2018年中國(guó)新型導(dǎo)電劑行業(yè)建設(shè)項(xiàng)目、市場(chǎng)格局、行業(yè)國(guó)產(chǎn)化替代趨勢(shì)分析[圖]

    電池生產(chǎn)企業(yè)通常增加一定量的導(dǎo)電劑，以提高電極中鋰電池電子的傳輸速率，從而提高鋰電池的速率性能，延長(zhǎng)鋰電池的循環(huán)壽命。

    碳納米管和石墨烯導(dǎo)電劑比傳統(tǒng)導(dǎo)電劑具有更好的導(dǎo)電性和節(jié)省用量。由于空間結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品形態(tài)和接觸面積不同，不同類型的導(dǎo)電劑具有不同的導(dǎo)電性，對(duì)鋰電池的能量密度、速率性能、壽命性能和高低溫性能有影響。鋰電池中常用的導(dǎo)電劑主要包括炭黑、導(dǎo)電石墨、VGCF（氣相生長(zhǎng)碳纖維）、碳納米管和石墨烯。其中，炭黑、導(dǎo)電石墨和VGCF屬于傳統(tǒng)的導(dǎo)電劑，它們與活性材料之間的每個(gè)成形點(diǎn)、表面或線接觸形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò);碳納米管和石墨烯屬于新型電極材料，分別形成線觸和表面接觸導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。在劑量方面，添加的導(dǎo)電劑量取決于不同電池制造商的電化學(xué)系統(tǒng)，電化學(xué)系統(tǒng)一般為正極或負(fù)極重量的1%-3%。碳納米管導(dǎo)電劑的含量?jī)H為傳統(tǒng)導(dǎo)電劑的1/6-1/2，可有效增加極性活性物質(zhì)的比例，從而提高電池性能。

    隨著新型導(dǎo)電劑技術(shù)的快速迭代，碳納米管實(shí)驗(yàn)室技術(shù)已發(fā)展到我國(guó)第六代。目前，全球碳納米管生產(chǎn)規(guī)模并不大，少有企業(yè)碳納米管粉末生產(chǎn)規(guī)模超過(guò)千噸，對(duì)于這樣的精細(xì)新材料行業(yè)來(lái)說(shuō)，最重要的是產(chǎn)品性能指標(biāo)和技術(shù)水平，通過(guò)技術(shù)進(jìn)步來(lái)提高性能降低成本。據(jù)報(bào)告，國(guó)內(nèi)碳納米管實(shí)驗(yàn)室技術(shù)已發(fā)展到第六代，經(jīng)歷了以下階段：

    （1）第一代，主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)碳納米管的噸位生產(chǎn)，對(duì)管徑和電導(dǎo)率等指標(biāo)沒(méi)有很大需求。生產(chǎn)的碳納米管直徑約為10-30nm，通過(guò)移動(dòng)床/流化床實(shí)現(xiàn)噸位生產(chǎn)。（2）第二代通過(guò)催化劑的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了約10納米碳納米管的生長(zhǎng)，并產(chǎn)生了具有聚集結(jié)構(gòu)的碳納米管。（3）第三代碳納米管的定向結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)通過(guò)分層無(wú)機(jī)載體控制實(shí)現(xiàn)，碳納米管直徑為7-11納米，實(shí)際量擴(kuò)大時(shí)特定表面積為230-300m2/g。由于含有硅，純化較為復(fù)雜，電池級(jí)純化成本較高。（4） 第四代碳納米管密度低，易于分散，特定表面為250-350m2/g，堆棧密度為0.01-0.02克/毫升。由于碳納米管產(chǎn)品的密度相對(duì)較低，流化床生產(chǎn)工藝的可控性波動(dòng)較大，批次差異明顯。平均直徑為8納米。催化劑工藝效率低，成本高，環(huán)保壓力大，生產(chǎn)成本高。（5）第五代，低密度薄壁顯示碳納米管，蓬松，易于分散。碳納米管層數(shù)在2-4層，比表面高450m2/g，碳納米管直徑在3-8納米，密度也低，約為0.01-0.02克/毫升，生產(chǎn)效率遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)碳納米管。（6）在第六代中，薄壁碳納米管技術(shù)與傳統(tǒng)碳納米管生產(chǎn)工藝兼容，與傳統(tǒng)流化床或移動(dòng)床設(shè)備兼容，能生產(chǎn)高效、低成本的高導(dǎo)電碳納米管。產(chǎn)品堆棧密度為0.05-0.07克/毫升，催化劑比可調(diào)9-40倍。管道的平均直徑約為6.0-7.5nm，可形成多種規(guī)格。催化劑可簡(jiǎn)單、高效批量生產(chǎn)，環(huán)保工藝。

