碳纳米管行业深度报告：碳纳米管行业：快速崛起的新型电池材料.pdf

请务必阅读正文后的声明及说明 Table_MainInfo Table_Title 证券研究报告 / 行业深度 报告 碳纳米管行业 :快速崛起的新型电池材料 报告摘要 ： Table_Summary 1、 技术替代效应显著，碳纳米管市场进入爆发期。 目前 碳纳米管 最广的应用范围是 作为导电剂加入到锂电池材料中。 产业界综合 产品性能 、经济性等因素 逐步选择用碳纳米管代替炭黑 ，碳纳米管在导电剂中 18 年占比 32%，较 14 年提升 18%，随着技术成熟预计替代效应 将会持续且 更为显著。 增量角度看， 受到新能源汽车产业链强势驱动，导电剂市 场持续爆发。预计 在锂电池 正极 领域， 未来 5 年全球碳纳米管导电浆料需求量将保持 40.8%的年复合增长率， 2021年需求量达 10.82 万吨。 碳纳米管 应用有望拓展至 硅碳负极和导电塑料。 新能源 汽车 行业对电池的能量密度提出更高的要求，硅碳负极被认为是合理的 途径 。2018 年硅碳负极占负极材料比例 仅 为 2.8%， 我们测算未来三年硅碳负极用碳纳米管浆料需求量年复合增长率为 97.9%， 2021 年需求量达 1.6 万吨。 2、 高技术壁垒保证高毛利。 碳纳米管导电剂 行业毛利率约为 40%左右 ，盈利性好 。其 生产途径包括 制粉 和 混浆 两步。 制粉工 艺 关键是催化剂， 技术难度高， 行业主要采用产学结合方式获得专利，并持续研究开发更新换代，形成较高技术壁垒，保证高毛利。 混浆工艺较为简单，溶剂 NMP 的成本占比达到总工序的 60%左右。业绩弹性大，但作为基础工业品其 价格波动较小。 3、 绑定核心优质客户是快速拓展市场关键。 行业扩产较为保守，预计短期内供需仍然偏紧。但新能源汽车产业链受到补贴退坡市场化影响，碳纳米管的材料价格下行趋势较为清晰。 碳纳米管行业目前体量较小，约 3-4 亿产值；且集中度很高，前五企业市占率达到 88%。同时，下游锂电池厂客户集中度很高，资源向龙头积 聚，行业的认证体系使得导电剂行业具有较高的客户壁垒。 因此，通过核心优质客户的认证是短期占据市场的关键。 国内市场期待宁德时代的导电剂产品替代，海外市场期待打入松下、 LG 的供应体系。 4、 相关标的 -行业龙头市占率近 30%的天奈科技、 有望进入 CATL供应体系的青岛昊鑫母公司道氏技术。 风险提示： 新能源汽车销量不及预期；新技术替代过快；行业竞争加剧；客户拓展不及预期 等 。 Table_CompanyFinance 重点公司主要财务数据 重点公司 现价 EPS PE 评级 2018A 2019E 2020E 2018A 2019E 2020E 德方纳米 98.08 2.30 2.76 3.11 42.64 35.53 31.54 中性 Table_Invest 优于大势 上次评级： 优于大势 Table_PicQuote 历史收益率曲线 -18%-10%-2%6%14%2018/92018/102018/11化学纤维 沪深300Table_Trend 涨跌 幅（ %） 1M 3M 12M 绝对 收益 -4.06% -14.84% -23.87% 相对 收益 -7.96% -17.64% -42.77% Table_IndustryMarket 行业数据 成分股数量（只） 36 总市值（亿） 5765 流通市值（亿） 4364 市盈率（倍） 25.72 市净率（倍） 2.27 成分股总营收（亿） 4896 成分股总净利润（亿） 170 成分股资产负债率（ %） 68.44 Table_Report 相关报告 【 东北证 券中小市 值组】 德方纳 米（ 300769.SZ）：毛利率改善明显，磷酸铁锂空间仍在 2019-08-26 Table_Author 证券分析师：笪佳敏 执业证书编号： S0550516050002 (021)20361230 djmnesc: 研究助理：胡洋 执业证书编号： S0550119040018 (021)20363210 huyangnesc 联系人：周彦朋 (021)20363211 zhouypnesc (021)20363211 zhouypnesc 化学纤维 /碳纳米管 发布时间： 2019-09-23 请 务必阅读正文 后的 声明及说明 2 / 27 Table_PageTop 化学纤维 /行业深度报告 目 录 1. 