2030年全球單壁碳納米管導(dǎo)電劑漿料市場規(guī)模達(dá)178億元

下游新能源汽車和儲(chǔ)能市場發(fā)展日益成熟，對(duì)鋰離子電池性能要求逐步提高，推動(dòng)鋰離子電池技術(shù)向高能量密度、高安全性更新迭代升級(jí)。導(dǎo)電劑作為鋰電池的組成材料，鋰電池的更新迭代對(duì)導(dǎo)電劑性能也提出了更高的要求。碳納米管是由單層或多層的石墨烯層圍繞中心軸按一定的螺旋角卷曲而成一維量子材料，作為新型導(dǎo)電劑，具有導(dǎo)電性強(qiáng)的優(yōu)異功能，比傳統(tǒng)導(dǎo)電劑（如炭黑、導(dǎo)電石墨等）能更好地提高正極活性物質(zhì)的導(dǎo)電性，能夠提升電池能量密度，提升電池循環(huán)壽命。碳納米管的長徑比、碳純度作為影響導(dǎo)電性的兩個(gè)核心指標(biāo)，直接決定了碳納米管的產(chǎn)品性能，碳納米管管徑越細(xì)，長度越長，導(dǎo)電性能越好。

碳納米管根據(jù)石墨烯層數(shù)差異可以分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。

單壁碳納米管優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)為：

1）安全性能優(yōu)：在45°C高溫多周循環(huán)下，添加單壁碳納米管的軟包電池內(nèi)阻增長，明顯低于添加其他導(dǎo)電劑的電池，表明電池著火風(fēng)險(xiǎn)越小。

2）提升極片附著力：單壁碳納米管網(wǎng)絡(luò)將正極材料顆粒連在一起，從而提高了顆粒之間的連接強(qiáng)度。而這一特性對(duì)于易粉化、易脫落的硅基負(fù)極而言尤為重要。

3）結(jié)構(gòu)簡單、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定：多壁碳納米管形成過程中層與層之間容易成為陷阱中心而捕獲各種缺陷，而單壁碳納米管結(jié)構(gòu)簡單、均勻一致性好，且缺陷少、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。

4）添加量少、導(dǎo)電性優(yōu)：由于單壁碳納米管長度-直徑比較高，其能夠在極低添加量下形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，單壁碳納米管有一層碳原子，并根據(jù)空間的螺旋特性可表現(xiàn)出金屬或半導(dǎo)體性能。此外，其強(qiáng)大的碳碳鍵使得其能夠有更高的載流量，電流密度能夠高于銅等金屬1000倍以上。

5）彈性好、機(jī)械性能高：單壁碳納米管具有更強(qiáng)的柔韌性，能夠更好的彎曲、扭曲或扭結(jié)，其彈性模量和抗拉強(qiáng)度顯著優(yōu)于多壁碳納米管。

6）導(dǎo)熱性好：單壁碳納米管的單位質(zhì)量導(dǎo)熱系數(shù)高于多壁碳納米管，同時(shí)二者都能夠承受750°C以上的高溫。

單壁碳納米管大規(guī)?；慨a(chǎn)目前還存在以下難點(diǎn)：

①產(chǎn)品性能難以精準(zhǔn)調(diào)控：單壁碳納米管的性能與其直徑和手性密切相關(guān)。大部分樣品是由多種具有不同直徑和手性的單壁碳納米管組成的，它們之間相互纏繞，難以分離，因此難以實(shí)現(xiàn)對(duì)其性能的精準(zhǔn)調(diào)控。

②難以制備均一穩(wěn)定的導(dǎo)電漿料：由于碳納米管之間存在著一定強(qiáng)度的范德華力，容易團(tuán)聚，影響單壁碳納米管的單體特性，需要解決其分散穩(wěn)定性問題。

③單壁碳納米管生成成本過高：一方面是催化劑催化效率不高，導(dǎo)致樣品含有大量雜質(zhì)，需經(jīng)過后續(xù)提純方可使用；另一方面，制備效率和產(chǎn)率有待進(jìn)一步提高，工藝參數(shù)需要進(jìn)一步優(yōu)化。