    從大規(guī)模生產(chǎn)的角度看，產(chǎn)品之間存在著巨大的代際差異。碳納米管的長(zhǎng)徑比、碳純度作為影響碳納米管的兩個(gè)核心指標(biāo)，直接決定著碳納米管的導(dǎo)電性。目前，市場(chǎng)上的主要銷售產(chǎn)品都大相徑庭，如天奈科技的第二代和第三代產(chǎn)品、三順納米的GCNTs5系列、浩鑫的產(chǎn)品、德國(guó)納米儀的CNT-F1系列、無(wú)錫東恒的DH-P2-5系列、納米港的NTP3003系列在長(zhǎng)徑比控制方面均有優(yōu)異的性能，而純度方面目前主流廠商相差較大。

各導(dǎo)電劑廠商產(chǎn)品參數(shù)對(duì)比

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    目前市場(chǎng)上的導(dǎo)電劑價(jià)格相差很大，產(chǎn)品單價(jià)從27100元/噸到58300元/噸不等。以天奈科技為例，2018年第三代產(chǎn)品的單價(jià)為58300元/噸，而第一代產(chǎn)品僅為27100元/噸。與舊產(chǎn)品相比，新產(chǎn)品具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。青島浩鑫也是如此，其2016年碳納米管導(dǎo)電劑銷售型號(hào)的NS-1售價(jià)為21600元/噸。2017年，NS-7D、NS-8、NS-88產(chǎn)品根據(jù)比亞迪汽車模型需求進(jìn)行開(kāi)發(fā)。新型號(hào)價(jià)格高于45000元/噸，提高了碳納米管導(dǎo)電劑的整體銷售價(jià)格。同時(shí)，隨著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化，生產(chǎn)企業(yè)年平均單價(jià)也出現(xiàn)較動(dòng)。對(duì)于下游客戶來(lái)說(shuō)，新一代產(chǎn)品雖然價(jià)格有所上漲，但其性能提升非常明顯。隨著高能量密度和快速充電的實(shí)施，新產(chǎn)品的"高性能-價(jià)格比"將逐步體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)。

不同生產(chǎn)企業(yè)和導(dǎo)電劑產(chǎn)品銷售單價(jià)比較（萬(wàn)元/噸）

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    由于碳納米管導(dǎo)電劑產(chǎn)品的快速迭代，連續(xù)的研發(fā)投資是公司未來(lái)盈利能力的保證。從導(dǎo)電代理行業(yè)整體來(lái)看，研發(fā)投資約占營(yíng)業(yè)收入的5%，其中天奈科技主要從事導(dǎo)電劑業(yè)務(wù)，道氏技術(shù)、德方納米在其他領(lǐng)域有研發(fā)投資。

導(dǎo)電劑行業(yè)公司研發(fā)支出占營(yíng)業(yè)收入比例

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    從專利的數(shù)量和結(jié)構(gòu)上，導(dǎo)電劑領(lǐng)域的專利主要分布在碳納米管、石墨烯制備、導(dǎo)電漿料制備及相關(guān)設(shè)備等領(lǐng)域。其中，天奈科技的相關(guān)發(fā)明專利、實(shí)用新型和授權(quán)外購(gòu)專利最多，其他基本處于同一水平。天奈科技公司目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)并掌握了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第二代和第三代產(chǎn)品技術(shù)。在青島昊鑫方面，已獲得兩種石墨烯和復(fù)合材料及兩種石墨烯制備的專利實(shí)施許可。在三順納米方面，除導(dǎo)電劑制備方法專利是受讓外，其他專利如催化劑、分散液、漿料、設(shè)備等都是自主研發(fā)的。

截至2019年10月各家主要導(dǎo)電劑生產(chǎn)廠商專利情況

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    前端碳納米管的資本投資大，中段輕資產(chǎn)應(yīng)用，產(chǎn)品附加值增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯。從單位資產(chǎn)投資來(lái)看，碳納米管每萬(wàn)噸單位投資近40億元（包括碳納米管和導(dǎo)電膏的相應(yīng)比例），項(xiàng)目建設(shè)期不到2年，天納科技有限公司項(xiàng)目建成后，碳納米管年銷售收入74.1億元，投資的回收期為4.21年，如果只有導(dǎo)電漿料的生產(chǎn)環(huán)節(jié)是鋰電池各環(huán)節(jié)的輕環(huán)節(jié)，碳納米管的資本投資就很高。

