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炭黑/碳纳米管/石墨烯,锂电导电剂行业总结!

2022-08-03 22:4097410

 

一、技术沉淀迎来变局,复盘导电剂前世今生


(一)锂电池关键辅材,受益新能源汽车发展


导电剂是锂电池关键辅材,涂覆于正极材料和负极材料。在极片制作时会加入 一定量的导电剂,用于增加电子和锂离子的导电性,通过在活性物质表面形成导电 网络加快电子传输速率,同时可吸收和保持电解液,为锂离子提供更多电解质界 面,从而提高电池充电效率和延长电池使用寿命。现有主流导电剂有三类,包括导 电炭黑、碳纳米管和石墨烯。球面导电炭黑的接触面积小,导电性能弱于其他两 种;管状碳纳米管导电性优异但价格高;片状石墨烯由于形状原因对于电流正向流 通会有一定的阻碍。


选择导电剂的因素:导电性、添加量和成本。新型导电剂较传统炭黑:(1)性能优势:阻抗越低导电性越好,据天奈科技招股说明书,碳纳米管阻抗仅为炭黑约 1/2,低阻抗同时能改善极化,循环性能更优异。(2)添加量小,据高工锂电测 算,传统炭黑导电剂添加量为正极材料重量约 3%,而碳纳米管、石墨烯等新型导 电剂添加量降至 0.8%-1.5%,低添加量可为正极活性物质节约空间,从而提高能量 密度。(3)单价较高,据百川盈孚 2 月 18 日市场成交价测算,单位锂电池添加碳 纳米管的价格为导电炭黑 SP 价格的 4.4-8.2 倍,综合考虑性能和成本,产业链现 多采用新型传统复合导电浆料,如 SP+碳纳米管、碳纳米管+石墨烯、SP+碳纳米 管+石墨烯等。


导电剂位于锂电池产业链中游,2021 年受益多类场景需求高速增长。受下游 新能源汽车、储能(双碳政策引领)、3C 数码(5G 智能手机迭代换新等需求向 好)等行业景气度高涨,叠加电动两轮车(换电市场需求激增)和电动工具(国产 化推进)两大下游细分市场持续发力,据工信部统计 2021 年中国锂电池总出货量 324GWh,同比增长 106%,其中消费、动力、储能型锂电产量分别为 72GWh、 220GWh、32GWh,分别同比增长 18%、165%、146%。下游需求带动下,据高 工锂电统计,2021 年中国导电剂粉体总出货量 2.1 万吨,同比+109%,其中碳纳 米管粉体出货 3000 吨,同比+60%,以 5%固含量折合碳纳米管浆料 6.0 万吨。


全球电动化提速渗透,下游需求多点开花。国内补贴延续、磷酸铁锂电池装机 多车型以价换量、中间价格带渗透率待突破,国内新能源汽车增量空间巨大。海外 市场,欧洲碳排放限额、主力国家补贴延续、特斯拉柏林工厂今年已投产,2022 年为美国电动皮卡元年叠加车型丰富度持续提升,2022 年有望加快景气上行;双 碳背景下,系列政策出台储能商业模式逐步清晰、价格机制趋于完善,多场景应用 扩张叠加经济性拐点到来,行业需求空间迎来重塑。假设 2022-2025 年导电炭黑 全球渗透率为 55%/50%/45%/40%,导电炭黑添加比例保持 3%,碳纳米管添加比 例为 0.9%/0.9%/0.8%/0.8%,适用于硅基负极的单壁碳管在 2022 年量产后添加量随产品迭代呈下降趋势,我们测算预计 2022 年全球导电剂粉体需求量约 4.2 万 吨,其中导电炭黑 3.3 万吨,碳纳米管粉体 0.9 万吨,以 5%固含量折合浆料 17.9 万吨,预计 2025 年全球导电炭黑需求约 7.1 万吨,碳纳米管浆料 58.2 万吨。


(二)先立后破,国产替代迎成长机遇


1. 2014 年之前:炭黑为主流导电剂,国内依赖全进口


国外炭黑技术起步早,深耕多年。美国、日本和西欧的汽车工业发展最早且最 发达,因此其炭黑工业处于世界领先水平。全球导电炭黑龙头企业均深耕炭黑多 年、技术雄厚、生产经验丰富。锂电用导电炭黑属于中高端炭黑,2020 年前国内 市场几乎被益瑞石垄断,益瑞石成立于 1908 年,1980 年开发炭黑工艺,并从 1982 年开始进行商业化,导电炭黑属中高端炭黑,生产技术更高。



中国为什么长期依赖进口:(1)国内炭黑行业多为中小型企业,产品结构差, 研发投入少。我国炭黑企业多为中小型企业,据各公司年报和中国橡胶工业协会统 计,2020 年我国炭黑企业产量 20 万吨以下占比 47.8%。中小型企业生产规模小、 品质不稳定,主要生产低端炭黑,品类少、同质化严重,盈利情况不稳定,无高端产品研发投入。(2)锂电发力前市场小,国内实力炭黑企业未布局进入。由于添加 量少,据高工锂电,国内导电炭黑需求量在 2020 年前均不超过 1 万吨,国内具备 研发实力企业炭黑年产量均超 30 万吨,导电炭黑市场规模较公司规模相比过小, 以黑猫股份为代表的国内实力炭黑企业并未布局该领域。


2. 2014-2021 年:国产新型导电剂打破海外垄断,天奈科技率先崛起


中国在碳纳米管研究上保持世界领先,并率先实现产业化。自 2001 年起国内 各公司相继在该领域投入研发,逐渐解决连续化制备碳纳米管、催化剂、纯化等产 业化难题。2014 年起以天奈科技、三顺纳米为代表的国内公司通过购买专利、自 研等多种方式成功实现量产,开启导电剂国产替代。


内需扩张+新型优质碳管国产化,呈现新型替代传统趋势。2014 年以来政策扶 持下,国内新能源市场高速增长,推动动力电池需求高涨,与此同时,碳纳米管较 炭黑的性能优势叠加国产化实现,导电剂行业呈现新型取代传统炭黑趋势。据高工 锂电,2014-2018 年中国动力锂电池导电剂中碳纳米管渗透率从 13.6%上涨至 31.8%,中国锂电池导电剂国产占比从 12.9%升至 31.2%。

    


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