全球碳納米管行業(yè)壁壘及2025年市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)

全球碳納米管行業(yè)壁壘及2025年市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)

碳納米管（CarbonNanotubes,CNTs）是一種同軸管狀結(jié)構(gòu)的碳原子簇，其管徑與管之間相互交錯(cuò)的縫隙都屬于納米數(shù)量級(jí)，根據(jù)管壁的層數(shù)可以將CNTs分為單壁碳納米管（SWCNTs）和多壁碳納米管（MWCNTs）。碳納米管自被發(fā)現(xiàn)以來(lái)就因?yàn)槠鋬?yōu)異的電學(xué)、力學(xué)、化學(xué)等性能，在多項(xiàng)領(lǐng)域中顯示出巨大應(yīng)用潛力。（1）在鋰電池領(lǐng)域，碳納米管憑借優(yōu)異導(dǎo)電性能，被廣泛應(yīng)用于鋰電池新型導(dǎo)電劑。（2）在導(dǎo)電塑料領(lǐng)域，碳納米管憑借其優(yōu)越的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能，用來(lái)提升導(dǎo)電塑料的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，已經(jīng)顯現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價(jià)值。

一、碳納米管行業(yè)壁壘

在實(shí)際應(yīng)用中，多組分混合型導(dǎo)電劑顯現(xiàn)出較單一組分導(dǎo)電劑更多的優(yōu)勢(shì)，目前CNT+SP、CNT+KB等多組分導(dǎo)電劑成為CNT大批量導(dǎo)入實(shí)際生產(chǎn)的主要形式，顯現(xiàn)出更優(yōu)異的性能表現(xiàn)。實(shí)際使用中，點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)的SP比較廉價(jià)，與線狀的CNTs或面狀的石墨烯組合使用，可發(fā)揮點(diǎn)、線、面的協(xié)同作用，使電池性能更好，實(shí)際應(yīng)用中包括SP+KB、CNT+SP以及CNT+GN等多種多組分導(dǎo)電劑成為重要的實(shí)際應(yīng)用方案。

截止目前碳納米管的制備方法主要包括電弧放電法、激光燒灼法和化學(xué)氣相沉積法（ChemicalVaporDeposition,CVD）等。在CVD機(jī)制中，碳源在催化劑表面發(fā)生吸附、反應(yīng)；反應(yīng)形成的碳原子溶解到催化劑中，當(dāng)其達(dá)到飽和后，碳原子不斷析出形成碳納米管；并且CVD工藝可在低溫、常壓下低成本的制備，并可在生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)碳納米管壁數(shù)、直徑、長(zhǎng)度、以及取向進(jìn)行控制，成為目前為止最具潛力的工業(yè)化量產(chǎn)工藝。

核心工藝為催化劑條件下的化學(xué)氣相沉積（CVD,ChemicalVaporDeposition）碳納米管粉體的主要生產(chǎn)工藝流程如下：（1）催化劑制備：該步驟為碳納米管生產(chǎn)的核心步驟，催化劑生產(chǎn)的質(zhì)量、性能將直接影響后續(xù)產(chǎn)出的碳納米管質(zhì)量。Fe/Co和Ni等納米過(guò)渡金屬催化劑在CNT生長(zhǎng)過(guò)程中具有較高的催化活性及緩和的生長(zhǎng)條件，是常用的CNT催化劑材料；另一方面，除材料配方外，碳納米管的直徑很大程度依賴于納米催化劑顆粒的大小。因此包括催化劑的材料配方、粒徑大小、一致性控制等，均是碳納米管生產(chǎn)的核心工藝難點(diǎn)。

（2）CVD碳納米管生長(zhǎng)：將催化劑放入碳納米管反應(yīng)器，再將甲烷或丙烯（碳?xì)浠衔铮?、氫氣（抑制徑向生長(zhǎng)）、氮?dú)獾劝匆欢ū壤?、氣流速度?dǎo)入，在高溫條件下生長(zhǎng)得到碳納米管粗粉。其中CVD碳納米管連續(xù)生產(chǎn)工藝以及相關(guān)設(shè)備均是核心技術(shù)難點(diǎn)，各廠家均建立了相對(duì)應(yīng)設(shè)備專利體系。

（3）CNT純化工序（去除無(wú)定型碳以及金屬雜質(zhì)）：不同型號(hào)產(chǎn)品需要經(jīng)過(guò)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(wú)定形碳雜質(zhì)；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(zhì)。碳納米管粗粉經(jīng)過(guò)純化工序后得到碳納米管純粉。

（4）粉碎：最后，將碳納米管純粉放入粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，制備得到分散性較好的碳納米管粉體。

