1、2022 年深度行业分析研究报告 qWqWyUfZjYzWaQdN8OtRqQmOoMlOpPmPiNoOxO6MqQwPvPnMrOwMmMnN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

2、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（）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

3、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

4、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

5、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100-100GPa3000-6000W/(mK)多壁碳纳米管7-100nm可达1mm50-4000300-

6、100010-50GPa2000-3000W/(mK)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。而这一特性对于易

7、粉化、易脱落的硅基负极而言尤为重要。图5：单壁碳纳米管能够提升正极材料附着力资料来源：OCSiAl，国信证券经济研究所整理注：纵轴为剥离强度，该值越大表明材料粘结强度越高；横轴表示不同导电剂的添加量碳纳米管粉体制备方法：化学气相沉积法是产业界主流CNT主要制备方法为化学气相沉积法，该方法是目前业界最主流的制备方法。其是将烃类或含碳氧化物引入到含有催化剂的高温管式炉中，通过催化裂解方式制备碳纳米管，关键环节是碳纳米管在催化剂表面进行生长的过程。具体的反应过程包括碳源化合物在催化剂表面分解，碳原子通过表面扩散或者体相扩散进入催化剂内部，最后碳纳米管从催化剂颗粒中析出。该方法操作简单、成本低、过程可

8、控性强。7图7：碳纳米管化学气相沉积法 气-液-固生长模式示意图（CVD）资料来源：碳纳米管制备技术的研究进展，国信证券经济研究所整理图6：碳纳米管生产工艺流程资料来源：天奈科技招股说明书，国信证券经济研究所整理碳纳米管技术壁垒体现在催化剂、分散体系和设备三个方面设备：碳纳米管生产中主要使用的设备有超高温炉、碳化反应器、石墨化炉、砂磨机等。碳纳米管体积密度小、比表面积大，生产中易出现缠绕，连续化生产难度高。行业内企业普遍会对流化床反应器、纯化和分散设备进行改造、甚至自主设计，以此提高生产效率和连续性。例如，截止2022年1月底天奈科技共拥有59项碳纳米管相关专利，其中设备改进相关专利为33项，

9、占比达到56%。8图8：碳纳米管企业专利数量及其设备专利占比资料来源：天奈科技公告，SooPAT专利，国信证券经济研究所整理碳纳米管技术壁垒体现在催化剂、分散体系和设备三个方面碳纳米管生产过程中核心壁垒体现为：分散体系：粉体分散是浆料制备的核心步骤。由于CNT粉体直接实际应用效果不好，所以电池厂目前更倾向于采购CNT浆料。而由于碳纳米管之间较强的范德华力和高长径比，容易形成大的管束，并且纳米尺寸效应的存在，使得团聚效应更为显著。常见的分散方法包括研磨、高能球磨、添加表面活性剂等。实际生产中，常采用PVP等表面活性剂作为分散剂，NMP作为分散介质，使用砂磨机进行分散。而不同组分和不同含量的分散剂

10、所得到的效果存在显著差异。催化剂：催化剂的制备方法和流程，会影响其粒径、活性、纯度等性能，进而对碳纳米管的管径、长度、纯度以及均一性产生显著影响。各家企业针对催化剂的组分和生产流程多进行了专利布局，并且通过自身实际生产工艺进行灵活调整。而催化剂制备水平的优劣也会直接反应在碳纳米管产品的性能上。9表2：碳纳米管主要分散方法资料来源：碳纳米管的分散方法与分散机理，国信证券经济研究所整理分散方法具体内容高能球磨通过有较高的能量密度，能打散大的碳纳米管团聚体，打断长的碳纳米管纤维,同时也会使分散的短碳纳米管粘接起来，形成小型团聚体。研磨与搅拌由于研磨过程作用力较小,可以分散碳纳米管团聚体于介质中,对于

11、团聚体本身很难起作用。普遍认为研磨过程不能很好地解决碳纳米管的团聚问题。超声波处理多壁碳纳米管管壁上通常存在一些小洞样的缺陷,通过超声波能量,可以把碳纳米管从缺陷处震断,形成短纤维,然后分散于介质中。但是,超声波处理在把团聚体表面的碳纳米管絮震断分散的同时会把团聚体震得更加密实,难于分散。使用表面活性剂碳纳米管表面缺陷少、缺乏活性基团,在各种溶剂中的溶解度都很低。通过添加合适的表面活性剂,形成非共价键结合,得到非共价功能化碳纳米管,同时提高溶解度,把碳纳米管分散于介质中。强酸强碱处理通过强酸强碱的强氧化能力,把碳纳米管在缺陷处氧化溶断,然后将短的碳纳米管分散。强酸洗涤可以把团聚体表面的碳纳米管

