（報告出品方/作者：國信證券，王蔚祺）
一、碳納米管介紹：性能突出的導電劑
碳納米管結構及特性
碳納米管又稱巴基管，英文簡稱CNT，是由單層或多層的石墨烯層圍繞中心軸按一定的螺旋角卷曲而成一維量子材料。其最早在1991年由飯島澄男發現。碳 納米管的長徑比、碳純度作為影響導電性的兩個核心名額，直接決定了碳納米管的産品性能，碳納米管管徑越細，長度越長，導電性能越好。
CNT具有突出的多方面性能：1）力學性能：具有極高的彈性和韌性，楊氏模量是鋼的近6倍、抗拉強度是鋼的100倍，也是目前自然界中比強度最高的材料 。2）電學性能：導電性顯著優于石墨烯、炭黑等材料，且管徑越細、長度越長，導電性越好。3）導熱性能：極高的導熱率，室溫下導熱率是金剛石的2倍。 軸向導熱性能優、徑向導熱較差，可合成各向異性的導熱材料。4）化學穩定性：具有耐酸性、耐堿性，在高分子複合材料中添加碳納米管可以提高材料本身 的阻酸抗氧化性能。5）嵌锂性能優異：碳納米管的中空管腔、管與管之間的間隙、管壁中層與層之間的空隙及管結構中的各種缺陷，為锂離子提供了豐富的 存儲空間和運輸通道。
碳納米管分類：單壁碳納米管性能更優
在商業用途中，碳納米管根據石墨烯層數差異可以分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。單壁碳納米管優勢展現為：
結構簡單、化學性質穩定：多壁碳納米管形成過程中層與層之間容易成為陷阱中心而捕獲各種缺陷，而單壁碳納米管結構簡單、均勻一緻性好，且缺陷少、 化學性質穩定。
添加量少、導電性優：由于單壁碳納米管長度-直徑比較高，其能夠在極低添加量下形成三維導電網絡。同時，單壁碳納米管有一層碳原子，并根據空間的螺 旋特性可表現出金屬或半導體性能。此外，其強大的碳碳鍵使得其能夠有更高的載流量，電流密度能夠高于銅等金屬1000倍以上。
彈性好、機械性能高：單壁碳納米管具有更強的柔韌性，能夠更好的彎曲、扭曲或扭結，其彈性模量和抗拉強度顯著優于多壁碳納米管。
導熱性好：單壁碳納米管的機關品質導熱系數高于多壁碳納米管，同時二者都能夠承受750℃以上的高溫。
制成品顔色多樣：多壁碳納米管通過提高添加量來改善機械性能和導電性，這會影響産品表面品質和顔色，如其隻能生産黑色材料。由于單壁碳納米管添加 量普遍在0.01-0.1%，因而能夠生産任何顔色以及透明導電材料。
安全性能優：在45℃高溫多周循環下，添加單壁CNT的軟包電池内阻增長，明顯低于添加其他導電劑的電池，表明電池着火風險越小。
提升極片附着力：單壁碳納米管網絡将正極材料顆粒連在一起，進而提高了顆粒之間的連接配接強度。而這一特性對于易粉化、易脫落的矽基負極而言尤為重要。
碳納米管技術壁壘展現在催化劑、分散體系和裝置三個方面
裝置：碳納米管生産中主要使用的裝置有超高溫爐、碳化反應器、石墨化爐、砂磨機等。碳納米管體積密度小、比表面積大，生産中易出現纏繞，連續化生産難 度高。行業内企業普遍會對流化床反應器、純化和分散裝置進行改造、甚至自主設計，以此提高生産效率和連續性。例如，截止2022年1月底天奈科技共擁有59 項碳納米管相關專利，其中裝置改進相關專利為33項，占比達到56%。
碳納米管生産過程中核心壁壘展現為：
分散體系：粉體分散是漿料制備的核心步驟。由于CNT粉體直接實際應用效果不好，是以電池廠目前更傾向于采購CNT漿料。而由于碳納米管之間較強的範德華 力和高長徑比，容易形成大的管束，并且納米尺寸效應的存在，使得團聚效應更為顯著。常見的分散方法包括研磨、高能球磨、添加表面活性劑等。實際生産中 ，常采用PVP等表面活性劑作為分散劑，NMP作為分散媒體，使用砂磨機進行分散。而不同組分和不同含量的分散劑所得到的效果存在顯著差異。
催化劑：催化劑的制備方法和流程，會影響其粒徑、活性、純度等性能，進而對碳納米管的管徑、長度、純度以及均一性産生顯著影響。各家企業針對催化劑的 組分和生産流程多進行了專利布局，并且通過自身實際生産工藝進行靈活調整。而催化劑制備水準的優劣也會直接反應在碳納米管産品的性能上。（報告來源：未來智庫）
二、動力電池快速滲透，百億市場揚帆遠航
碳納米管應用領域之锂電池：提升正負極導電性能
