近期，從熱播電視劇《三體》中的納米飛刃，到流浪地球中的太空電梯，再到特斯拉4680電池、固態(tài)電池概念相繼受到市場關注，其中都繞不開一個新材料——碳納米管，而提到碳納米管，自然會想到國內這一領域龍頭——天奈科技。

作為一種極具潛力的新材料，國內多家公司都開始積極布局產能，然而，當前市場似乎對碳管目前的景氣度、市場空間、競爭格局、技術壁壘以及天奈科技的核心競爭力仍有分歧，但我們認為碳納米管作為電池導電劑，具備絕對數(shù)額（電池裝機量）+相對添加量（正極添加量增加，硅碳負極開始添加）+滲透率（逐漸替代炭黑份額）三重彈性，從目前至2030年CAGR都將維持在30%以上，屬于長期保持高增長的優(yōu)質賽道。

而除了作為導電劑的應用，未來碳納米管將應用于導電塑料，金屬復合材料添加劑，如將0.001%的單壁碳納米管加到混凝土中，強度將提高50％，加入0.1%至鋁中，強度可提高2倍，碳納米管未來還能應用于船舶及橋梁的防腐涂料中，將為行業(yè)帶來4重、5重、N重的需求彈性，未來行業(yè)應用空間逐漸打開，將成為萬能工業(yè)添加劑，這個細分行業(yè)也將成為星辰大海。

本篇文章，我們主要探討幾個問題：1、碳納米管的應用場景有哪些；2、碳納米管的發(fā)展階段3、碳納米管的市場空間有多大；4、碳納米管的競爭格局如何；5、為什么天奈科技是當之無愧的龍頭？

一、碳納米管的應用場景

碳納米管各種性能優(yōu)異，故理論應用極其廣泛。

目前碳納米管的前兩大應用場景分別為鋰電池和導電塑料，但長遠來看，基于其電學性能、嵌鋰性能、力學、熱學、光學、磁學等性能以及化學穩(wěn)定性，未來應用場景十分廣泛

當然，目前我們重點只看碳納米管作為導電劑的應用場景。

目前導電劑種類有傳統(tǒng)炭黑、導電石墨、VGCF、碳納米管及石墨烯等，碳納米管可與電極活性材料形成三維空間導電網絡，導電性能是最好的，同時可提高極片的粘結強度，減少粘結劑的使用量，若匹配石墨烯，則形成更加完善的點+線+面三維空間導電網絡，可降低電池內阻，有效提升電池安全，降低自燃風險，有些行業(yè)人士稱導電劑可有可無及傳統(tǒng)導電炭黑可滿足性能，在電池技術向高壓、大電流、長續(xù)航、安全性的發(fā)展趨勢下，這種觀點顯然是站不住腳的。

我們具體看哪些領域必須要添加導電劑

1、磷酸鐵鋰導電率低，必須要加導電劑

LFP的理論容量約170mAh/g，目前實際容量已達150mAh/g，能量密度和主要技術指標已接近其理論值，電化學性能開發(fā)空間很低，且低溫性能較差，故目前衍生出磷酸錳鐵鋰，電壓較LFP更高，帶來更高的能量密度，但LMFP存在雙電壓，導電性及倍率性更差，穩(wěn)定性和循環(huán)壽命降低，SEI膜增厚導致活性鋰的消耗，LMFP離子遷移率及電子電導率較LFP顯著下降，故需對LMFP改性，如表面碳包覆、顆粒納米化、金屬離子(Mg、Ti)摻雜，或加入更大含量的碳納米管，以增加材料的離子及電子電導率

2、鈉電正極仍需添加導電劑

鈉電正極主流體系為層狀氧化物、聚陰離子和普魯士藍類似物，聚陰離子化合物結構穩(wěn)定，但比容量較低、電導率偏低，較難大規(guī)模生產，國內尚無頭部企業(yè)布局該路線；

層狀氧化物與三元電導率相近，普魯士藍與磷酸鐵鋰相近，未來都需要添加導電劑

3、鈉電硬碳負極電導率低，或也需添加導電劑

鈉電負極主要采用硬碳，因硬碳為無定形碳，導電性只有石墨的20%左右，故或也需要添加導電劑，目前行業(yè)已有添加約3~5%的導電炭黑至硬碳負極的專利，故未來碳納米管或也將有望用于硬碳負極

4、石墨負極將難以滿足高能量密度電池的要求，硅基負極產業(yè)化加速

石墨比容量已接近理論容量，嚴重限制了高能量密度電池的發(fā)展，故業(yè)界正加快硅基及金屬鋰負極的研發(fā)，硅基負極有望在2023年后大規(guī)模放量，硅基負極的放量將有效帶動碳納米管單壁、雙壁及寡壁的需求彈性