12、絮溶断分散，但不能进入团聚体本身,溶液中有较小不能分散团聚体存在，需要进行后续过滤分离，工艺流程较长。二、动力电池快速渗透，百亿市场扬帆远航碳纳米管应用领域之锂电池：提升正负极导电性能导电剂是锂电池的关键辅材，主要作用是提升正负极的导电性。锂电池正极活性材料普遍存在导电性差的问题，使得电极内阻较高、放电深度不够，进而导致活性材料利用率低、电极的残余容量较大。而导电剂在其中发挥着：1）提升电子在电极中传输速率，提升导电性；2）提升极片对电解液的浸润，提高锂离子迁移速率，改善电极充放电效率和使用寿命；3）充放电过程中正极材料体积变动时，构建良好导电网络，改善导电性。目前主流导电剂为炭黑类、碳纳米管

13、、导电石墨类、VGCF（气相生长碳纤维）和石墨烯。11表3：锂电池常用导电剂情况资料来源：天奈科技招股说明书，国信证券经济研究所整理导电剂种类优点缺点EIS阻抗（）碳纳米导电性能优异,添加量小,提升电池能量密度,提升电池循环寿命性能需要预分散,价格较高49炭黑类SP价格便宜,经济性高导电性能相对较差,添加量大,降低正极活性物质占比,全依赖进口40科琴黑添加量较小,适用于高倍率、高容量型锂电池价格贵,分散难、全依赖进口100乙炔黑吸液性较好,有助提升循环寿命价格较贵,影响极片压实性能,主要依赖进口87.5导电石墨类颗粒度较大,有利于提升极片压实性能添加量较大,主要依赖进口-VGCF（气相生长碳纤

14、维）导电性优异分散困难、价格高、全依赖进口-石墨烯导电性优异,比表面积大,可提升极片压实性能分散性能较差,需要复合使用,使用相对局限(主要用于磷酸铁锂电池)286.2资料来源：天奈科技公告，国信证券经济研究所整理 CVD：化学气相沉积法。表4：不同代际碳纳米管浆料情况技术路线催化剂配方管径/nm长度/m量产时间应用领域第一代产品LB100系列CVD+纳米聚团流化床宏量制备技术铁、铝、钼10-年磷酸铁锂第二代产品LB107系列CVD+定向生长流化床宏量制备技术钴、铁、硅、铝、镁、钙7-年 三元/高端磷酸铁第三代产品LB116系列CVD+尖晶石复合催化剂流化

15、床宏量制备技术钴、镁、锰、铝5-年高镍三元新一代产品LB212系列CVD+新一代寡壁和单壁碳纳米管连续制备技术2023-2024年硅碳负极等高端各代际碳纳米管之间制备方法的差异主要体现在催化剂配方以及宏量制备方法上，高代产品管径更细、长度更长，导电性能、机械性能等各方面更为优异。根据天奈科技公告，其碳纳米管产品大致分为四代，各代产品对应不同的催化剂配方和不同的细分应用领域。各代产品推出时间间隔在2-3年，价格差异显著、成本相差很小。这种快迭代的产品也是夯实碳纳米管高盈利的重要基础。碳纳米管产品迭代快，不同代际性能与盈利能力差异显著图9：不同代际碳纳米管浆料价格对比（万元/吨

16、）图10：不同代际碳纳米管浆料单吨毛利润对比（万元/吨）资料来源：天奈科技公告，国信证券经济研究所整理资料来源：天奈科技公告，国信证券经济研究所整理碳纳米管在导电剂中渗透率稳步提升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。炭黑类、导电石墨类和VGCF作为传统的导电剂，其在活性物质之间各形成点、面或线接触式的导电网络；碳纳米管和石墨烯属于新型导电极材料，其分别形成线接触式和面接触式导电网络。在用量方面，导电剂的添加量取决于不同电池生产商的电化学体系，一般为正极或负极重量的1%-3%，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。根据GGII预测，2021年炭