目前全球能實(shí)現(xiàn)單壁碳納米管規(guī)模化生產(chǎn)（噸級(jí)以上）只有OCSiAl、天奈科技、道氏技術(shù)等少數(shù)幾家企業(yè)，其余大部分都處在中試或小試階段。

隨著單壁碳納米管相關(guān)技術(shù)進(jìn)步，未來有以下原因推動(dòng)單壁碳納米管市場快速增長：

1）單壁碳納米管優(yōu)異的性能。單壁碳納米管比表面積高，有著極細(xì)的管徑和超長的管長，更好的石墨化程度等理化特征，使其具有多壁碳納米管不具備的諸多優(yōu)異性能，導(dǎo)電效率也超過多壁碳納米管十倍以上。單壁碳納米管可以同時(shí)應(yīng)用于鋰電池的正極與負(fù)極材料中，大幅提升鋰電池的能量密度、倍率性、安全性、循環(huán)壽命等性能；

2）“快充”為新能源汽車行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，而單壁碳納米管比多壁碳納米管及傳統(tǒng)導(dǎo)電劑更能提升鋰電池倍率性能，目前不少企業(yè)對(duì)于3C以上的電池，會(huì)選用單臂與多臂互配的方式添加，4C電池會(huì)在此基礎(chǔ)上再單獨(dú)添加2%到4%的單壁碳納米管以提高快充性能。

3）“硅基”負(fù)極更適配單壁碳納米管。硅基負(fù)極料自身不是良好的導(dǎo)電體，其作為負(fù)極材料就必須大量使用導(dǎo)電劑，而單壁碳納米管等高端導(dǎo)電劑可以改善其導(dǎo)電性性能。同時(shí)，單壁碳納米管高的機(jī)械強(qiáng)度能夠提高硅碳負(fù)極材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在外力的作用下結(jié)構(gòu)不易破壞。此外，硅碳負(fù)極材料在充放電循環(huán)過程中出現(xiàn)的體積變化引起的顆粒粉化會(huì)導(dǎo)致容量迅速衰減，單壁碳納米管作為優(yōu)良的一維導(dǎo)電材料能更有效地幫助搭建長程導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)極大地改善其循環(huán)性能，增加電池的使用壽命。

4）“大圓柱”電池和“固態(tài)電池”未來幾年將逐步放量，提升硅基負(fù)極使用量，進(jìn)而推動(dòng)單壁碳納米管行業(yè)增長；

5）目前單壁碳納米管因?yàn)檩^高的技術(shù)壁壘、較高的生產(chǎn)難度，導(dǎo)致其生產(chǎn)成本及價(jià)格過高（目前單壁碳納米管粉體價(jià)格在1000-1500萬元/噸），但隨著單壁碳納米管工藝技和術(shù)逐步成熟，單位生產(chǎn)效率與工藝自動(dòng)化程度進(jìn)一步優(yōu)化從而帶來的規(guī)模效應(yīng)，未來單壁碳納米管導(dǎo)電劑的價(jià)格將逐步下降，將有利于碳納米管導(dǎo)電劑的使用。

根據(jù)起點(diǎn)研究院（SPIR）了解，目前高性能穩(wěn)定的單壁碳納米管處于供不應(yīng)求狀態(tài)，其中天奈科技正兌現(xiàn)其單壁碳納米管出貨預(yù)期，同時(shí)其國內(nèi)客戶單壁碳納米管訂單已達(dá)百噸。隨著大圓柱和固態(tài)電池逐步量產(chǎn)，單壁碳納米管正迎來放量階段。起點(diǎn)研究院（SPIR）預(yù)計(jì)到2030年全球單壁碳納米管漿料市場規(guī)模將達(dá)178億元，未來6年年均復(fù)合增速達(dá)49.4%，單壁碳納米管未來前景廣闊。