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碳纳米管行业发展阶段

碳纳米管是日本电子公司的饭岛博士在1991年发现的。1996年，日本昭和电气建造了世界也是川崎第一家商业化生产碳纳米管的工厂，年产能20吨，标志着碳纳米管商业化生产的开始。碳纳米管的发展已经经历了商业化阶段(2006-2007年)行业过热发展(2009-2010年)良性复苏阶段(2017年至今)直到电动车的推广行业才迎来转机，进入良性复苏阶段。国内碳纳米管企业此时也进入了快速发展阶段到了2019年，已经有了三顺纳米、天奈科技和德国纳米三家碳纳米管公司上市。新能源汽车普及、5G替代潮和锂电池导电剂国产化将推动碳纳米管产业快速增长。碳纳米管是一种性能优异的新材料，其大规模商业应用主要来自锂电池和导电塑料，其中来自锂电池的需求超过80%化学气相沉积通常用于碳纳米管的工业生产(CVD法)

中国对碳纳米管的研究已经进行了几十年，中国科学家在碳纳米管方面的研究水平基本与世界先进水平不相上下，在某些领域处于领先水平。在碳纳米管的基础研究方面，北京大学张进团队、李炎团队在合成导电可控的碳纳米管、单手碳纳米管的合成和分离做出了重要贡献。北京大学彭练矛团队在碳纳米管电子器件方面取得重大进展。在碳纳米管的应用方面，清华大学费薇团队正在进行碳纳米管的宏观制备、高强度碳纳米管纤维、碳纳米管导电添加剂等方面都取得了很大的成绩。

图表：碳纳米管行业发展阶段

资料来源：智研瞻产业研究院整理

碳纳米管行业市场规模

统计数据显示，2017年，中国碳纳米管行业市场规模为5.92亿元，2022年中国碳纳米管产业市场规模为15.56亿元。2017-2022年中国碳纳米管行业的市场规模如下：

图表：2017-2022年中国碳纳米管行业市场规模

数据来源：智研瞻产业研究院整理

碳纳米管企业发展分析

目前国内大部分生产碳纳米管的公司技术水平和产品结构都差不多，很少有国内公司具备原创研发能力和原创研发团队。总体来说是低端过剩、高端缺货，小、散、乱，高利润的高端产品掌握在少数公司手中。

在世界范围内，生产碳纳米管的公司并不多，生产千吨以上规模的碳纳米管粉体的公司更是少之又少，更不用说靠生产规模形成优势，资金壁垒也不是很高。世界各地公开报道的信息，韩国 s LG公司，宣布2020年1700吨/2000年计划的多壁碳纳米管生产线，是为数不多的拥有千吨产能的公司。对于这么精细的新材料产业，最重要的是产品的性能指标和技术水平。谁能推出技术原创性价比更高的新一代碳纳米管产品，谁就能引领市场。从技术进步中压榨利润，通过技术进步提高性能降低成本，击败研发创新不足，只能靠投机进入、用低价干掉竞争对手，结束国内碳纳米管粉体和碳纳米管导电浆料生产的无序扩张，在国际市场上与国外公司竞争。

天奈 中国在科技领域的领先地位是稳固的

2021年，天奈科技在行业出货量方面排名第一。天奈科技是最早实现碳纳米管以浆料形式商业化进入锂电池的企业之一，目前是全国CNT导电浆料销量第一、出货量最大的企业稳坐行业头把交椅，市场份额43.4%，远超行业二三线企业。

海外企业开始布局碳纳米管产能建设。目前碳纳米管导电浆料生产企业主要集中在国内，国外公司主要掌握性价比较高的炭黑导电剂但由于碳纳米管优异的导电性能和逐年下降的价格，国外公司也开始布局CNT业务。

图表：国外企业布局CNT业务

资料来源：智研瞻产业研究院整理

碳纳米管行业发展趋势

一、高镍趋势明朗，碳纳米管迎来机会

目前，三元和磷酸亚铁锂是电动汽车的主要正极材料。三元正极材料对应的锂电池具有能量密度高同等条件下续航能力强的特点；磷酸铁锂电池具有安全性好成本低的特点，两者都广泛应用于电动汽车领域。其中，三元材料可分为NCM（镍钴锰）和NCA（镍钴铝）两种。

三元锂离子电池的发展趋势是：高 Ni、低 Co。在正极材料中， Ni和 Co是最重要的正极材料， Ni的比容量更大， Co的存在有助于保持材料的层状结构稳定性，提高材料的倍率和循环稳定性。在三元体系中，由于三元体系中的锂离子的移动活性较小，而且，与钴相比较，镍具有较高的电压，较大的电容，因而；要想持续地提升三元正极材料的比电性能，增加镍的含量是一种不可避免的发展方向。必须要有少量的或不含任何的钴。

主要有高镍路线和高压路线两种方式。目前理论上主要有两条高镍路线，或者说是提高电池容量密度的路线其中高镍方案是通过增加三元材料中比容量更高的镍材料的比例来提高能量密度；高压方案是在保证正常工作的前提下，提高充电电压，从而提高能量密度。

提高能量密度和循环寿命仍是重要课题，碳纳米管迎来发展机遇。目前，提高能量密度和循环寿命仍然是一个重要的问题除了改善阴极本身的材料性能之外，还涉及其他材料的性能碳纳米管因其导电性等性能优势，对提高能量密度和循环寿命有很大帮助，有望迎来重大发展机遇。

图表：高镍化趋势明确，碳纳米管迎来契机

资料来源：智研瞻产业研究院整理

二、新一代阳极材料助力碳纳米管发展

目前大部分锂电池使用碳作为负极，但电池的容量是由正负极之间可回收的锂决定的。如果从正极释放的锂每次都被负极消耗掉，那么返回正极的锂就会减少。由于硅可以在室温下与锂合金化，理论单位放电容量是石墨的10倍，因此也可以有效提高锂电池单位体积的储存容量。同时，它有大量的储备、成本低、环保，所以硅基负极材料已经成为下一代负极材料。

然而，由于 Si基电极的高体积分数限制了其在储能领域的应用。由于其在充放电时会发生剧烈的体积变化（与 Li发生化学反应），使其产生高约360%的体积变化，从而使其成为一种极具应用前景的负极。但其充放电过程中，由于充放电过程中的体积膨胀率较大，易引起 SEI薄膜的重复增长，从而引起循环库伦效率较低。

粒子的粉末和电极的粉末对电池的充放电稳定性有很大的影响。在充放电时，由于 Si负极的体积膨胀，导致 Si负极的开裂，导致物质粒子的粉化，从而导致 Si负极与收集液之间的接触破裂。由于膨胀所引起的作用力会对电极造成压力，使得电极存在破裂的危险，进而对整个电池的循环稳定性造成不利的影响。

碳纳米管被认为有助于提高以硅基负极为基础的特性。目前，硅基阳极的导电率远低于纯、人工碳等其他正极材料，因此必须通过加入高效导电物质来改善其导电率。碳纳米管（CNTs）作为一种新型的导电性胶体，在 Si基负极中具有优异的应用前景：1) CNTs具有较高的力学强度，能够有效地改善 Si基负极的结构稳定性，使其在外部压力下不容易发生断裂。2)具有优良的导电率，能够补偿由硅基构成的正极导电率低的缺陷。3)由于 Si基负极具有较高的比表面，因此能够很好地抑制 Si基正极在脱嵌锂时发生的结构崩塌现象。

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