（5）碳納米管導(dǎo)電漿料生產(chǎn)：由于碳納米管粉分散性差、容易發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致在應(yīng)用過(guò)程中導(dǎo)電、導(dǎo)熱性等大幅不及預(yù)期，目前的主流工藝是在將CNT粉體與NMP、分散劑等進(jìn)行混合，以漿料形式向下游客戶銷(xiāo)售。①按照一定比例將分散劑和溶劑（NMP或去離子水）進(jìn)行攪拌，使得分散劑與溶劑充分融合，隨后加入一定比例的碳納米管粉體，充分?jǐn)嚢杈鶆蛑撂技{米管粉體在溶劑中預(yù)分散。②將預(yù)分散好的漿料投入砂磨機(jī)進(jìn)行分散，制備得到分散均勻的碳納米管導(dǎo)電漿料。

對(duì)于碳納米管行業(yè)，新進(jìn)入者主要面臨技術(shù)壁壘、客戶和市場(chǎng)開(kāi)發(fā)壁壘、資金壁壘。目前碳納米管雖然在理論上和實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)證實(shí)有廣泛的應(yīng)用空間，但由于專利保護(hù)、與下游應(yīng)用對(duì)接難度大等因素，碳納米管規(guī)模化量產(chǎn)短期內(nèi)還無(wú)法實(shí)現(xiàn)；碳納米管生產(chǎn)企業(yè)如果沒(méi)有制備、提取、分散等相應(yīng)的核心技術(shù)或生產(chǎn)工藝，將難以生產(chǎn)具備競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。其次，導(dǎo)電劑作為鋰電池電池的關(guān)鍵輔材之一，其質(zhì)量與鋰電池的性能、安全性息息相關(guān)，下游鋰電池企業(yè)對(duì)導(dǎo)電劑供應(yīng)商有嚴(yán)格的考察程序，考察周期長(zhǎng)。再者，碳納米管行業(yè)作為新興行業(yè)，初創(chuàng)企業(yè)在技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)設(shè)備購(gòu)置等方面的資金需求大。行業(yè)壁壘限制新進(jìn)入者，龍頭企業(yè)不斷擴(kuò)產(chǎn)規(guī)?；l(fā)展，品牌效應(yīng)建立增強(qiáng)客戶之間的信任度，未來(lái)行業(yè)集中度有望提高。

截止目前全球主流碳納米管生產(chǎn)商包括天納科技、三順納米、青島昊鑫以及韓國(guó)LGchem等，各自均已在碳納米管領(lǐng)域提前規(guī)劃深厚的專利布局。具體來(lái)看，碳納米管制備領(lǐng)域的主要專利壁壘主要體現(xiàn)在催化劑制備、宏量連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備、分散設(shè)備、分散漿料&復(fù)合導(dǎo)電劑配方等方面。LGchem的專利申請(qǐng)數(shù)為43，位居第一，天奈科技、三順納米、青島昊鑫分列二到四位；其中，天奈科技的發(fā)明申請(qǐng)與實(shí)用新型專利申請(qǐng)均位居行業(yè)第一位。

二、碳納米管行業(yè)市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)

受益于CNT導(dǎo)電劑帶來(lái)的導(dǎo)電劑用量減少、電池帶電量提升，以及性能方面的改善（低溫性能、散熱性能等提升），碳納米管導(dǎo)電劑在動(dòng)力鋰電領(lǐng)域得到了快速應(yīng)用和發(fā)展。預(yù)計(jì)2019-2025年全球動(dòng)力鋰電領(lǐng)域CNT導(dǎo)電劑漿料用量將從2.7萬(wàn)噸快速提升至35.4萬(wàn)噸，2019-2025年需求復(fù)合增速約54%。按照單噸CNT導(dǎo)電劑漿料3-4萬(wàn)元/噸計(jì)算，市場(chǎng)規(guī)模將從2019年約9.5億元快速增長(zhǎng)至約124億元。

《2020-2026年中國(guó)碳納米管（CNTS）產(chǎn)業(yè)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀及發(fā)展前景分析報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示：2019年全球動(dòng)力鋰電領(lǐng)域碳納米管需求量約1081噸，預(yù)計(jì)至2025年全球動(dòng)力鋰電領(lǐng)域碳納米管需求量將達(dá)到約14156噸，2019-2025年CAGR約54%。

相較動(dòng)力電池領(lǐng)域，3C領(lǐng)域近年來(lái)對(duì)快充功能提出了更多需求。CNT導(dǎo)電劑通過(guò)構(gòu)建線狀導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，在減少導(dǎo)電劑用量、提升電池帶電量基礎(chǔ)上更進(jìn)一步提升了電池快速充放電性能，近年來(lái)在高端3C數(shù)碼領(lǐng)域取得了快速發(fā)展。

預(yù)計(jì)2019-2025年鋰電池儲(chǔ)能領(lǐng)域的CNT需求量占比將從16%提升至40%、成為非動(dòng)力鋰電領(lǐng)域的最大增量，其他領(lǐng)域方面，預(yù)計(jì)2025年，其他3C等需求占比約34%，手機(jī)領(lǐng)域需求占比約17%，筆記本領(lǐng)域需求占比約5