锂电行业深度系列七：碳纳米管新一代导电材料，应用前景广阔

证券研究报告 | 2022年3月8日锂电行业深度系列七：碳纳米管新一代导电材料，应用前景广阔证券分析师：王蔚祺wangweiqi2@guosen.com.cnS0980520080003行业研究· 深度报告电力设备新能源 · 锂电池投资评级：超配（维持评级）投资建议碳纳米管性能优势显著，催化剂、分散体系和设备壁垒高碳纳米管（CNT）是由石墨烯围成的一维量子结构，是优势显著的导电材料，主要应用在锂离子电池，并且在导电塑料和碳基芯片领域拥有较好的商业化前景。根据石墨烯层数的差异，CNT可分为单壁和多壁；单壁碳管优势主要为：1）化学性质更稳定；2）机械性能好；3）提升极片附着力。CNT技术壁垒主要体现为：1）催化剂是工艺核心；2）设备工艺决定连续化和宏量化制备水平，头部企业多自研设备以提升生产效率。3）分散体系是浆料制备的核心步骤，分散程度的优劣直接决定浆料性能。动力电池市场快速渗透，百亿市场扬帆远航在锂离子电池领域，2021年CNT按质量占比的份额约为21%，产品渗透率份额约为30-40%，未来有望继续快速增长：1）CNT能够全方位提升电池能量密度、循环寿命、快充性能、高低温特性等。2）随着竞品（炭黑）价格上涨以及自身规模化降本，性价比提高。3）磷酸铁锂电池快速崛起，其导电性差、添加比例高有效拉动碳纳米管需求。4）高镍正极和硅基负极快速发展，将带动碳纳米管，特别是单壁碳纳米管在掺硅负极的快速应用。我们预计2025年全球碳纳米管浆料需求将达到59万吨，2022-2025年均复合增速达到47%，对应市场空间达到224亿元。行业技术与产品迭代快，龙头企业优势显著碳纳米管行业壁垒主要体现在：1）技术壁垒高，头部企业有完善的专利布局，传统炭黑因工艺差异和技术壁垒难以直接切换；2) 客户壁垒高：导电剂认证周期较长，且成本占比较低，客户粘性较大。因此CNT属于典型的技术密集型利基市场，具有集中度高的特点。国内市场中天奈科技出货量多年蝉联第一，2020年市占率达到32%，集越纳米紧随其后。海外市场看，LG化学依托自身优势进行自主研发，卡博特通过收购三顺纳米切入碳纳米管领域；OCSiAl专注单壁碳纳米管产品，拥有行业约95%产能。投资建议：我们推荐关注技术实力领先、客户优势显著的赛道领军者天奈科技。产能快速扩张，积极开拓新客户，同时布局导电母粒业务有望成为新增长点。公司坚持粉体自产，并布局纯化和NMP回收加强，一体化布局增厚利润。此外，公司还积极迭代产品提升盈利能力。我们持续看好公司技术和客户优势，上调原有盈利预测，预计2021-2023年归母净利润为2.99/5.96/9.90亿元（原预测为2.92/5.82/7.88亿元），同比增长179%/100%/66%，对应EPS分别为1.29/2.57/4.26元，当前股价下对应PE为107/54/32倍，维持“买入”评级。风险提示：电动车销量不及预期；碳纳米管渗透率不及预期；硅基负极应用不及预期；天奈科技高代产品开发进展不及预期。2一、碳纳米管介绍：性能突出的导电剂碳纳米管结构及特性•碳纳米管又称巴基管，英文简称CNT，是由单层或多层的石墨烯层围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成一维量子材料。其最早在1991年由饭岛澄男发现。碳纳米管的长径比、碳纯度作为影响导电性的两个核心指标，直接决定了碳纳米管的产品性能，碳纳米管管径越细，长度越长，导电性能越好。•CNT具有突出的多方面性能：1）力学性能：具有极高的弹性和韧性，杨氏模量是钢的近6倍、抗拉强度是钢的100倍，也是目前自然界中比强度最高的材料。2）电学性能：导电性显著优于石墨烯、炭黑等材料，且管径越细、长度越长，导电性越好。3）导热性能：极高的导热率，室温下导热率是金刚石的2倍。轴向导热性能优、径向导热较差，可合成各向异性的导热材料。4）化学稳定性：具有耐酸性、耐碱性，在高分子复合材料中添加碳纳米管可以提高材料本身的阻酸抗氧化性能。5）嵌锂性能优异：碳纳米管的中空管腔、管与管之间的间隙、管壁中层与层之间的空隙及管结构中的各种缺陷，为锂离子提供了丰富的存储空间和运输通道。4图3：部分碳材料导电性能对比（Ω）资料来源: 天奈科技招股说明书，国信证券经济研究所整理注：EIS阻抗越小，导电性越强图2：碳纳米管、铜的杨氏模量和抗拉强度对比（GPa）资料来源: 《Strength of carbon nanotubes depends on their chemical structures》、国信证券经济研究所整理注：杨氏模量越高，弹性越大图1：碳纳米管结构资料来源：天奈科技公告、国信证券经济研究所整理碳纳米管分类：单壁碳纳米管性能更优在商业用途中，碳纳米管根据石墨烯层数差异可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。单壁碳纳米管优势体现为： 结构简单、化学性质稳定：多壁碳纳米管形成过程中层与层之间容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，而单壁碳纳米管结构简单、均匀一致性好，且缺陷少、化学性质稳定。 添加量少、导电性优：由于单壁碳纳米管长度-直径比较高，其能够在极低添加量下形成三维导电网络。同时，单壁碳纳米管有一层碳原子，并根据空间的螺旋特性可表现出金属或半导体性能。此外，其强大的碳碳键使得其能够有更高的载流量，电流密度能够高于铜等金属1000倍以上。 弹性好、机械性能高：单壁碳纳米管具有更强的柔韧性，能够更好的弯曲、扭曲或扭结，其弹性模量和抗拉强度显著优于多壁碳纳米管。 导热性好：单壁碳纳米管的单位质量导热系数高于多壁碳纳米管，同时二者都能够承受750℃以上的高温。 制成品颜色多样：多壁碳纳米管通过提高添加量来改善机械性能和导电性，这会影响产品表面质量和颜色，如其只能生产黑色材料。由于单壁碳纳米管添加量普遍在0.01-0.1%，因而能够生产任何颜色以及透明导电材料。5表1：单壁碳纳米管与多壁碳纳米管对比资料来源：OCSiAl，《A review on carbon nanotube: An overview of synthesis, properties, functionalization, characterization, and the application》，国信证券经济研究所整理产品结构示意图管径值长度值长径比弹性模量/GPa抗拉强度300K时导热系数单壁碳纳米管1-2nm可达1mm高达100001000-300050-100GPa3000-6000W/(m·K)多壁碳纳米管7-100nm可达1mm50-4000300-100010-50GPa2000-3000W/(m·K)6碳纳米管分类：单壁碳纳米管性能更优6图4：单壁碳纳米管能够更好维持导电网络资料来源：OCSiAl，国信证券经济研究所整理注：纵轴表示为多次循环后直流电阻增长百分比，该值越小表明导电性能维持越好；不同柱状图表示不同的循环周次在商业用途中，碳纳米管根据石墨烯层数差异可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。单壁碳纳米管优势体现为： 安全性能优：在45℃高温多周循环下，添加单壁CNT的软包电池内阻增长，明显低于添加其他导电剂的电池，表明电池着火风险越小。 提升极片附着力：单壁碳纳米管网络将正极材料颗粒连在一起，从而提高了颗粒之间的连接强度。