17、黑依旧是市场最主流的导电剂，其出货量占比有望达到69.7%；碳纳米管渗透率持续上升，有望达到21.2%。13资料来源：三顺纳米招股说明书，国信证券经济研究所整理图11：锂电池导电材料不同接触类型示意图资料来源：天奈科技公告，GGII，国信证券经济研究所整理图12：2016-2021年中国锂电池各类导电剂出货量占比（%）多因素催化碳纳米管渗透：性能优势契合下游需求我们认为，伴随着市场对于高性能电池需求走高，叠加高镍正极、硅基负极等新技术应用以及性价比逐步体现，碳纳米管渗透率有望迎来快速增长：碳纳米管能够全方位提升电池能量密度、寿命、倍率等性能，更为契合下游需求。1）提升能量密度：碳纳米管添加量是

18、传统炭黑的1/6-1/2，等效于降低电极整体质量，提高活性物质质量占比，进而提升能量密度。2）延长循环寿命：碳纳米管长径比大，能够与正极材料形成良好导电网络，进而保证正极材料之间连接、防止材料破裂脱落，提升循环寿命。3）改善快充性能：碳纳米管优异的导电性能够降低电池极化，提升倍率特性，进而改善快充性能。4）优化高低温性能：碳纳米管电导率高，能够降低电极电阻、减少发热；其导热性能优，能够提升电池高低温性能和安全性。14图13：不同导电剂下电池的循环次数资料来源：碳纳米管导电剂对硅碳负极锂电池性能提升的探索，国信证券经济研究所整理图14：碳纳米管能够提高电池的倍率性能资料来源：中科院成都有机化学所

19、，国信证券经济研究所整理多因素催化碳纳米管渗透：经济性逐渐凸显碳纳米管产品经济性逐步体现。由于原材料及能源价格上涨，炭黑报价在2021年底由4.5万元/吨提升至近10万元/吨。而碳纳米管伴随规模化快速降本，经济性已初步体现。假设正极材料中SP的添加量为3%，而碳纳米管添加量为0.5%-1.5%。根据天奈科技公告，碳纳米管粉体在2021年前三季度均价已降至22.2万元/吨，较2020年降低38.6%。我们中性假设2022年SP均价为7万元/吨，碳纳米管均价为21.1万元/吨，测算得到添加3%SP对应单吨成本为0.21万元，添加0.5%/1.0%/1.5%碳纳米管对应单吨成本为0.11/0.21/

20、0.32万元。150.110.110.110.120.210.300.240.180.180.110.110.090.480.360.360.220.210.180.72 0.55 0.54 0.33 0.32 0.27 0.00.10.20.30.40.50.60.70.82018年2019年2020年2021年前三季度2022预测-中性2022预测-乐观SP（添加比例3%）CNT（添加比例0.5%）CNT（添加比例1.0%）CNT（添加比例1.5%）图15：单吨正极材料添加不同类型导电剂对应成本（万元）变动趋势资料来源：天奈科技公告，鑫椤锂电，国信证券经济研究所整理与测算预期2022年传统

21、导电剂炭黑的成本，有可能超过碳纳米管导电剂多因素催化碳纳米管渗透：与铁锂电池装机共同走高与三元正极相比，磷酸铁锂正极材料的优势在于：1）组分无贵金属，成本低；2）材料晶格稳定，可逆性好，循环寿命长；3）化学键稳定，安全性能高；其主要不足在于：1）能量密度低；2）导电性能差。成本优势叠加新技术推动磷酸铁锂装机量走高。近年来新能源车补贴政策快速滑坡，下游电池厂降本压力巨大，特别是2021年以来镍、钴金属价格持续走高，使得三元电芯价格快速提升，进而使得磷酸铁锂低成本优势更为突出。刀片电池、CTP（Cell to Pack）封装技术等使得磷酸铁锂电池能量密度得以提升。兼具安全性和性价比的磷酸铁锂电池装