技术替代效应显著，碳纳米管市场进入爆发期 . 3 1.1. 导电剂是碳纳米管材料最常见应用场景 .3 1.2. 正极材料导电剂更新换代，碳纳米管迎来爆发期 .4 1.3. 导电剂市场受到新能源汽车产业链强势驱动，增量可观 .7 1.4. 导电性拓展新的应用场景 .10 1.4.1. 硅碳负极 . 10 1.4.2. 导电塑料 . 12 2. 高技术壁垒保证行业高毛利 . 13 2.1. 生产技术难度大，行业毛利率高 .13 2.2. 产学结合，高研发投入形成高技术壁垒 .16 3. 绑定核心优质客户是快速拓展市场关键 . 18 3.1. 行业扩产较为保守，预计供需偏紧 .18 3.2. 降价幅度受供需限制 .19 3.3. 客户集中度高，拓展客户是关键 .20 4. 相关标的 . 23 4.1. 天奈科技 .23 4.2. 道式技术 .23 请 务必阅读正文 后的 声明及说明 3 / 27 Table_PageTop 化学纤维 /行业深度报告 1. 技术替代效应显著，碳纳米管市场进入爆发期 1.1. 导电剂是碳纳米管材料最常见应用场景 碳纳米管是一种新 型的碳结构材料， 微观 外形是同轴圆管，管壁为 数层呈 正六边形结构 的碳原子。径向尺寸（沿管）为微米量级，轴向尺寸（横截面）为纳米级，因此被称为碳纳米管。 1991 年由日本电子公司（ NEC）的饭岛博士发现。 图 1： 碳纳米管微观结构（单层） 图 2： 碳纳米管微观结构（多层） 数据来源： 维基百科 、 东北证券 数据来源： 天奈科技招股书 、 东北证券 正六边形的碳 结构具有优良的物化性质。 1） 高导电 导热 ： 碳原子最外层是 4 个电子，当每个碳原子提供一个电子与另外三个碳原子成键之后，剩下的一个电子变为游离态， 脱离单个 碳原子的束缚在结构内自由运动，显示金属一般的 导电性。 导热分为电子导热和声子导热，而声子导热主要取决于材料刚性，因而材料的导热性能也十分优异。 2） 优异 力学性能 ： 碳原子化学键间的 120 度夹角（键角）符合 杂化成键（ SP2 杂化）的最佳角度，因而微观结构上具有很强稳定性，材料表现高力学性能。 3） 润滑防腐 ： 由于结构类似石墨，因而材料也具有很好的润滑效果。 图 3： 碳纳米管 SEM 图 图 4： 碳纳米管 粉末实物 请 务必阅读正文 后的 声明及说明 4 / 27 Table_PageTop 化学纤维 /行业深度报告 数据来源： 三顺纳米招股书 、 东北证券 数据来源： 三顺纳米招股书 、 东北证券 材料性质决定了产品用 途。 与“导电导热”“力学性能”“润滑防腐”对应的，碳纳米管被作为导电剂、增强材料、导热剂在产业界具有广阔的运用场景 ，形成了较为广阔的市场。 增强材料：碳纳米管具有与金刚石相当的硬度、较好的柔韧性。同时其长径比很高，非常适合作为“超级纤维”。若以其他工程材料作为基体，掺杂碳纳米管形成复合材料，可广泛运用于航空航天、国防军工等高精尖领域。 润滑添加剂：将碳纳米管添加到润滑油中，纳米微粒能分布在摩擦界面起到微轴承的作用，进一步改善润滑性能，减小摩擦。 防腐剂：碳纳米管微观结构具有强化学稳定性，能够掺杂在涂料里达到 防腐效果，减少因腐蚀带来的损失。 但以上用途目前仍只在较小范围内使用， 主要受到航空航天、国防等高精尖产业关注， 预计短期内不会达到大面积 工业商用 的地步。 作为导电剂是目前应用最广的场景。 1.2. 正极材料 导电剂更新换代， 碳纳米管迎来爆发期 锂电池在充放电过程中，正负极极片上都有电流通过，电极电位偏离平衡产生极化。极化电压不合理会 造成隔膜穿刺导致短路。产业研究显示，目前锂电池常用正极材料磷酸铁锂 /三元（ NCM、 NCA）仅依靠活性物质的导电性无法满足电子迁移速率要求， 加强材料导电性成为必要处理工序。 由于材料改性、纳米化 等其他增加导电性的方式成本过高，目前采用导电剂包覆的方式在正极材料中广泛使用。 