目前硅碳負極商業(yè)化應用集中在對成本敏感度相對不高的消費電子、電動工具領域，在動力電池領域滲透率相對較低，下個階段隨著特斯拉4680電池、寧德時代265kWh/kg的NCM三元電池、國軒高科210Wh/kg的LFP電芯、廣汽集團海綿硅電池包相繼使用硅碳負極技術，將大幅拉動碳納米管的需求彈性

除此之外，傳統(tǒng)導電填料性能瓶頸已現(xiàn)，碳納米管的滲透率將增大

導電塑料是具有導電性的功能型高分子材料，因兼具金屬的導電性和塑料的特性，在半導體、防靜電材料、集成電路包裝、電磁波屏蔽等領域有重要應用；

目前碳系導電填料仍以炭黑和乙炔黑等為主，但其性能瓶頸已現(xiàn)，如目前高端半導體靜電耗散要求從電阻值108~109降至106~107Ω，為了達到該效果，通常國產炭黑填充量需達15~30%，進口炭黑填充量達10%，這導致塑料力學性能損失較大，且表面易散落炭黑顆粒，成為半導體產業(yè)的污染源之一，碳納米管的低添加量，但高導電性作為導電填料優(yōu)勢顯著，目前已成為碳納米管的第二大應用，未來在導電塑料的滲透率有望增加

長遠來看，芯片領域將是碳納米管應用的最高端戰(zhàn)場

金屬基復合材料領域：將碳納米管作為增強體構建金屬基復合材料，形成輕量化、高強高韌、耐腐蝕和耐高溫的復合材料，未來將有望應用于航空航天、國防等領域

芯片制作領域：納米存取儲存器（NRAM）為基于碳納米管進行信息存儲的新型非易失性存儲器，利用碳納米管優(yōu)異且分立的導電性替代傳統(tǒng)半導體物質為基材的場發(fā)射晶體管（FET），并根據(jù)識別碳納米管陣列，在不同微觀作用力下的兩種電阻狀態(tài)（0或1），以達到存儲數(shù)據(jù)的功能；碳納米管優(yōu)異的化學穩(wěn)定性可保證NRAM在高溫、極寒、輻射以及振動等極端環(huán)境下工作，有效擴充了存儲器的使用邊界，且在和傳統(tǒng)存儲器相同的提取速度下，NRAM功耗更低；碳納米管優(yōu)異的機械性能使得NRAM碳納米管機電開關具有良好的可重復性，預期有無限存取耐力，這也將是碳納米管最前沿、最高端的新戰(zhàn)場

二、碳納米管的發(fā)展階段

1950年代提出高度石墨化的碳原子卷曲而成的管狀結構，1970年代在乙烯裂解爐爐中發(fā)現(xiàn)碳納米管的物質，直到1991年被日本Sumio Iijima博士發(fā)現(xiàn)并表征其為碳納米管，1996年日本昭和電工在川崎建成全球第一個碳納米管工廠，標志著商業(yè)化生產的開端，碳納米管經過20多年的產業(yè)化探索，目前已實現(xiàn)宏量制備，并已開始大量應用于鋰電池導電劑領域

碳納米管行業(yè)前期經過一輪的過熱和低谷，2014因中國新能源車政策的大力刺激，當時以天奈為首的一批企業(yè)嘗試將碳納米管應用于鋰電池的導電劑中，但由于碳納米管的比表面積能較大，難以充分分散，導致下游電池廠商并不能充分利用碳納米管的性能，2020年下半年開始，全球新能源車銷售開始回暖，帶動了鋰電池的需求，從而促進了碳納米管行業(yè)的發(fā)展，2021-2022年行業(yè)原有企業(yè)和新進入企業(yè)紛紛宣布建設新增產能，行業(yè)就此迎來更大的發(fā)展周期，2022年全球導電炭黑需求量約3.2萬噸，在鋰電池導電劑中的滲透率約65%，碳納米管導電劑的滲透率30%

因技術成熟及規(guī)模效應，碳管價格已大幅下降，如天奈的粉體均價從2018年約50萬元/噸降至25萬元/噸，1~3代粉體價格分別為20、49、120萬元/噸。而傳統(tǒng)導電炭黑價格也2018年5萬元/噸大幅漲至2021年9萬元/噸，其中2018年導電炭黑SP價格為5.0~6.5萬元/噸，2022年Q1進口SP均價為9萬元/噸，目前漲至約10萬元/噸。

通過對綜合成本的測算，目前第一代碳管漿料在價格上已和導電炭黑成本趨近，正在大力替代炭黑，考慮到循環(huán)壽命、能量密度帶來的性能溢價，高代際產品的成本和性能優(yōu)勢也逐漸顯現(xiàn)，未來將用于性能要求更高的高鎳三元、硅基負極等領域。