22、机占比持续走高；2021年国内磷酸铁锂电池装机量从24.4GWh提升至79.8GWh，占比为51.7%，同比提升13.3pct。16图17：国内动力电池装机量及磷酸铁锂电池占比（GWh、%）资料来源：上海有色金属网，国信证券经济研究所整理41 39 74 20 24 80 33%38%52%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%02040608002021三元材料磷酸铁锂锰酸锂钛酸锂磷酸铁锂占比图16：三元电芯和磷酸铁锂电芯成本对比（元/Wh）资料来源：动力电池联盟，国信证券经济研究所整理多因素催化CNT渗透：与铁锂电池装机共同走

23、高CNT能够全方位提高磷酸铁锂电池性能：特别是增强正极和集流体表面导电性，减少电子在电极局部的极化，加快电子迁移，改善倍率性能。磷酸铁锂电池添加的CNT导电剂比例更高，伴随磷酸铁锂装机占比提升，CNT出货有望快速增长。磷酸铁锂电池添加CNT成本仍较高。我们假设2022年SP均价7万元/吨，碳纳米管均价21.1万元/吨，SP/CNT粉体添加比例为3%/2%，测算得到单吨正极添加SP/碳纳米管成本为0.21/0.42万元。若考虑到CNT带来能量密度的提升作用，1GWh磷酸铁锂电池正极添加SP和CNT成本为561/999万元。我们假设：1）磷酸铁锂电池凭借成本和新技术优势，装机量占比有望稳步提升，2

24、022年预计全球市场占比为44%，2025年有望提升至50%；2）磷酸铁锂正极CNT添加比例为2%；3）2022年碳纳米管渗透率预计为24%，2025年渗透率有望达到35%。综上我们测算得到2022年全球磷酸铁锂CNT浆料需求为9.6万吨，市场空间为43亿元；2025年磷酸铁锂CNT浆料需求为39.4万吨，市场空间为150亿元，2022-2025年均复合增速达到52%。17资料来源：GGII，天奈科技公告， 国信证券经济研究所整理与测算图19：全球磷酸铁锂电池碳纳米管浆料需求及市场空间（万吨、亿元）1 25 10 17 26 39 5 6 18 43 71 105 150 0204060801

25、005404520022E2023E2024E2025E磷酸铁锂电池碳纳米管浆料需求（左轴，万吨）磷酸铁锂电池碳纳米管浆料市场空间（右轴，亿元）图18：不同倍率下磷酸铁锂电池首次放电比容量（mAh/g）资料来源：碳纳米管改性磷酸铁锂正极材料的研究进展，国信证券经济研究所整理多因素催化CNT渗透：携手高镍、硅基同发展184680电池装车在即，有望加快高镍正极和硅基负极应用。2022年2月，特斯拉宣布4680电池有望在22年Q1末实现装车。4680电池将带动高镍正极和硅基负极的市场化：1）圆柱电池单体间接触面小，较方形电池更适配热失

26、控风险高的高镍材料；2）圆柱电池成组效率低，需要搭配高能量密度材料提升单体容量。高镍正极和硅基负极带动碳纳米管需求。高镍正极导电性能差，CNT更契合需求。硅基负极理论比容量高但应用面临较大挑战：1）硅材料体积膨胀率达300%（碳材料为16%），材料易粉化；2）负极活性物质易脱落；3）SEI膜处于破损修复动态阶段，厚度持续增加，界面阻抗提高，活性物质消耗。碳纳米管（特别是单壁碳纳米管）是最契合硅基负极的导电剂：1）导电性能优异，相较石墨烯，其一维结构更容易搭建有效导电网络，弥补硅基负极导电性差的问题；2）弹性高、机械性能强，特别是单壁碳管弹性更优（是多壁碳管的3-10倍），能够在硅材料体积碰撞时

27、紧密连接各颗粒，提高结构稳定性、减少活性物质脱落；3）比表面积大、中空结构优，能够缓解硅基负极在充放电过程中的体积变化的应力，减少材料坍塌、提高循环寿命；4）改善倍率特性、高低温性能等。目前，OCSIAl公司已经量产了单壁碳管可用于硅基负极中；天奈科技则提出单壁碳管和多壁碳管混合的方式，来优化浆体的分散性。资料来源：OCSiAl，国信证券经济研究所整理注：横轴表示循环周次，纵轴表示电池容量图21：单壁碳纳米管能够显著提高搭载硅基负极电池的循环寿命图20：单壁碳纳米管能够显著提高NCM811电池的倍率性能资料来源：OCSiAl，国信证券经济研究所整理注：纵轴表示容量保持率；图中五组数据由左至右分