导电剂的添加要求是必须且适量 。在不添加导电剂时，导电物质无法构建有效的导电网络，导致电池内阻过大，无法正常功率放电。当导电剂含量过高时，导电性能不会显著提升，但会降低材料中活性物质的含量，导致电池能量密度下降。 导电剂增加导电性的原理是添加高导电材料在正极、负极材料活性物质如磷酸铁锂、石墨结构之间，起到相互链接的作用，将活性物质发生反应产生的小电流聚集，最后汇集到集流体铝箔、铜箔上形成大电流，向用电器输送。 图 5： 锂离子电池主要 构成 图 6： 导电剂 增加导电原理示意图 数据来源： 三顺纳米招股书、 东北证券 数据来源： 电池中国网、东北 证券 常用 锂电池导电剂 主要包括 传统导电剂（如炭黑、导电石墨、 碳纤维等）和新型导电剂（如碳纳米管、石墨烯及其混合导电浆料等） 。 炭黑是目前最为广泛使用的导电剂， 价格低廉但较大依赖进口 。 请 务必阅读正文 后的 声明及说明 5 / 27 Table_PageTop 化学纤维 /行业深度报告 表 1： 不同导电剂的优缺点对比 导电剂种类 优点 缺点 碳纳米管导电剂 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 炭黑类导电剂 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 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 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 导电石墨类导电剂 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 导电性优异 分散困难、价格高、全部依赖进口 石墨烯导电剂 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 ) 数据来 源： 天奈科技招股 书， 东北证券 不同导电剂的微观结构各不相同，按包覆的接触面积来分，可以大致分为点接触（如炭黑、导电石墨）、线接触（碳纳米管、碳纤维）和面接触（石墨烯）。接触面积越大，导电能力越好，但其生产工艺更加复杂，成本也更高。碳纳米管的线接触实际上就是在活性物质的微粒上搭上“导电桥”， 因此导电效果更好。 图 7： 导电剂接触示意图 数据来源： 高工锂电、 东北证券 碳纳米管最显著的优点来自于导电性能优异 ，从而满足导电性要求下，其添加量可以更小从而提升活性物质含量。研究发现，碳纳米管与其他材料如石墨烯 混合时，导电性能更加优异。碳纳米管电化学阻抗为 49.4，仅有传统材料炭黑 SP 的一半。采用与石墨烯混合阻抗更是降至 22.8。若用碳纳米管代替炭黑，导电性的提升十分可观。 表 2： 不同导电剂的 性能 对比 导电剂种类 组分比 EIS SP（传统炭黑） 100 KB（科琴黑） 87.5 请 务必阅读正文 后的 声明及说明 6 / 27 Table_PageTop 化学纤维 /行业深度报告 CNTs（碳纳米管） 49.4 GN（石墨烯） 286.2 SP + KB 1 : 1 52.7 SP + CNTs 3 : 2 55.3 SP + GN 5 : 1 43.2 CNTs + GN 3 : 2 22.8 SP + CNTs + GN 67 : 30 : 3 50.4 备注： 阻抗 越低， 导电性能越好 数据来源： CNKI， 天奈科技招股 书， 东北证券 较少的掺杂量 弥补了碳纳米管高价的劣势。 一般而言，导电剂添加量为正极或负极重量的 1%-3%。炭黑在正极材料中的添加量 一般 为 3%左右 ，而碳纳米管、石墨烯等新型导电剂的添加量可降低至 0.5%1%左右 ，达到同样的导电效果，碳纳米管的用量仅为炭黑的 1/61/2。 2018 年 传统炭黑导电剂（ SP）为 5.0-6.5 万元 /吨，而碳纳米管导电剂价格为 45-55 万元 /吨 ，单价 为炭黑单价的 10 倍。但由于掺杂量较小，落实到单位成本，碳纳米管仅是炭黑单位成本的 1.7-5 倍。