三、碳納米管的空間有多大？

此前我們提到碳納米管的三重彈性：絕對數(shù)額（電池裝機量）+相對添加量（正極添加量增加，硅碳負極開始添加）+滲透率（逐漸替代炭黑份額）

絕對數(shù)額：新能源汽車銷量、帶電量、儲能電池、消費電池均決定了絕對數(shù)額的變化。雙碳及能源革命的背景下，新能源車成為全球共識，行業(yè)發(fā)展路徑或有反復，但長期仍是大趨勢，預計2025年全球新能源車銷量約1800萬輛，2030年達3500萬輛；國內A00級、混動車滲透率較高，平均單車帶電量偏低，未來高能量密度電池技術發(fā)展，長續(xù)航純電車占比提升帶動帶電量提升，進而帶動電池裝機量提升；

全球鋰電儲能快速發(fā)展，滲透率低，需求旺盛，未來將進一步帶動電池裝機量的提升。

相對添加量：磷酸鐵鋰電池主要采用一代碳納米管，在正極添加量為1.5%，有部分企業(yè)采用導電炭黑+碳納米管復合，在磷酸鐵鋰正極漿料中添加0.25%單壁碳管，所得復合正極仍然具有良好的倍率性能

三元NCM111、NCM523、NCM622主要添加二代碳納米管，在正極添加量為1%，NCM811及以上和NCA主要添加三代碳納米管，在正極添加量為0.5%（企業(yè)實際應用中會將多種不同代的碳管相混合使用）

一至三代碳納米管漿料的碳納米管含量分別為4.3%、4%、2.3%，行業(yè)碳納米管漿料平均固體含量約4%

硅基負極必然會使用碳管，增加導電性，同時高長徑比、高比表面積和比強度的碳管將部分減緩硅膨脹效應

未來性能提升后，對單臂管的用量會變大，現(xiàn)在單壁管和多壁管復配的比例是1:2，未來可能會倒過來，使用碳管的硅碳負極、正極量也會增加

寡壁和單壁主要都用在負極上，其中寡壁添加量0.5%，單壁添加量0.25%（假設硅碳負極中只添加單壁碳納米管，且添加量0.1%），常規(guī)多壁管添加量1%，如果是相同用量，單壁相對多壁循環(huán)壽命提升20%，寡壁相對傳統(tǒng)多壁對電池的循環(huán)壽命提升8%，增加一倍用量之后寡壁基本和單壁持平（略低2%左右）

滲透率：滲透率的算法不是簡單的將3.2萬噸導電炭黑和7200噸CNTs粉體直接相加，而應考慮功效單元進行換算，如3.2萬噸導電炭黑實際相當于1.6萬噸一代CNTs導電功效，這也是為什么行業(yè)認為目前CNTs滲透率還很低

因動力電池對快充要求較高，中國動力電池CNTs導電劑的滲透率遠高于消費電池，且從2015年18.8%逐漸增至2022年50.5%，隨著CNTs降本，中國動力電池CNTs滲透率在2025年或達60%，2030年滲透率約79.5%

因導電炭黑在海外的產能較大，海外動力電池導電炭黑滲透率較高，導致2022年CNTs的滲透率僅增至28.6%

2015年全球消費電池CNTs導電劑滲透率13.4%，2022年增至29.3%，預計2025年增至39%，遠期空間較大

經過對需求側絕對數(shù)額、相對添加量和滲透率的拆分測算，隨著儲能和動力電池的對碳納米管漿料需求的持續(xù)增長，預計2025年全球需求約44.2萬噸(粉體約1.77萬噸)，2022-2025年CAGR34.8%，2030年全球需求約161萬噸(粉體約6.46萬噸) ，2022-2030年CAGR31.5%?？紤]碳管和漿料價格呈整體下降趨勢，測算出2025年市場規(guī)模約150億，2030年可達到550億以上。

現(xiàn)階段碳納米管漿料完成庫存消化，即將進入緊俏狀態(tài)。2022年全球CNTs漿料出貨量約15.4萬噸，需求量約18萬噸，表現(xiàn)上看起來是供不應求，實際算上鋰電池企業(yè)的庫存，CNTs漿料在2022年剛好消化完庫存，供需整體趨于平衡

2023年CNTs漿料或進入緊俏周期，一方面源于目前大部分在建產能都在2024-2025年投產，且2025年下半年完成產能爬坡，另一方面新能源車銷量和儲能需求仍以較快速度增長，形成供需錯配，若考慮前期鋰電池的大幅擴產，鋰電池仍有部分過剩庫存，預計最晚2023Q2 CNTs漿料進入緊俏周期