28、别代表倍率1C-5C多因素催化CNT渗透：携手高镍、硅基负极同发展高镍三元掺杂CNT成本：我们假设2022年SP均价7万元/吨，碳纳米管均价21.1万元/吨，SP/碳纳米管粉体添加比例为3%/2%，在假设碳纳米管掺杂使得能量密度提升5%的因素下，测算得到1GWh三元811电池对应SP/碳纳米管成本分别为303/435万元。硅基负极掺杂单壁碳纳米管成本：我们假设2022年单壁碳纳米管价格为900万元/吨，其在硅基负极中添加比例为0.1%，测算得到1GWh电池对应硅基负极中添加单壁碳纳米管的成本为650万元。我们假设：1）硅基负极2022年渗透率为4%、2025年渗透率预计达到15%；2）三元电池

29、2022年装机占比为44.6%、2025年装机占比达到43.7%；3）三元正极中2022年碳纳米管渗透率预计为24%，2025年渗透率有望达到35%；4）三元正极碳纳米管添加比例为1.5%，硅基负极中单壁碳纳米管添加比例为0.1%。综上，我们测算得到：1）2022年全球三元电池CNT浆料需求为4.9万吨，市场空间为22亿元；2025年三元电池CNT浆料需求为16.6万吨，市场空间为63亿元，2022-2025年均复合增速达到43%。2）2022年全球单壁碳纳米管粉体需求为22吨，市场空间为2.0亿元；2025年全球单壁碳纳米管粉体需求为201吨，市场空间为17.1亿元，2022-2025年均复

30、合增速达到106%。19资料来源：GGII，天奈科技公告， 国信证券经济研究所整理与测算图22：全球三元电池碳纳米管浆料需求及市场空间（万吨、亿元）图23：全球单壁碳纳米管粉体需求及市场空间（吨、亿元）资料来源：GGII，天奈科技公告， OCSiAl ，国信证券经济研究所整理与测算1.4 1.9 3.2 4.9 8.1 11.9 16.6 6 6 13 22 34 48 63 0070024680022E2023E2024E2025E三元电池碳纳米管浆料需求（左轴，万吨）三元电池碳纳米管浆料市场空间（右轴，亿元）3 5 11 2

31、2 70 112 201 0.30.51.12.06.39.517.00250024680022E2023E2024E2025E单壁碳纳米管粉体需求（左轴，吨）单壁碳纳米管粉体市场空间（右轴，亿元）CNT浆料2025年需求为59万吨，市场空间达到224亿元我们假设：1）电池需求：2022年全球新能源车销量预计为991万辆，对应动力电池需求为492GWh，预计全球锂电池需求为763GWh；预计2025年全球新能源车销量为2227万辆，动力电池需求为1331GWh，锂电池总需求为1938GWh。2）CNT添加比例：假设钴酸锂和三元正

32、极中多壁碳纳米管添加比例为1.5%；磷酸铁锂和锰酸锂中多壁碳纳米管添加比例为2%。硅基负极2022年渗透率为4%、2025年渗透率预计达到15%，单壁碳纳米管添加比例为0.1%。3）CNT导电剂渗透率：假设2022年正极CNT渗透率预计为24%，2025年渗透率有望达到35%；硅基负极中均需添加单壁碳纳米管。综上我们测算得到：1）2022年全球碳纳米管粉体总需求为0.6万吨，粉体市场空间为15.2亿元； 2025年全球碳纳米管粉体需求为2.4万吨，粉体市场空间为59.7亿元， 2022-2025年均复合增速达到58%。2）2022年全球碳纳米管浆料总需求为15.8万吨，市场空间为70亿元；20

33、25年全球碳纳米管浆料总需求为59.0万吨，市场空间为224亿元，2022-2025年均复合增速达到47%。20资料来源：GGII，天奈科技公告， OCSiAl ，国信证券经济研究所整理与测算图24：全球碳纳米管粉体需求及市场空间（吨、亿元）资料来源：GGII，天奈科技公告， OCSiAl ，国信证券经济研究所整理与测算图25：全球碳纳米管浆料需求及市场空间（万吨、亿元）3 4 9 16 27 41 59 13 14 35 70 113 162 224 0500007020022E2023E2024E2025E全球碳纳米管浆料需

