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碳納米管：悄然攪動導電劑市場格局
日前，天奈科技發布公告稱主營產品碳納米管導電漿料銷量上漲，預計前三季度歸母凈利潤同比增60.94%。
報告稱隨著動力電池市場對高品質的電池需求增長，多采用碳納米管導電漿料替代傳統導電劑，用以改善其能量密度、快充快放、循環壽命等性能，報告期內，下游動力電池企業對碳納米管導電漿料替代需求上升，促使公司主營產品碳納米管導電漿料需求增長。
作為提升鋰電池性能的關鍵輔材，新型碳納米管材料正迎來滲透率加速期，悄然攪動導電劑市場格局。甚有業內預測未來幾年新型導電劑特別是碳納米管導電劑將逐步代替傳統導電劑，中國碳納米管導電漿料出貨量預計將從2022年的12萬噸增至2025年的32萬噸，成為鋰電池導電劑領域成長性最高的種類。
來源：天奈科技
碳納米管導電劑有何優勢？
鋰電池目前常用的導電劑主要包括炭黑類、導電石墨類、VGCF（氣相生長碳纖維）、碳納米管以及石墨烯等。其中碳納米管又稱巴基管，英文簡稱CNT，是由單層或多層的石墨烯層圍繞中心軸按一定的螺旋角卷曲而成一維量子材料。相較于傳統導電劑，碳納米管擁有獨特的六邊形結構，具有優異的導電導熱性能和阻酸抗氧化性能。據天奈科技招股說明書，碳納米管阻抗僅為炭黑約1/2，低阻抗同時能改善極化，循環性能更優異。此外，據業內測算，傳統炭黑導電劑添加量為正極材料重量約3%，而碳納米管、石墨烯等新型導電劑添加量降至0.8%-1.5%，低添加量可為正極活性物質節約空間從而提高能量密度。
主流導電劑性能比較
碳納米管分類：單壁碳納米管性能更優
在商業用途中，碳納米管根據石墨烯層數差異可以分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。其中，單壁碳納米管更具性能優勢。
結構簡單、化學性質穩定：多壁碳納米管形成過程中層與層之間容易成為陷阱中心而捕獲各種缺陷，而單壁碳納米管結構簡單、均勻一致性好，且缺陷少、化學性質穩定。
添加量少、導電性優：由于單壁碳納米管長度-直徑比較高，其能夠在極低添加量下形成三維導電網絡。同時，單壁碳納米管有一層碳原子，并根據空間的螺旋特性可表現出金屬或半導體性能。此外，其強大的碳碳鍵使得其能夠有更高的載流量，電流密度能夠高于銅等金屬1000倍以上。
彈性好、機械性能高：單壁碳納米管具有更強的柔韌性，能夠更好的彎曲、扭曲或扭結，其彈性模量和抗拉強度顯著優于多壁碳納米管。
導熱性好：單壁碳納米管的單位質量導熱系數高于多壁碳納米管，同時二者都能夠承受750℃以上的高溫。
制成品顏色多樣：多壁碳納米管通過提高添加量來改善機械性能和導電性，這會影響產品表面質量和顏色，如其只能生產黑色材料。由于單壁碳納米管添加量普遍在0.01-0.1%，因而能夠生產任何顏色以及透明導電材料。
碳納米管：產業化成熟，降本增效破局
碳納米管的制備方法主要包括化學氣相沉積法（CVD）、激光蒸汽法、石墨電弧法、水熱法，目前碳納米管生產企業主要采用基于化學氣相沉積法制備碳納米管的途徑。而催化劑、純化、分散技術是主要技術壁壘。
催化劑：催化劑是決定碳納米管管徑、純度的關鍵，不同公司使用的催化劑不同得到產品具體差異明顯，催化劑生產的質量、性能將直接影響后續產出的碳納米管質量。
分散：碳納米管比表面積大、長徑比高，容易團聚，實際導電效率低，不易分散，一般通過分散劑、NMP/去離子水溶解、分散碳納米管以制備碳納米管導電漿料提升導電性，以方便電池廠使用。
純化：不同品質產品需要經過不同的純化工序，其中高溫氧化主要除去碳納米管粗粉中無定形碳雜質；酸洗提純、石墨化主要除去碳納米管粗粉中的催化劑金屬雜質。碳納米管粗粉經過純化工序后得到碳納米管純粉，純化工序越復雜，純化后的碳管性能越好。
產業化成熟，降本增效破局。自2001年起國內各公司相繼投入研發，逐漸解決連續化制備碳納米管、催化劑、純化等產業化難題。2014年起以天奈科技、三順納米為代表的國內公司通過購買專利、自研等多種方式成功實現量產，開啟導電劑國產替代，CVD法產碳納米管技術在我國逐漸成熟。
多因素催化碳納米管滲透
一方面，材料體系的變化推動了碳納米管導電劑的發展。
短期來看，磷酸鐵鋰動力電池占比回升疊加儲能電池放量將加速推動碳納米管需求釋放。中長期來看高鎳三元、硅基負極滲透率提升。高能量密度仍是動力電池主要發展方向，其中主要載體三元動力電池的新型導電劑主要為碳納米管導電漿料。高鎳三元硅負極理論能量密度高達4200mAh/g，是已知用于做負極材料理論比容最高的材料，但其導電性能較差，需要添加高性能導電劑提升，而CNT不僅可以彌補硅基負極導電性不足，還可以在硅顆粒之間建立高度導電和持久連接，即使硅負極顆粒體積膨脹并開始出現裂縫，這些顆粒仍可通過CNT保持良好連接，防止負極材料破裂。
另一方面，動力電池出貨量快速增長，有望進一步提振碳納米管需求。
據統計，全球方面，2021年全球新能源汽車銷量為644.20萬輛，同比增長107.45%；2022年1-7月銷量為493.03萬輛，同比增長63.20%。國內方面，2021年國內新能源汽車銷量為352.10萬輛，同比增長157.57%；2022年1-8月新能源汽車銷量為385.99萬輛，同比增長114.56%。新能源汽車行業高景氣帶動動力電池裝機量持續增長，根據SNE Research數據，2021年全球動力電池裝機量為296.8GWh，同比增長102.18%，2022年1-8月裝機量為202GWh，同比增長76%。
綜合來看，碳納米管作為性能更加優異的新型鋰電池導電劑，將受益于新能源汽車行業高景氣帶動鋰電池出貨量大幅增長，其需求有望持續攀升。
參考資料：
挖貝網、思瀚產業研究院
田豐.碳納米管的合成及其作為導電劑在鋰離子電池正極材料中的應用研究
華創證券.導電劑行業深度報告：導電炭黑開啟國產替代，碳納米管滲透持續提速
廣發證券.導電炭黑國產化元年，碳系材料平臺精細化之路
未來智庫.碳納米管行業研究：新一代導電材料，應用前景廣闊
（中國粉體網編輯整理/黑金）
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