碳納米管導(dǎo)電劑募投項(xiàng)目情況

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    從生產(chǎn)附加值來(lái)看，導(dǎo)電劑的生產(chǎn)附加值與行業(yè)初期相比呈上升趨勢(shì)。在行業(yè)推廣之初，相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)一般以粉末的形式向鋰電池制造商供應(yīng)碳納米管，但由于難以有效分散新一代碳納米管，碳納米管一般以導(dǎo)電漿料的形式引入鋰電池，以提高產(chǎn)品的附加值。

    目前，新型導(dǎo)電劑在動(dòng)力電池領(lǐng)域的滲透率僅為30%，在3C數(shù)字產(chǎn)業(yè)中僅為18%，因此潛力巨大。由于碳納米管導(dǎo)電材料的導(dǎo)電性和消耗比炭黑更好，電池的循環(huán)壽命和速率性能得到了極大的提高，因此隨著對(duì)能量密度和電池的循環(huán)壽命的需求增加，碳納米管逐漸取代炭黑作為動(dòng)力鋰電池的主流導(dǎo)電劑。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014-2018年碳納米管導(dǎo)電劑在動(dòng)力電池領(lǐng)域的滲透率從13.6%提高到31.8%。碳納米管導(dǎo)電劑作為關(guān)鍵輔助材料，與其他主要材料相比，滲透性大大提高。在3C數(shù)字鋰電池領(lǐng)域，2018年碳納米管導(dǎo)電漿料的滲透率僅為18.0%，潛在滲透空間較大。

    長(zhǎng)直徑比、更好的分散度和更高的生產(chǎn)效率是新型導(dǎo)電劑未來(lái)的發(fā)展方向。從目前的技術(shù)發(fā)展路徑來(lái)看，國(guó)外碳納米管導(dǎo)電劑制造商的技術(shù)途徑是制備高縱橫比、純度更高的碳納米管，同時(shí)，市場(chǎng)上的碳納米管基本上是多壁碳納米管，單壁碳納米管直徑小，長(zhǎng)直徑比較大，性能較好，是碳納米管未來(lái)研發(fā)的方向。由于碳納米管的應(yīng)用仍處于快速替代階段，自身技術(shù)迭代仍在加速，目前沒(méi)有其他替代品。
 

    碳納米管屬于新型碳納米材料，一方面下游應(yīng)用對(duì)產(chǎn)品指標(biāo)有更高的要求，生產(chǎn)企業(yè)需要具有較高的技術(shù)水平，對(duì)縱橫比、純度和分散度有更高的要求。另一方面，下游鋰電池企業(yè)對(duì)供應(yīng)商有嚴(yán)格的優(yōu)先級(jí)順序，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、穩(wěn)定性、一致性和持續(xù)供應(yīng)能力進(jìn)行全面評(píng)估，驗(yàn)證周期長(zhǎng)，以上兩點(diǎn)為行業(yè)形成了較高的技術(shù)和資金壁壘。從出貨量來(lái)看，行業(yè)繼續(xù)呈現(xiàn)集中化趨勢(shì)，2017年行業(yè)CR8為90%，CR3為62.90%，2018年行業(yè)CR8為95.1%，CR3提升至68.00%。

2018 年中國(guó)碳納米管導(dǎo)電漿料出貨量格局

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    相關(guān)報(bào)告：智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國(guó)導(dǎo)電劑行業(yè)市場(chǎng)供需模式及發(fā)展前景規(guī)劃報(bào)告》

    國(guó)產(chǎn)化程度高，傳統(tǒng)的導(dǎo)電劑不斷導(dǎo)入和更換。在碳納米管等新型導(dǎo)電劑出現(xiàn)之前，碳黑、導(dǎo)電石墨、VGCF等常規(guī)導(dǎo)電劑在鋰電池中廣泛使用，而主流的SP、乙烯黑、科琴黑、KS、VGCF主要來(lái)自Cabot、TIMCAL 、LION、日本電氣化學(xué)、日本昭和電工等國(guó)外企業(yè)，國(guó)內(nèi)新型導(dǎo)電劑中長(zhǎng)期依賴進(jìn)口。國(guó)產(chǎn)碳納米管導(dǎo)電劑的推廣，改變了鋰電池導(dǎo)電劑依賴進(jìn)口的局面。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年中國(guó)鋰電池導(dǎo)電劑行業(yè)國(guó)產(chǎn)化率為31.2%，較2017年提高3個(gè)百分點(diǎn)。

中國(guó)鋰電池導(dǎo)電劑國(guó)產(chǎn)化率變化情況

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