導電劑是锂電池的關鍵輔材，主要作用是提升正負極的導電性。锂電池正極活性材料普遍存在導電性差的問題，使得電極内阻較高、放電深度不夠，進而導緻活 性材料使用率低、電極的殘餘容量較大。而導電劑在其中發揮着： 1）提升電子在電極中傳輸速率，提升導電性； 2）提升極片對電解液的浸潤，提高锂離子遷移速率，改善電極充放電效率和使用壽命； 3）充放電過程中正極材料體積變動時，建構良好導電網絡，改善導電性。 目前主流導電劑為炭黑類、碳納米管、導電石墨類、VGCF（氣相生長碳纖維）和石墨烯。
碳納米管産品疊代快，不同代際性能與盈利能力差異顯著
各代際碳納米管之間制備方法的差異主要展現在催化劑配方以及宏量制備方 法上，高代産品管徑更細、長度更長，導電性能、機械性能等各方面更為優 異。根據天奈科技公告，其碳納米管産品大緻分為四代，各代産品對應不同 的催化劑配方和不同的細分應用領域。各代産品推出時間間隔在2-3年，價 格差異顯著、成本相差很小。這種快疊代的産品也是夯實碳納米管高盈利的 重要基礎。
碳納米管在導電劑中滲透率穩步提升
碳納米管和石墨烯導電劑相較于傳統導電劑具有導電性能好、用量少的特點。炭黑類、導電石墨類和VGCF作為傳統的導電劑，其在活性物質之間各形成點、面 或線接觸式的導電網絡；碳納米管和石墨烯屬于新型導電極材料，其分别形成線接觸式和面接觸式導電網絡。 在用量方面，導電劑的添加量取決于不同電池生産商的電化學體系，一般為正極或負極重量的1%-3%，碳納米管導電劑的粉體使用量僅為傳統導電劑的1/6-1/2 。根據GGII預測，2021年炭黑依舊是市場最主流的導電劑，其出貨量占比有望達到69.7%；碳納米管滲透率持續上升，有望達到21.2%。
多因素催化碳納米管滲透：
碳納米管産品經濟性逐漸展現。由于原材料及能源價格上漲，炭黑報價在2021年底由4.5萬元/噸提升至近10萬元/噸。而碳納米管伴随規模化快速降本，經濟 性已初步展現。假設正極材料中SP的添加量為3%，而碳納米管添加量為0.5%-1.5%。根據天奈科技公告，碳納米管粉體在2021年前三季度均價已降至22.2萬 元/噸，較2020年降低38.6%。我們中性假設2022年SP均價為7萬元/噸，碳納米管均價為21.1萬元/噸，測算得到添加3%SP對應單噸成本為0.21萬元，添加 0.5%/1.0%/1.5%碳納米管對應單噸成本為0.11/0.21/0.32萬元
與三元正極相比，磷酸鐵锂正極材料的優勢在于：1）組分無貴金屬，成本低；2）材料晶格穩定，可逆性好，循環壽命長；3）化學鍵穩定，安全性能高；其 主要不足在于：1）能量密度低；2）導電性能差。
成本優勢疊加新技術推動磷酸鐵锂裝機量走高。近年來新能源車補貼政策快速滑坡，下遊電池廠降本壓力巨大，特别是2021年以來鎳、钴金屬價格持續走高， 使得三元電芯價格快速提升，進而使得磷酸鐵锂低成本優勢更為突出。刀片電池、CTP（Cell to Pack）封裝技術等使得磷酸鐵锂電池能量密度得以提升。兼具 安全性和成本效益的磷酸鐵锂電池裝機占比持續走高；2021年國内磷酸鐵锂電池裝機量從24.4GWh提升至79.8GWh，占比為51.7%，同比提升13.3pct。
三、行業高集中快疊代，龍頭企業優勢顯著
碳納米管行業特點：技術密集型的利基市場
國産化率仍有提升空間：2020年國内碳納米管出貨量占全球的54%，低于負極、電解液等環節，仍有較大提升空間。
行業集中度高：碳納米管行業2018-2020年，CR3/CR5分别從68.0%/87.7%提升至75.7%/89.1%，行業持續集中。橫向對比來看，碳納米管行業集中度顯著 高于四大锂電主材環節。
碳納米管單GWh産能投資額為0.30億元，與負極基本持平，顯著低于隔膜和正極行業；頭部碳納米管企業的投資回收期在6年左右。 2020年天奈科技毛利率為39%，低于隔膜環節的恩捷股份，但顯著高于其他主材環節。高毛利率一方面是由于其在電池中成本占比低（不足4%），下遊價 格敏感性低；另一方面是産品2-3年的快速疊代，保持較好的競争優勢
天奈科技領航賽道，OCSiAl單壁碳管全球領先
天奈科技在碳納米管行業地位穩固：根據GGII資料，2020年國内碳納米管導電漿體行業中天奈科技出貨量多年蟬聯第一，市占率達到32.3%，主要是供應高端 锂電池市場；集越納米市占率23.8%位居第二；卡博特位居第三。海外企業中卡博特收購三順納米切入該領域，LG化學依托自身化工優勢自研。