導電塑料領域，目前仍以傳統(tǒng)炭黑為主，2020年全球導電母粒市場規(guī)模50.8億元，預計2022年及2025年分別增至61.5億元、80億元，碳管主要通過替代傳統(tǒng)炭黑的市場，目前行業(yè)滲透處于起步階段，天奈的導電母粒產品在給下游送樣驗證，隨著未來碳管粉體價格的下降及碳管導電母粒技術的成熟，導電塑料將成為碳納米管的第二大應用，滲透率或快速增長

四、碳納米管行業(yè)的競爭格局

目前全球在碳納米管及碳納米管導電劑行業(yè)共約近20家企業(yè)，其中中國有約15家企業(yè)，全球具有競爭力企業(yè)的主要為俄羅斯OCSiAl、中國天奈科技、韓國LG化學

天奈在全球和國內的產能最大，2022年占國內出貨量近47%，三代產品在國內僅獨供，且完全沒有專利風險，對設備要求較高，同時單壁管位于國內領先，2022年11月已建成一條單壁管產能，單壁管是該領域的終極競爭，全球僅有OCSiAl和天奈實現(xiàn)量產

目前清華、北大、中科院等都能在實驗室合成碳納米管，但該行業(yè)的核心競爭在于能宏量且穩(wěn)定生產出一致性較高、缺陷較小、純度較高、產量較大、管徑比更長的碳管，同時能在下游應用中充分分散且結構不被大量破壞，目前大部分公司包括新進入者多是10層的碳管，存在產品性能差異，競爭激烈和價格戰(zhàn)明顯，4-7層的品質不穩(wěn)定，不能持續(xù)穩(wěn)定供貨，天奈在2代以上有領先優(yōu)勢，相對于競品還有2-3年研發(fā)優(yōu)勢，高代際較多企業(yè)想做，但并不一定能做好，碳納米管行業(yè)的競爭在于不斷技術迭代，形成低代際產品規(guī)模效應以降本，且高代際產品不斷突破以形成產業(yè)化領先

五、為什么天奈科技是當之無愧的龍頭？

從技術和研發(fā)實力來看，天奈為碳納米管行業(yè)應用的開創(chuàng)者，從導電漿料到新型正極材料，一直在推廣并培育下游市場，高管層為科班出身的高學歷人群，皆具備鋰電池及新材料相關領域的研發(fā)及管理經驗，重視研發(fā)和管理團隊，產品將占據(jù)絕大部分高端市場，目前第三代產品屬于國內獨供，高代際產品更高的價值量和盈利能力確保天奈在長期競爭中的優(yōu)勢

從產能布局來看，天奈目前已規(guī)劃18個項目，涵蓋碳納米管粉體、碳納米管導電漿料、碳納米管及石墨烯復合導電劑、導電母粒、新型正極磷酸鐵鋰/磷酸錳鐵鋰、磷酸鐵鋰前驅體，其中碳納米管粉體包含多壁管、寡壁及單壁管，目前已投產3個項目，仍有15個項目規(guī)劃投產，其中IPO募投項目即將迎來投產，未來將繼續(xù)成為全球及國內龍頭

從客戶資源來看，主流客戶涵蓋比亞迪（第一代產品為主）、ATL、寧德時代、天津力神、孚能科技、欣旺達、珠海光宇、億緯鋰能、卡耐新能源、中航鋰電、萬向等，其中2020年以前比亞迪一直為天奈的第一大客戶，寧德時代的高鎳逐漸采用天奈的第三代產品，導致其銷售占比逐漸增大，2021年第一季度已成為第一大客戶

天奈海外客戶的驗證幾乎都從第三代開始，目前三星已到現(xiàn)場做驗證，且仍在開拓SK，特斯拉已到現(xiàn)場考察論證，其主要是通過松下供應，現(xiàn)場已有松下的驗廠示范產線和樣品，目前松下已經合作，主要為三代產品

受益于鋰電池行業(yè)去幾年的快速發(fā)展，產業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)誕生了大量的牛股，相應的我們也看到許多環(huán)節(jié)隨著滲透率到達一定高度、電池性能的局限性、產能嚴重過剩等問題，相關公司市值達到了天花板，業(yè)績也存在明顯的成長性下降趨勢。放眼望去，電池技術的變革是鋰電池賽道下一個階段的投資重點

未來幾年，4680電池、磷酸鐵錳鋰、高鎳三元、硅碳負極、儲能電池、固態(tài)電池等等這些新興產品的發(fā)展都需要碳納米管的加持，同時也繞不開天奈，碳納米管正是處于電池技術變革的風口和中心，而天奈科技則是碳納米管領域絕對的龍頭，具備十足的成長性和確定性。