34、求量（左轴，万吨）全球碳纳米管浆料空间（右轴，亿元）0.10.20.40.61.11.62.45 7 9 15 27 40 60 00700.00.51.01.52.02.520022E2023E2024E2025E全球碳纳米管粉体总需求量（左轴，万吨）全球碳纳米管粉体市场空间（右轴，亿元）碳纳米管浆料2025年需求为59万吨，市场空间达到224亿元21表5：全球碳纳米管粉体、浆料需求及市场空间测算资料来源：GGII，天奈科技公告， OCSiAl ，国信证券经济研究所整理与测算20022E2023E2024E2025E全球正极用

35、多壁碳纳米管需求全球动力电池需求（GWh）102.4135.3293.7492.0751.41006.61330.9全球储能电池需求（GWh）17.627.047.078.3131.5205.7322.0全球消费类电池需求（GWh）124.6138.3166.4192.6221.9251.8285.0全球三元正极需求（万吨）22.226.540.854.077.399.5126.8全球钴酸锂正极需求（万吨）6.16.37.58.39.19.910.7全球磷酸铁锂正极需求（万吨）14.819.643.580.1120.7164.5225.0全球锰酸锂正极需求（万吨）1.82.43.54.34.9

36、5.56.3三元正极添加比例1.5%1.5%1.5%1.5%1.5%1.5%1.5%钴酸锂正极添加比例1.5%1.5%1.5%1.5%1.5%1.5%1.5%磷酸铁锂正极添加比例2.0%2.0%2.0%2.0%2.0%2.0%2.0%锰酸锂正极添加比例2.0%2.0%2.0%2.0%2.0%2.0%2.0%多壁碳纳米管渗透率17.3%18.9%21.2%24.0%28.0%32.0%35.0%多壁碳纳米管粉体需求（吨）1308.61762.43526.86295.410661.916131.523404.0多壁碳纳米管粉体价格（万元/吨）36.436.222.221.119.018.618.2

37、多壁碳纳米管粉体市场空间（亿元）4.86.47.813.320.230.042.7全球负极用单壁碳纳米管需求全球负极需求（万吨）22.327.145.467.896.6126.7165.3硅碳负极渗透率1.4%2.5%3.0%4.0%9.0%11.0%15.0%全球硅碳负极需求（万吨）0.30.51.12.27.011.220.1硅碳负极中单壁碳纳米管添加比例0.1%0.1%0.1%0.1%0.1%0.1%0.1%单壁碳纳米管粉体需求（吨）2.55.510.921.770.0112.3200.7单壁碳纳米管粉体价格（万元/吨）1100.01000.01000.0900.0900.0850.08

38、50.0单壁碳纳米管粉体市场空间（亿元）0.30.51.12.06.39.517.1碳纳米管粉体市场合计全球碳纳米管粉体总需求量（吨）1311.11767.93537.86317.110731.916243.823604.7全球碳纳米管粉体市场空间（亿元）5.06.98.915.226.539.659.7YoY37.4%28.8%70.7%74.3%49.0%51.0%碳纳米管浆料市场合计固含量4.0%4.0%4.0%4.0%4.0%4.0%4.0%全球碳纳米管浆料需求量（万吨）3.34.48.815.826.840.659.0YoY34.8%100.1%78.6%69.9%51.4%45.3

39、%碳纳米管浆料价格（万元/吨）3.83.24.04.44.24.03.8全球碳纳米管浆料空间（亿元）12.614.035.570.0112.9162.4224.2YoY11.3%153.9%97.3%61.4%43.8%38.0%23 25 28 28 29 31 33 39 42 63 6%12%-0.4%4%8%8%18%7%-5%0%5%10%15%20%00702010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 20182025E产值（亿元）YoY碳纳米管应用领域之导电塑料：2025年市场空间超60亿元导电塑料可分为结构型和填充型。结构

