一、锂电池导电剂行业简介
1.1、导电剂在锂电池中的应用
导电剂材料是锂离子电池的重要组成部分，对锂离子电池的电化学性能起到重要的作用。适量的导电剂加入电极后，能够有效提高电极内部的电子转移率。
目前市场上的主要锂电池正极材料如磷酸铁锂、钴酸锂、三元材料等，本身的电导率很低，作为锂电池的正极又需要具备良好的电导性，因此需要在其内部掺杂一些导电剂来提高其内部的电导性。
1.2、锂电池导电剂分类
锂电池目前常用的导电剂包括传统导电剂（如炭黑、导电石墨、碳纤维等）和新型导电剂（如碳纳米管、石墨烯及其混合导电浆料等）。
表1：不同导电剂的优缺点对比
数据来源：天奈科技招股书
二、技术替代效应显著，碳纳米管市场进入爆发期
2.1.导电剂是碳纳米管材料最常见应用场景
材料性质决定了产品用途。与“导电导热”“力学性能”“润滑防腐”对应的，碳纳米管被作为导电剂、增强材料、导热剂在产业界具有广阔的运用场景，形成了较为广阔的市场。
增强材料：碳纳米管具有与金刚石相当的硬度、较好的柔韧性。同时其长径比很高，非常适合作为“超级纤维”。若以其他工程材料作为基体，掺杂碳纳米管形成复合材料，可广泛运用于航空航天、国防军工等高精尖领域。
润滑添加剂：将碳纳米管添加到润滑油中，纳米微粒能分布在摩擦界面起到微轴承的作用，进一步改善润滑性能，减小摩擦。
防腐剂：碳纳米管微观结构具有强化学稳定性，能够掺杂在涂料里达到防腐效果，减少因腐蚀带来的损失。
但以上用途目前仍只在较小范围内使用，主要受到航空航天、国防等高精尖产业关注，预计短期内不会达到大面积工业商用的地步。作为导电剂是目前应用最广的场景。
2.2碳纳米管制备工艺
目前碳纳米管的制备方法主要包括化学气相沉积法（CVD）、激光蒸汽法、石墨电弧法、水热法，目前碳纳米管生产企业主要采用基于化学气相沉积法制备碳纳米管的途径。目前有许多不同类型的CVD，如催化化学气相沉积（CCVD）或等离子体增强（PE）氧气辅助CVD、水辅助CVD、微波等离子体（MPECVD）等，其中CCVD是目前合成CNT的标准技术，CCVD是一种经济实用的大规模生产方式并且可以生成相当纯的碳纳米管的制备方法。
表2：碳纳米管生产工艺优缺点对比
资料来源：招股说明书，华创证券
2.3.碳纳米管性能优异正极材料导电剂有望更新换代
产业研究显示，目前锂电池常用正极材料磷酸铁锂/三元（NCM、NCA）仅依靠活性物质的导电性无法满足电子迁移速率要求，加强材料导电性成为必要处理工序。由于材料改性、纳米化等其他增加导电性的方式成本过高，目前采用导电剂包覆的方式在正极材料中广泛使用。导电剂的添加要求是必须且适量。在不添加导电剂时，导电物质无法构建有效的导电网络，导致电池内阻过大，无法正常功率放电。当导电剂含量过高时，导电性能不会显著提升，但会降低材料中活性物质的含量，导致电池能量密度下降。
碳纳米管最显著的优点来自于导电性能优异，从而满足导电性要求下，其添加量可以更小从而提升活性物质含量。研究发现，碳纳米管与其他材料如石墨烯混合时，导电性能更加优异。碳纳米管电化学阻抗为49.4，仅有传统材料炭黑SP的一半。采用与石墨烯混合阻抗更是降至22.8。若用碳纳米管代替炭黑，导电性的提升十分可观。
表3：不同导电剂的性能对比
资料来源：天奈科技招股书，东北证券
2.4.碳纳米管与替代品价差缩小市场将迎来爆发期
较少的掺杂量弥补了碳纳米管高价的劣势。一般而言，导电剂添加量为正极或负极重量的1%-3%。炭黑在正极材料中的添加量一般为3%左右，而碳纳米管、石墨烯等新型导电剂的添加量可降低至0.5%~1%左右，达到同样的导电效果，碳纳米管的用量仅为炭黑的1/6~1/2。2018年传统炭黑导电剂（SP）为5.0-6.5万元/吨，而碳纳米管导电剂价格为45-55万元/吨，单价为炭黑单价的10倍。但由于掺杂量较小，落实到单位成本，碳纳米管仅是炭黑单位成本的1.7-5倍。由于导电剂成本在锂电池中占比较小，牺牲部分小成本而获得材料克容量增大、循环性能更好等优势成为下游锂电池厂商的权衡考虑。
表4：不同导电剂的价格对比
资料来源：天奈科技招股书，东北证券
国产替代持续，技术突破有望助力碳纳米管材料价格更低。2017 年，碳纳米管浆料的价格约为4 万元/吨，较2013 年已经下降至一半左右。2018 年由于技术升级，高端产品迭代，价格与17 年基本持平。由于我国对于碳纳米管导电剂的运用十分广泛，导电剂行业整体的国产化率已由2014 年13%上升至2018 年31%。国产化材料具有的成本优势有望助力国内碳纳米管的价格进一步下降，竞争力获得提升。
传统导电剂炭黑价格波动小，对比碳纳米管的经济优势逐渐缩小。按照用途炭黑可分为橡胶用炭黑、色素用炭黑、导电炭黑和专用炭黑，其中橡胶用炭黑用量约占总用量的90%，而导电炭黑则在其中占比不足5%。因此炭黑的价格主要受到下游橡胶行业的需求和上游煤焦油价格的影响，短期内降价幅度不大。因此随着碳纳米管的技术成熟，与替代品中的价差缩小使得碳纳米管逐渐占据优势。
综合性能、成本和制造难度考虑，碳纳米管逐渐成为产业界的首选，替代炭黑的趋势非常明显。碳纳米管具有导电性能优越，添加量小，提升压实密度等优点，随着技术逐渐成熟，成本逐渐可控。2018 年全球碳纳米管导电浆料市场出货量为3.44万吨，同比增长 25.9%，国内 2018 年碳纳米管导电浆料市场出货量为 3.25 万吨（含 CNT/石墨烯复合浆料，纯碳纳米管导电浆料 2018 年出货量 2.85 万吨），同比增长 26.3%。导电剂中碳纳米管占比由2014 年的14%快速上升至2018 年的32%。导电剂的存量角度，技术替代使得碳纳米管迎来爆发期。
伴随高镍正极、硅基负极等主材市场化进程的不断推进，新型导电剂（单/多壁碳纳米管）又将迎来何种挑战与机遇？如何通过技术升级应对轻量化与安全密度双重需求？鑫椤资讯将于11月20-22日在黄山召开《2020锂电正极与关键辅材市场前瞻应用研讨会》，希望通过整车厂、电池厂、正极材料厂以及关键辅材企业之间不同层面的沟通，能够使得锂电材料产业链未来走势变得更加清晰。真理越辩越明、思路越辩越清，欢迎业内各界专家学者参加本次会议！
会议详情咨询：18918035256
内容来源：网络、东北证券、华创证券
文章整合：鑫椤资讯
CONTACT US
ICC APP
