种多组分导电剂成为重要的实际应用方案。

截止目前碳纳米管的制备方法主要包括电弧放电法、激光烧灼法和化学气相沉积法（ChemicalVaporDeposition,CVD）等。在CVD机制中，碳源在催化剂表面发生吸附、反应；反应形成的碳原子溶解到催化剂中，当其达到饱和后，碳原子不断析出形成碳纳米管；并且CVD工艺可在低温、常压下低成本的制备，并可在生长过程中对碳纳米管壁数、直径、长度、以及取向进行控制，成为目前为止最具潜力的工业化量产工艺。

核心工艺为催化剂条件下的化学气相沉积（CVD,ChemicalVaporDeposition）碳纳米管粉体的主要生产工艺流程如下：（1）催化剂制备：该步骤为碳纳米管生产的核心步骤，催化剂生产的质量、性能将直接影响后续产出的碳纳米管质量。Fe/Co和Ni等纳米过渡金属催化剂在CNT生长过程中具有较高的催化活性及缓和的生长条件，是常用的CNT催化剂材料；另一方面，除材料配方外，碳纳米管的直径很大程度依赖于纳米催化剂颗粒的大小。因此包括催化剂的材料配方、粒径大小、一致性控制等，均是碳纳米管生产的核心工艺难点。

（2）CVD碳纳米管生长：将催化剂放入碳纳米管反应器，再将甲烷或丙烯（碳氢化合物）、氢气（抑制径向生长）、氮气等按一定比例、气流速度导入，在高温条件下生长得到碳纳米管粗粉。其中CVD碳纳米管连续生产工艺以及相关设备均是核心技术难点，各厂家均建立了相对应设备专利体系。

（3）CNT纯化工序（去除无定型碳以及金属杂质）：不同型号产品需要经过不同的纯化工序，其中高温氧化主要除去碳纳米管粗粉中无定形碳杂质；酸洗提纯、石墨化主要除去碳纳米管粗粉中的催化剂金属杂质。碳纳米管粗粉经过纯化工序后得到碳纳米管纯粉。

（4）粉碎：最后，将碳纳米管纯粉放入粉碎机进行粉碎，制备得到分散性较好的碳纳米管粉体。

（5）碳纳米管导电浆料生产：由于碳纳米管粉分散性差、容易发生团聚，导致在应用过程中导电、导热性等大幅不及预期，目前的主流工艺是在将CNT粉体与NMP、分散剂等进行混合，以浆料形式向下游客户销售。①按照一定比例将分散剂和溶剂（NMP或去离子水）进行搅拌，使得分散剂与溶剂充分融合，随后加入一定比例的碳纳米管粉体，充分搅拌均匀至碳纳米管粉体在溶剂中预分散。②将预分散好的浆料投入砂磨机进行分散，制备得到分散均匀的碳纳米管导电浆料。

对于碳纳米管行业，新进入者主要面临技术壁垒、客户和市场开发壁垒、资金壁垒。目前碳纳米管虽然在理论上和实验室中已经证实有广泛的应用空间，但由于专利保护、与下游应用对接难度大等因素，碳纳米管规模化量产短期内还无法实现；碳纳米管生产企业如果没有制备、提取、分散等相应的核心技术或生产工艺，将难以生产具备竞争力的产品。其次，导电剂作为锂电池电池的关键辅材之一，其质量与锂电池的性能、安全性息息相关，下游锂电池企业对导电剂供应商有严格的考察程序，考察周期长。再者，碳纳米管行业作为新兴行业，初创企业在技术研发、生产设备购置等方面的资金需求大。行业壁垒限制新进入者，龙头企业不断扩产规模化发展，品牌效应建立增强客户之间的信任度，未来行业集中度有望提高。

截止目前全球主流碳纳米管生产商包括天纳科技、三顺纳米、青岛昊鑫以及韩国LGchem等，各自均已在碳纳米管领域提前规划深厚的专利布局。具体来看，碳纳米管制备领域的主要专利壁垒主要体现在催化剂制备、宏量连续生产设备、分散设备、分散浆料&复合导电剂配方等方面。LGchem的专利申请数为43，位居第一，天奈科技、三顺纳米、青岛昊鑫分列二到四位；其中，天奈科技的发明申请与实用新型专利申请均位居行业第一位。

二、碳纳米管行业市场需求预测

受益于CNT导电剂带来的导电剂用量减少、电池带电量提升，以及性能方面的改善（低温性能、散热性能等提升），碳纳米管导电剂在动力锂电领域得到了快速应用和发展。预计2019-2025年全球动力锂电领域CNT导电剂浆料用量将从2.7万吨快速提升至35.4万吨，2019-2025年需求复合增速约54%。按照单吨CNT导电剂浆料3-4万元/吨计算，市场规模将从2019年约9.5亿元快速增长至约124亿元。

《2020-2026年中国碳纳米管（CNTS）产业运营现状及发展前景分析报告》数据显示：2019年全球动力锂电领域碳纳米管需求量约1081吨，预计至2025年全球动力锂电领域碳纳米管需求量将达到约14156吨，2019-2025年CAGR约54%。

相较动力电池领域，3C领域近年来对快充功能提出了更多需求。CNT导电剂通过构建线状导电网络，在减少导电剂用量、提升电池带电量基础上更进一步提升了电池快速充放电性能，近年来在高端3C数码领域取得了快速发展。

预计2019-2025年锂电池储能领域的CNT需求量占比将从16%提升至40%、成为非动力锂电领域的最大增量，其他领域方面，预计2025年，其他3C等需求占比约34%，手机领域需求占比约17%，笔记本领域需求占比约5