40、型导电塑料是高聚物本身或经掺杂之后具有导电性的材料，而填充型导电塑料是本身不具有导电性，但通过加入导电性填充物（导电母粒）获得导电性的材料。根据GGII数据，2018年全球导电母粒产值为42亿元，2010-2018年均复合增速为7.7%。我们假设2018-2025年全球导电母粒市场年均复合增速在6%，可以测算得到2025年市场空间有望达到63亿元。22图26：全球导电母粒行业产值（亿元）资料来源：天奈科技招股说明书，GGII，国信证券经济研究所整理与测算图27：导电塑料行业产业链示意图资料来源：华经情报网，国信证券经济研究所整理碳纳米管应用领域之导电塑料：2025年市场空间超60亿元导电塑料广

41、泛应用于半导体、防静电材料等领域。导电塑料兼具导电性和塑料材料的优势，具有密度低、机械柔韧性、高强度、低成本、耐腐蚀、电阻可调节等特性，是理想的屏蔽材料。导电塑料目前广泛应用于抗静电添加剂、计算机抗电磁屏幕、智能窗、发光二极管等多个领域。23表6：导电塑料的应用场景应用领域具体功能抗静电以及电磁屏蔽理想的抗静电材料，其在电子电器领域中可用作集成电路、传感器护套等精密元件生产过程使用防静电周转箱等；中高压电缆中可用作屏蔽材料；还可用作防爆产品的外壳及结构件，电器产品的外壳及结构件等。显示器领域可通过旋转覆膜工艺，形成具有导电性或半导电的塑料薄膜。由此可以制造聚合物发光二极管和塑料芯片等。芯片领域

42、成本仅为硅材料的十分之一甚至更低，具有极其广阔的前景，很有可能替代硅芯片。塑料芯片在国际上已经得到具体应用并投入到实际的生产生活中，目前主要应用在几百个种类的电子元器件中。生物科学领域导电塑料具有良好的导电性和生物相容性，可用作生物敏感组织修复材料、人造肌肉、医药缓释材料等。储能设备美、日、德等国家已经应用导电塑料成功地研制出了电池，和传统的储能设备相比， 这种塑料电池体积小重量轻，并且对环境的危害远小于重金属蓄电池。资料来源：导电塑料的研究进展，国信证券经济研究所整理图28：导电塑料的应用领域资料来源：飞荣达官网，浙江慧仁电子官网，国信证券经济研究所整理碳纳米管应用领域之导电塑料：碳纳米管性

43、能优势显著导电塑料是由导电填料（导电母粒）和基材通过塑料加工成型方式制得。常见的导电填料包括：金属及其氧化物、碳系纳米材料等；而最常用的填料是炭黑，主要是由于其价格低廉、产量大以及化学性能和导电性能稳定。在导电塑料领域，碳纳米管相较炭黑存在明显优势：1）冲击强度影响小：炭黑和CNT等无机材料的添加大多都会导致复合材料的冲击强度下降，而由于碳纳米管添加量较少，整体影响更小。2）导电性能优：碳纳米管的线性结构能够很好的搭建导电网络，其自身导电能力强，会进一步优化复合材料的导电性。3）制成品外观好：一方面碳纳米管添加量少，在实际应用中不会出现导电塑料表面脱碳的情况，而炭黑则会容易产生脱碳并可能影响其

44、他接触件性能；另一方面CNT导电塑料表面光洁度，高透明度、饱和色彩度和力学性能要远好于炭黑填充的制品。CNT在导电塑料中应用的难点：易团聚难分散。不同于在锂电池领域的应用，碳纳米管在导电塑料领域应用时需要分散在树脂等固体中，分散难度更大。24资料来源：电磁屏蔽及抗静电包装塑料及应用，导电塑料的研究进展，国信证券经济研究所整理注：屏蔽效能越大，屏蔽效果越好表7：不同导电填料对比导电填料类型优势不足对应导电塑料的屏蔽效能/dB金属及其氧化物金属及其氧化物来源较广，制备方法简单，导电性能良好，在导电高分子材料中应用较为广泛。易腐蚀、抗静电和屏蔽性能难以调解等。55碳系纳米材料炭黑炭黑资源丰富、价格低

45、廉，导电性能持久稳定，可大幅改善材料的导电性能，易加工，对塑料有增强作用。导电性能一般，且制成品只能为黑色。添加量较多时，复合材料冲击强度会下降。33.2碳纤维碳纤维具有高强度、高模量、高导电性、力学性能好、材料导电性能持久等特点，能够改善复合材料性质。填充量较高，影响整体的机械强度和加工成型性。37碳纳米管少量的碳纳米管就能形成导电网链，且其密度小，不容易因重力的作用而聚沉。易团聚、难以分散。71资料来源：山东大展纳米材料有限公司官网，国信证券经济研究所整理注：纵轴为电阻，电阻越低导电性越好图29：碳纳米管能够显著提升导电塑料的导电性碳纳米管应用领域之导电塑料：天奈科技等龙头超前布局25表8