碳納米管行業主要壁壘：1）技術難度大，傳統導電劑主要是通過反應爐将燃料熱解來進行制備，碳納米管是通過納米級化學氣相沉積法來制備，制備工藝和設 備存在顯著差别，難以直接切入；2）導電劑認證周期較長，且成本占比較低，因而客戶粘性較大。
單壁碳納米管是新機遇，OCSiAl超前布局謀求先機。OCSiAl是一家俄羅斯企業，其在2013年研發出了首個工業合成單壁碳納米管的技術，并且在2014年正式 釋出其單壁碳納米管産品TUBALL。目前，OCSiAl擁有90萬噸的年産能，占全球單壁碳納米管市場的95%以上。TUBALL已經在锂離子電池、輪胎、導電塑膠等 領域得到應用，且性能領先于同行競品。國内企業，天奈科技已成功研發單壁碳納米管成品，并在2021年定增建立單壁碳納米管産能，有望在2023-2024年投 産；中科時代納米（中科院成都有機化學所）已具備500kg的年生産能力；道氏技術（青島昊鑫）也已經完成單壁碳納米管的研制工作。
單壁碳納米管現階段價格較高，規模化後有望快速降本。我們假設單壁碳管報價為900萬元/噸。我們假設相同情況下單壁碳管添加量為0.1%，多壁碳管添加量 為1.5%。那麼我們測算得到單壁碳管和多壁碳管單噸成本分别為0.90/0.32萬元。未來伴随企業産能在2023-2024年批量釋放以及矽基負極的快速應用，單壁碳 管有望通過規模化快速降本。
四、重點公司分析
天奈科技
技術優勢：公司自主制備催化劑、自研關鍵裝置、分散體系設定專利保護，掌握核心制備壁壘。同時公司針對矽基負極、高鎳正極等新産業趨勢，已經進行專利 布局和技術積累，持續保持龍頭優勢。公司現已量産一代、二代和三代産品，新一代應用到矽基負極中的産品有望在2023-2024年量産，産品性能和疊代速度領 先同行。從曆史上看，公司對各主要電池技術的産品研發和市場推廣，均領先行業主要競争對手。
客戶優勢：公司與甯德時代、比亞迪、ATL等産業龍頭密切合作，并積極布局億緯锂能、欣旺達、中創新航等客戶，客戶兼具深度和廣度。同行企業多集中于 同比亞迪、國軒高科等企業合作，其他電池廠滲透較少。1）近年來公司積極加深與甯德時代等廠商合作，2021年前三季度對其銷售占比已提升至18.2%，較 2018年提升12.2pct；2021年前三季度中創新航首次跻身前五大客戶。2）憑借單壁碳納米管産品優勢，公司有望突破松下、三星新電池體系，跟随4680電池 及矽基負極快速成長。
規模優勢：公司2021年底預計碳納米管導電漿料産能為5萬噸，生産能力遠超同行。規模效應和産品高速疊代下，公司盈利持續高位。2021年上半年，天奈 科技淨利率達到23.05%，高于青島昊鑫的17.78%。
募投擴産緩解産能瓶頸，一體化疊加産品優化增厚利潤
量的邏輯：
産能擴張：下遊汽車電動化加速推進，公司産品供不應求，産能使用率持續高位，大舉擴産勢在必行。公司現有碳納米管導電漿料産能達到5萬噸，2021年公 司再提新擴産計劃，拟擴建5萬噸導電漿料項目，屆時公司産能将突破10萬噸，較現有産能實作翻倍。
導電母粒有望貢獻新增量：公司IPO募投導電母粒産能為2,000噸，2021年可轉債募資再擴産5,000噸。導電母粒升有望成為業績新增長點。（報告來源：未來智庫）
公司一體化布局夯實盈利優勢：
1）粉體自産：公司碳納米管粉體均為自産，較青島昊鑫等在原料成本上更具優勢，公司IPO募投6000噸粉體有望在2022年至2023年開始釋放；
2）布局純化環節：公司早期場地資源有限純化多采用委外加工，而高代碳納米管産品純化要求高，公司在2021年募投建立3000噸碳管純化産能，提高産品品質 、保障競争力；
3）深化NMP生産與回收：碳納米管漿料的主要原材料有NMP、丙烯、分散劑等，其中NMP成本占比超80%。2018年公司投資設立控股子公司新納環保自行生 産和回收NMP，相關項目已于2020年開始投産，未來伴随産能爬坡有望對沖NMP價格波動對成本的壓力。
規模化推動成本下降：公司産能快速擴張和産能使用率持續提升下，機關産品折舊攤銷減少，制造費用和人工成本占比持續下降，成本得到優化。
産品結構優化增厚利潤：公司每2-3年推出一代新産品，新品價格高、盈利能力強。近年來公司二代、三代及以上高毛利率産品積極導入下遊客戶并開發新型 單壁碳納米管産品，産品結構優化增強盈利能力。
報告節選：
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精選報告來源：【未來智庫】。