导电剂是锂电池的关键辅材,主要用于提高电极材料的电子导电性纳米管 。锂电池常用的导电剂主要包括炭黑类、导电石墨类、VGCF(气相生长碳纤维)、碳纳米管(CNT)以及石墨烯等。其中,炭黑类、导电石墨类和VGCF属于传统的导电剂;碳纳米管和石墨烯导电剂相较于传统导电剂具有导电性能好、用量少的特点,属于新型导电剂材料,其中,碳纳米管导电剂在三元、高镍、硅负极高比能动力电池中已成为主流选择;石墨烯导电剂分散性能较差、需要复合使用,在磷酸铁锂动力和储能电池中优势更加明显。在实际应用中,复合导电剂(炭黑+碳纳米管、碳纳米管+石墨烯等)已成为趋势。碳纳米管导电剂的粉体使用量仅为传统导电剂的1/6-1/2。
碳纳米管是最契合硅基负极的新型导电剂纳米管 。碳纳米管是由单层或多层石墨烯片绕中心按一定螺旋角卷曲而成的无缝管状结构,拥有优异的导电导热性能和阻酸抗氧化性能,可改善锂电池的循环寿命、能量密度以及快充快放等性能,被广泛应用于锂电池导电剂。由于固态电池所采用的超高镍三元、富锂锰基等正极材料以及硅基负极材料的导电性相对较差,为了优化固态电池电化学性能,通常需要添加碳纳米管等新型导电剂。由于硅基负极导电性差,在充放电过程中体积膨胀大,容易导致导电网络易断裂,而碳纳米管凭借其高长径比和一维网络结构,能有效维持电极的导电稳定性,缓冲体积膨胀应力,显著提升硅基负极的循环稳定性和倍率性能,因此成为锂电池中最具应用前景的导电剂类型之一。
碳纳米管导电剂需求快速增长纳米管 。根据高工锂电GGII数据,2024年中国锂电池用导电剂(折合为粉体)总出货量5.2万吨,同比增长13%;导电浆料(主要是新型导电浆料)出货17.7万吨,同比增长31%。从2024年中国锂电池用导电剂产品结构看,炭黑导电剂市场占比74.7%,同比下降7.7个百分点;碳纳米管产品占比18.4%,同比增长8个百分点,占比提升主要系高容量+快充锂电池需求增加带动,预计2025年碳纳米管粉体渗透导电剂总量突破20%。2030年中国碳纳米管导电剂粉体的出货量将达到4.1万吨,对应的浆料市场规模将达到68万吨(固含6%计算),2024-2030年复合增长率为26.7%。
全固态电池对单壁碳纳米管的需求显著提升纳米管 。根据层数结构,碳纳米管一般分为单壁碳纳米管(SWCNT)和多壁碳纳米管(MWCNT)。多壁碳纳米管由多层石墨烯组成,导电性不如单壁碳纳米管,但技术成熟、成本更低,适合大规模应用,是目前常用的锂电池导电剂,占碳纳米管导电剂产品的80%。单壁碳纳米管导电效率超过多壁碳纳米管10倍,对电池的能量密度、倍率性能、循环寿命、安全性等方面的提升效果更为显著,可以同时应用于锂电池的正极和负极材料中,更适用于硅基负极材料,更适配固态电池。目前单壁碳纳米管粉体的国内市场价格为1000-1500万元/吨,多壁碳纳米管粉体市场价格为25-30万元/吨。伴随全固态电池量产,单壁碳纳米管的需求将显著提升,其用量可达到液态电池的3倍。根据高工锂电GGII预计,2025年中国锂电池导电剂单壁碳纳米管粉体出货量有望实现50吨级。根据起点研究,2024年全球单壁碳纳米管导电浆料市场规模大约16亿元,预计到2030年有望达178亿元,未来6年年均复合增长率接近50%。
全球碳纳米管导电剂市场集中度较高纳米管 。全球碳纳米管导电剂主要企业包括天奈科技(A股)、韩国LG化学、道氏技术(A股)、美国卡博特Cabot-SUSN Nano、俄罗斯OCSiAl等,前五企业市场集中度超过80%。中国企业出货量领先、产能占全球80%以上,其中天奈科技2024年碳纳米管导电浆料出货量占中国市场份额为53.2%(GGII数据),稳居全球第一。欧美日企业则主导高端定制化市场,以小批量、高附加值的产品为主。全球碳纳米管主要企业如下表所示。
表1 全球碳纳米管导电剂主要企业
资料来源:深企投产业研究院整理纳米管 。
单壁碳纳米管制备难度高,全球少数企业能够规模化生产纳米管 。当前全球具备单壁碳纳米管规模化生产能力的企业主要包括OCSiAl和国内天奈科技。OCSiAl是全球单壁碳纳米管龙头,凭借先发技术优势和品牌影响力,长期占据全球主要出货量。天奈科技的单壁碳纳米管处于放量阶段,已向清陶发展、卫蓝新能源等固态电池厂商供货。国内道氏技术、宁波烯沃新材料、常州六边形纳米也推进到小规模量产阶段。国内其他布局企业大多处于早期阶段,包括捷邦科技、莱尔科技、无锡东恒新能源、江苏恒流科技、江苏希诚新材料等。随着国内企业在技术研发和生产工艺上的不断进步,预计未来在全球碳纳米管导电剂市场中,国内企业的话语权将进一步提升,有望打破国际企业在高端市场的垄断格局,形成更为多元化和竞争激烈的市场态势。
表2 全球单壁碳纳米管主要布局企业情况
资料来源:深企投产业研究院整理纳米管 。