由于导电剂成本在锂电池中占比较小，牺牲部分小成本而获得材料克容量增大、循环性能更好等优势成为下游锂电池厂商的 权衡 考虑。 表 3： 不同导电剂的价格对比 导电剂种类 2018 年粉体价格 (万元 /吨 ) 碳纳米管导电剂 45-55 炭黑类导电剂（ SP） 5.0-6.5 炭黑类导电剂（ KS-6） 9-11 导电石墨类导电剂 14-16 石墨烯导电剂 40-50 数据来源： 天奈科技招股 书， 东 北证券 国产替代持续，技术突破有望助力碳纳米管材料价格更低。 2017 年 ，碳纳米管浆料的价格约为 4 万元 /吨，较 2013 年已经下降至一半左右。 2018 年由于技术升级，高端产品迭代，价格与 17 年基本持平。由于我国对于碳纳米管导电剂的运用十分广泛，导电剂行业整体的国产化率已由 2014 年 13%上升至 2018 年 31%。国产化材料具有的成本优势有望助力国内碳纳米管的价格进一步下降，竞争力获得提升。 图 8： 新型导电剂价格走势 图 9： 2014-2018 年中国锂电池导电剂国产化率 数据来源： 招股说明书， 东北 证券 数据来源： 高工锂电 ， 东北证券 请 务必阅读正文 后的 声明及说明 7 / 27 Table_PageTop 化学纤维 /行业深度报告 传统导电剂炭黑 价格波动小，对比碳纳米管的经济优势逐渐缩小 。 炭黑是 黑色粉末状物质， 由含碳物质 （主要为煤焦油） 在空气不足的条件下经不完全燃烧 生成 。按照用途炭黑可分为橡胶用炭黑、色素用炭黑、导电炭黑和专用炭黑，其中橡胶用炭黑又可分为轮胎用炭黑和其他橡胶用炭黑。 橡胶用炭黑用量约占总用量的 90%，而导电炭黑则在其中占比 不足 5%。因此炭黑的价格主要受到下游橡胶行业的需求和上游煤焦油价格的影响，短期内降价幅度不大 。因此随着碳纳米管的技术成熟，与替代品中的价差缩小使得碳纳米管逐渐占据 优势。 图 10： 国内炭黑产能及产能利用率 数据来源： 中国橡胶工业协会炭黑分协会、中国报告网 、东北证券 综合性能、成本和制造难度考虑，碳纳米管 逐渐 成为产业界的首选 ，替代炭黑的趋势非常明显 。 碳纳米管具有导电性能优越，添加量小， 提升压实密度等优点，随着技术逐渐成熟，成本逐渐可控。 2018 年全球碳纳米管导电浆料市场出货量为 3.44万吨，同比增长 25.9%， 国内 2018 年碳纳米管导电浆料市场出货量为 3.25 万吨（ 含 CNT/石墨烯复合浆料，纯碳纳米管导电 浆料 2018 年出货量 2.85 万吨 ） ，同比增长 26.3%。 导电剂中碳纳米管占比由 2014 年的 14%快速上升至 2018 年的 32%。导电剂的存量角度，技术 替代使得碳纳米管迎来爆发期。 图 11： 全球碳纳米管导电浆料 出货量 图 12： 导电剂中碳纳米管占比 数据来源： 高工锂电 、 东北证券 数据来源： 高工锂电 、 东北证券 1.3. 导电剂市场受到新能源汽车产业链强势驱动，增量可观 请 务必阅读正文 后的 声明及说明 8 / 27 Table_PageTop 化学纤维 /行业深度报告 世界主要国家均在大力发展新能源汽车产业， 并限制燃油车的销售。世界各国各地均提出了燃油车停售时间表，欧洲国家如荷兰、挪威最为严 格，禁售时间为 2025年，距今只剩 5 年半时间，挪威作为电动汽车先驱国家更是将非电动汽车全部禁售。 表 4、 世界主要国家 /地区燃油车禁售时间 国家 /地区 禁售时间 禁售车型 国家 /地区 禁售时间 禁售车型 荷兰 2025年 传统燃油车 挪威 2025年 非电动汽车 美国加州 2030年 传统燃油车 德国 2030年 传统燃油车 印度 2030年 传统燃油车 法国 2040年 传统燃油车 英国 2040年 传统柴汽油车 西班牙 2040年 非电动汽车 数据来源：公司报告，东北中小盘 面对政府规划， 世界各大车厂迅速作出反应。由于发达经济体国家对于污染排放的格外重视，德国“三大家”更是 提前了电动化规划： 表 5： 全球各大车企新能源汽车规划 车企 目标 大众 2028 年推出 70 款电动汽车车型， 2019 年年底大众汽车集团中国将推出 14 款电动汽车，大众汽车 ID 预计 2021 年底推出。 