46、：天奈科技导电母粒主要技术储备资料来源：天奈科技公告，国信证券经济研究所整理 天奈科技针对相关工艺、设备、添加剂等都进行了近10项的专利布局，能够拥有一系列核心技术有效解决碳纳米管团聚等问题。同时，其已经和SABIC、Total、Clariant 和 Polyone 等知名国际化工企业展开合作，相关碳纳米管导电母粒产品已经完成部分客户认证，特别是与SABIC的合作已经完成样品测试、正推动后续量产准备工作。 公司IPO募投导电母粒产能为2,000吨，2021年可转债募资再扩产5,000吨。导电母粒供应能力持续爬升有望成为业绩新增长点。我们假设导电母粒单吨售价在12.6万元，公司现规划产能有望在2

47、027年前达产，届时公司导电母粒年收入将达到8.8亿元，对应市场占有率接近13%。核心技术名称碳纳米管压缩技术导电塑料母粒低剪切、高分散技术高含量导电塑料母粒技术导电复合材料分散技术应用于3D打印的导电塑料母粒技术图30：天奈科技2021年导电母粒募投项目预期销量及收入（吨、亿元）1,000 2,000 3,500 5,000 1.3 2.5 4.4 6.3 0123456701,0002,0003,0004,0005,0006,0002024E2025E2026E2027E导电母粒销量（吨，左轴）导电母粒营收（亿元，右轴）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应用领域之碳基芯

48、片：前景广阔，未来可期碳基芯片比硅基芯片有更快的传输数率，且避免欧美技术封锁的优势。碳纳米芯片的电子特性比硅有优势，电子在碳晶体内比在硅晶体内更容易移动，因此能有更快的传输数率。同时碳基芯比硅基芯片具有成本更低、功耗更小的明显优势。由于美欧等对硅芯片技术的封锁，中国想在硅技术上超越它们非常难，因而发展碳基芯片产业具有战略意义。碳纳米管性能突出，是碳基芯片的关键材料之一。碳纳米管优势：1）特殊且完美的一维结构，极大压抑了背散射，是低功耗的弹道运输。2）理想的无悬挂键结构，化学稳定性强、表面超洁净，栅效率高。3）载流子迁移率极高、本征电容小，能够快速响应。4）导电通道超薄、静电控制极佳，性能接近理

49、论极限的5nm平面晶体管。碳纳米管应用挑战：1）碳纳米管阵列密度低，一般需要在1微米内有100-200个碳纳米管；2）纯度低：半导体的适宜纯度需要达到99.9999%甚至更高。碳基芯片研究成果频出，但仍任重道远。2019年，MIT的团队成功制备了完全由碳纳米晶体管构成的16位微处理器。2021年6月北京大学彭练矛院士在Nature Electronics发表文章，表示开发出了每微米120个纳米管、半导体纯度高达99.99%的碳纳米管阵列，并以此构筑成了性能优异的射频晶体管。同时，2021年初彭练矛院士提出“在国家重视和科研经费充足下，预计3-5年碳基技术能够在特殊领域小范围应用；预计10-15

50、年硅碳融合技术将成为主流；预计15年之后碳基芯片有望凭借其高性能成为主流技术”。26图31：MIT研制的碳纳米晶体管构成的微处理器资料来源：期刊ACS Nano，国信证券经济研究所整理碳纳米管应用领域之碳基芯片：前景广阔，未来可期台积电2020年开发出独特的工艺流程，生产出了采用“顶栅+背栅”独特结构的CNT器件。同时，该公司在3nm以下的工艺制程中也是在积极探索新材料（例如高迁移率通道、2D晶体管和碳纳米管）的应用可能性。美国Nantero在2007年就与安森美半导体携手开发在CMOS晶圆制造中集成碳纳米管；近年来其也推出了基于碳纳米管的存储器NRAM。NRAM实质上就是形成一层碳纳米管薄膜