碳纳米管性能优势、制备工艺及竞争格局如何？

碳纳米管生产技术壁垒较高，竞争格局良好。

碳纳米管生产企业主要采用化学气相沉积法（CVD）制备碳纳米管。目前碳纳米管的制备 方法主要包含化学气相沉积法、激光蒸发（烧蚀）法、石墨电弧法等。化学气相沉积法（CVD） 的原理是采用金属催化剂，加热碳源使其在催化剂表面裂解，沉积析出的碳原子再扩散形 成碳纳米管。相较于其他制备方法，化学气相沉积法可以在真空或大气压下进行，具备反 应过程易于控制、反应温度相对较低、产品纯度较高、单批次产量较高等优点。因此，碳 纳米管生产企业主要采用化学气相沉积法（CVD）制备碳纳米管。目前公司掌握的流化床 化学气相沉积工艺已经可以实现单批次十吨级的连续化工业生产，既保证产量较大产出， 也保证产品品质稳定，实现对碳纳米管产品性能及成本的有效控制。

碳纳米管生产难度较高。制备碳纳米管的难点主要体现在两个方面，一是如何精细调控碳 纳米管的核心性能指标，主要包括长径比和纯度，从而提升碳纳米管的导电性能，二是如 何实现碳纳米管的宏量制备。碳纳米管粉体生产的核心难点主要在于催化剂的设计与制备、 流化床宏量生产以及提纯、分散等技术。

催化剂设计与制备：化学气相沉积法制造碳纳米管的关键是催化剂，催化剂的成分及结构直 接决定碳管生长，会影响其粒径、活性、纯度等性能，进而对碳纳米管的管径、长度、纯度 以及均一性产生显著影响。催化剂寿命影响碳纳米管的长度；其粒径尺寸决定了碳纳米管的 直径和壁数，通常二者呈正相关关系；具有较高熔点以及特定形态的固体催化剂能够对碳纳 米管表现出较好的手性选择性。

公司第二、三代产品量产突破的核心技术都是催化剂的设计 与制备。公司掌握长度可控的定向生长碳纳米管催化剂制备技术，该催化剂可以使得碳纳米 管以垂直于层状载体方向，在其两层之间呈定向平行生长，生产的碳纳米管长径比较大，同 时可以控制碳纳米管管径、长度以及纯度等三个核心指标，主要应用于公司第二代碳纳米管 产品制备及量产过程中。公司自主开发的以尖晶石为主的复合结构催化剂，除进一步提高碳 纳米管的长径比以提升导电性外，同时提升了产品的碳纯度。相应的碳纳米管产品中的活性 金属残留量低、导电性更优异。公司由此形成了尖晶石复合催化剂流化床宏量制备碳纳米管 技术，主要应用于公司第三代碳纳米管产品制备及量产过程中。

流化床大规模生产：为了解决碳纳米管宏量制备的问题，基于化学气相沉积系统发展出了 多种商业化宏量制备方法，包括流化床、固定床、移动床和输送床等。流化床反应器是一 种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应 或液固相反应的反应器。流化床生长法具有碳源和催化剂可连续供给的特点，容易进行大 规模的生产，产率较高。流化床法是目前进行碳纳米管宏量制备的主流方式。在保证生产 效率高的前提下，碳纳米管流化床制备技术也能满足差异化碳纳米管的量产需求。目前公 司的流化床反应器已实现自动化控制，可以满足连续工业化生产的需求。

提纯：金属杂质（尤其是铁）会加大动力锂电池的自放电而增加了电池的安全隐患，因此 动力锂电池对碳纳米管导电剂的纯度要求更高。根据产品的型号和定位，对不同产品进行 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型碳杂质；酸洗提纯、石墨 化主要除去碳纳米管粗粉中催化剂金属杂质，将碳纳米管粗粉进行纯化工序后，即可得到 碳纳米管纯粉。 分散：由于碳纳米管比表面积高和长径比大，容易出现团聚现象，难以直接将碳纳米管均 匀分散在锂电池电极材料当中。碳纳米管以粉体的形式在锂电池电极材料应用中无法被有 效分散，依然处于聚团状态，降低了碳纳米管的导电性能。针对该问题，公司使用了包括 高速分散机、胶体磨、均质机、超声设备等多种分散设备，最终成功遴选出最合适的分散 剂、分散方法和设备。

行业格局清晰，集中度高于大多数锂电材料其他环节。碳纳米管导电浆料技术要求较高， 同时下游锂电池企业对供应商的产品质量、稳定性、一致性以及持续供货能力考察周期较 长，客户粘性较高，行业集中度较高。根据 GGII 数据，2017 年行业出货量 CR3 为 62.9%， CR5 为 82.7%，2021 年 CR3 为 70.6%，CR5 为 86.6%，行业集中度显著提升。与锂电池 主要材料其他环节相比，碳纳米管行业CR5与湿法隔膜（87.5%）相当、优于电解液（74.9%）、 负极材料（71.3%）、磷酸铁锂正极（67.5%）以及三元正极（61.0%），行业竞争格局较好。 天奈科技市场占有率稳居行业龙头。

作为最早将碳纳米管通过浆料形式导入锂电池的企业 之一，天奈科技打破了国外企业对导电剂产品的垄断。通过与同行业可比公司对比，公司 碳纳米管导电浆料在粘度、碳纳米管含量、导电性能以及产能建设等方面处于行业领先水 平，根据高工锂电，公司市占率由 17 年的 31.1%增长至 21 年的 43.4%，市场占有率稳居 行业龙头。