2020 年基于 MEB平台的车型将在佛山和安亭工厂投产，年产目量量达到 60 万辆。 戴勒姆 保证 2022 年之前梅赛德斯奔驰的每一个车型都有一款电动车，到 2030年梅赛德斯奔驰品牌的全球销量中，将有一半以上为新能源汽车，到2039 年实现所有汽车新产品的碳中和 宝马 2025 年， 15%-25%的汽车实现电动化。到 2023 提供 25 款电动汽车。 日产 2020 年， 20%以上汽车实现零排放，到 2022 年，每年销售 100 万辆电动车和 e-Power 车型，在中国电动车和 e-Power 将达到总销量的 30% 丰田 2030 年电子化汽车达到 450 万辆以上的销量 通用 未来或将与 PSA 合作发展电动车 标致雪铁龙集团 2023 年前增 27 款新能源车型 菲亚特集团 2022 年，集团旗下所有品牌将会有一半车型使用纯电动或者混合动力 玛莎拉蒂 2019 年开始，将只生产电动车和混动车型 福特 2020 年新能源车销量占福特总销量的 10-25% 数据来源： 世界新能源汽车大会（ WNEVC） ， 东北证券 导电剂市场受到新能源汽车产业链强势驱动，增量可观。 2018 年 ，全球 动力电池出货量为 107GWh，同比增长 55.1%。其中，我国动力电池出货量达 65GWh，同比增长 46%，十二五期间（ 2015-2018）三年复合增长率达到 62%。 请 务必阅读正文 后的 声明及说明 9 / 27 Table_PageTop 化学纤维 /行业深度报告 图 13： 全球动力电池装机量 图 14： 国内动力电池装机量 6 . 0 1 5 . 3 3 0 . 5 4 4 . 5 6 5 . 0 0%40%80%120%160%200%0102030405060702014 2015 2016 2017 2018动力电池（ G W h Y O Y数据来源： 高工锂电 ， 东北证 券 数据来源： 高工锂电 ， 东北证券 受动力电池 驱动， 2018 年全球碳纳米管导电浆料用于动力锂电池的产值同比增长21.2%至 8.8 亿元。 预计到 2023 年，中国动力锂电池用碳纳米管导电浆料市场产值将超过 30 亿元，未来 5 年复合平均增长率达到 32.2%。 图 15： 动力锂电池用碳纳米管 产值预测 数据来源： 高工锂电、 2019 年碳纳米管及碳纳米管导电剂行业市场调研报告、东北证券 作为较为成熟市场，消费电池出货量高位稳定。 2018 年全球数码电池出货量同比下滑 10.7%至 68.3GWh。国内 2018 年数码电 池出货量为 31.8GWh，同比下降 2.2%。但随着 5G 时代的到来，手机、虚拟现实设备、无人机等等领域都有增长点。碳纳米管 应用 在 数码电池的增长较为平稳。 请 务必阅读正文 后的 声明及说明 10 / 27 Table_PageTop 化学纤维 /行业深度报告 图 16： 全球数码电池装机量 图 17： 国内数码电池装机量 数据来源： 高工锂电 ， 东北证券 数据来源： 高工锂电 ， 东北证券 根据高工锂电报告预测，在锂电池领域，未来 5 年全球碳纳米管导电浆料需求量将保持 40.8%的年复合增长率， 2021 年需求量达 10.82 万吨，若按照目前 4 万元 /吨的价格计算， 3 年后 市场空间达到 43.3 亿 元 ，是目前 13.8 亿空间 的 3.14 倍。 图 18： 全球碳纳米管导电浆料需求量预测 数据来源： 高工锂电、东北证券 1.4. 导电性 拓展新的应用场景 1.4.1. 硅碳负极 提升电池的能量密度一直是产业界最为关心的问题。短期内，它与补贴政策息息相关，长期角度，它是实现传统燃油车替代的关键。 锂电池系统具有“木桶效应”，其能量密度提升的瓶颈在于正极材料，目前整体能量密度限制在 200-240Wh/kg 左右。 但根据 2017 年 5 月印发的汽车产业中长期发展规划中要求，到 2020 年动力电池能量密度达到 300Wh/kg，力争达到 350Wh/kg，这项目标不仅 对目前的正极材料提出了很大的挑战，也同时要求着负极传统石墨材料的更新换代。目前，产业界认为硅碳负极是合理的选择。