2022年碳纳米管行业发展现状及应用场景分析 碳纳米管市场主要在锂电的正极材料添加剂领域

1、 碳纳米管：具有优异的性能和较高的进入壁垒

碳纳米管是拥有特殊构造的一维材料。它是一种由六边形形状的碳原子构成 的同轴圆管，并且其中的碳原子以 sp2 杂化为主，因为其特殊的六角型结构导 致弯曲，形成了空间拓扑结构，使得中间的化学键拥有了 sp2和 sp3 混合杂化状 态。每层间的距离约为 0.34nm 保持不变，圆管的直径通常为 2~20nm。 碳纳米管的特征明显，主要特征有：直径较小、比表面积较大、导电性良好、 力学性质好、储氢性能好、热学性能好。因为其直径小，可以在材料表面紧密的 分布；又因其比表面积大，可以吸附微生物、杂质，保护材料不被侵蚀。 近年 来，碳纳米管因其独特的优良特性被学界广泛关注。

碳纳米管的制备 目前生产碳纳米管的主流方法有三种，分别是：电弧放电法、激光烧蚀法和 化学气相沉积法。

（1）电弧放电法

这种方法是制备碳纳米管的主要方法之一，其步骤是在充斥着氦气或氩气的 反应容器中加入石墨，通过激发电弧的方法，让容器内温度到 4000℃，导致石 墨蒸发，从而制备出了不同类型的碳纳米管。

（2）激光烧烛法

把含有金属催化剂与石墨混合的石墨靶，放入长条石英管中，再将管放到加 热炉内。当炉内达到所需温度时，把惰性气体灌入石英管内，并在石墨靶上打入 激光从而生成气态碳。 生成物在气流的带领下，进入低温区导致温度降低，由 于催化作用得到碳纳米管。（报告来源：未来智库）

（3）气相沉积法

在温度达到一定高度的环境下，在含有催化剂的模板中充入气化烃，从而导 致其分解生成碳纳米管。制备的碳纳米管纯度比较高，并且温度要求高、减少了 耗能，但是制备过程中的必要条件是催化剂。该法已经可以完成吨级碳纳米管的 批量生产。

较高的进入壁垒

（1）技术壁垒

虽然目前市场上主流的几家生产厂商都是采用纳米聚团流化床的方法进行 宏量制备，但在质量控制上略有不同。影响碳纳米管性能的核心指标是长径比和 纯度：碳纳米管因其独特的线状结构在电池电极中形成有效的线或面导电网络， 电池充放电时电子经过上述导电网络传导，而不像传统导电剂通过颗粒点对点传 导，碳纳米管的长径比越高，导电效率越高，从而实现快速充放电。当碳纳米管 应用于电池，若其中含有金属杂质，则会引起自放电等现象降低性能，所以纯度 越高，碳纳米管质量越好。 生产优质碳纳米管对厂商的要求较高，需要厂商不断积累能够稳定地、批量 生产细管径、高纯度碳纳米管的经验，并不断改进生产工艺。

（2）下游市场壁垒

以碳纳米管目前主要的下游锂电行业为例，锂电企业对于导电浆料的供应商 都有非常严格的考察程序，全方位对产品质量的稳定性、一致性等指标进行考察， 考察周期一般长达 1~2 年。业务关系一旦建立，碳纳米管厂商即和下游厂商形 成较深厚的捆绑关系，在相当长的时间内保持稳定。 从主要碳纳米管厂商的下游情况来看，各家几乎没有共同的客户。这也从侧 面反映了开拓下游市场的难度以及头部企业具有难以撼动的先发优势。

2、碳纳米管有广泛的应用场景和市场空间

目前碳纳米管市场主要在锂电的正极材料添加剂领域，往硅碳负极里添加碳 纳米管还处在研究阶段。许多研究成果表明，碳纳米管在其他领域比如涂料、医 疗、纺织等都有用武之地，但真正达到技术成熟、实现市场化还有很长的路要走。

（1）动力锂电池 在锂电池的发展中，如何提升能量密度是绕不开的话题。碳纳米管具有优异 的导电性能和纤维状特征，相对于传统的导电剂炭黑，碳纳米管作为导电剂的添 加量大大降低。在相同的质量下，可以添加更多的正极材料，从而使得电池的容 量更大，同时显著提高电池的倍率性能和循环寿命。碳纳米管可应用于消费品高 能量密度电池、超长寿命需求的 EV 电池，兼顾倍率和容量密度的储能、功率电 池、超高/超低温等特种性能需求电池等。

根据 GGII 的统计，早在 2018 年，碳纳米管在动力锂电池的渗透率已经达 到 31.8%，预计到 2023 年渗透率有望升至 82.2%，需求量预计将达到 19.06 万 吨。虽然碳纳米管的价格高于传统导电剂炭黑，但由于导电剂成本在整个电池中 的占比很低，约为 5%左右，所以价格并不会对碳纳米管的市场渗透造成阻碍。

放眼未来，碳纳米管的主要商业逻辑依旧是对炭黑等传统导电剂的改良和替 代。我们认为，未来的正极导电剂也会在碳纳米管的基础上进行技术更迭，或将 碳纳米管和其他材料复合使性能更加完善。如石墨烯（GN）和碳纳米管(CNT) 结合，聚团现象将得到缓解，形成有效的导电网络；在合适的配比下，复合的材 料的电阻率和方块电阻降低；同时获得更高的充放电效率和循环能量。

（2）防腐涂料 从碳纳米管出发合成的碳纳米管－聚苯胺复合涂层等复合涂料能不同程度 地提升材料的防腐性能，并提高热稳定性。但目前也存在一些问题，比如：受生 产设备和技术的限制，成本较高、材料纯度较低；碳纳米管材料容易聚团，在涂 料中分布不均匀；碳纳米管与基体粘合力较弱，两种物质之间的界面不够稳固； 各类涂层对碳纳米管的用量和类型尚未完全明确等。

（3）医疗 基于碳纳米管的电极具有与皱纹/曲线皮肤相容、导电性好、重量轻和可忽 略皮肤刺激的特点，可以将其用作可穿戴和纺织电极。和织物电极相比，聚合物 电极更容易制造且有更好的生物相容性，用电极缝制的背心甚至可以像普通衣服 一样清洗。它的高导电性可以高效获取微弱的心电信号，帮助医生及时掌握患者 的真实状况。可以预见，碳纳米管复合电极未来将在便携式医疗（如：心脏信号 监测等）和康养行业发挥无可比拟的作用。

（4）纺织 碳纳米管是一种介电损耗型吸波材料，介电常数高，满足新兴吸波材料频带 宽、厚度薄、质量轻和吸收强的要求。碳纳米管基吸波复合材料主要应用于军事 隐身领域，和传统的电磁屏蔽相比，更加绿色环保；同时还可以与柔性纺织材料 结合，用于孕妇服、家用微波防护围裙、强电磁环境作业服等特殊服装的制作。

（5）体育用品 碳纳米管具有独特的机械性能，可以为棒球、曲棍球、网球拍、划船桨带来 更高的抗击强度，同时减轻自重，有助于上述运动项目成绩的提高。

（6）轮胎 碳纳米管添加于轮胎中，能有效提高轮胎的散热能力，对于抗耐磨有更好的 效果，延长使用寿命，同时满足特殊环境对于抗静电要求。同时在行驶过程中， 也能满足降噪需求，提高乘坐时的舒适度。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）