中国碳纳米管行业概览
20世纪是硅的世纪，21世纪是碳的世纪。
迄今为止发现的碳材料里，石墨烯倍受关注，然而想要大规模制备以及产业化，短时间内又很难实现。相比之下，碳纳米管成为目前使用最为充分的新型纳米材料。
一、碳纳米管
碳纳米管（CNT），又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料。碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学、热学和抗辐射的性能特征。
碳纳米管在未被正式认识之前，就已经在一些研究中发现并制造出来，只是当时人们还没有认识到它是一种新的重要的碳的形态。直到1991年在富勒烯研究推动下，碳纳米管才被日本电子公司（NEC）的饭岛博士发现并命名。
石墨烯是以蜂窝结构排列的单原子厚碳层，而碳纳米管则是以管状结构排列的石墨烯片，即碳纳米管可以看做是石墨烯片层卷曲而成的。科学家们把按照石墨烯片的层含缺陷碳纳米管数分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。此外，碳纳米管还可依其结构特征分为扶手椅形纳米管、锯齿形纳米管和手性纳米管；根据导电性质分为金属型碳纳米管和半导体型碳纳米管；按照是否含有管壁缺陷分为完善碳纳米管和含缺陷碳纳米管；按照外形的均匀性和整体形态分为直管型、碳纳米管束、Y型、蛇型等。
二、碳纳米管产业链
碳纳米管产品成本构成，原材料占60%-70%，人工占约5%，制造费用占约25%-30%。其中原材料成本中NMP溶剂又占原材料成本的50%-70%。目前碳纳米管产业链主要包括上游原材料、中游碳纳米管、下游各细分领域应用。
1.上游
制造碳纳米管的原料有很多种，其包括但不限于甲烷、一氧化碳、合成气（H2，CO）、乙炔、丙烯、苯、甲苯、正己烷、炭黑、石墨、石蜡、二甲硫醚、乙醇、无烟煤等等，其中采用不同的原料所制得碳纳米管的量、形貌和性能是各不相同的。
碳纳米管制备过程必须辅以催化剂催化，否则所得产物只是无定型碳。只有加入催化剂后生成物中才含有大量的单、多壁碳纳米管。因此催化剂是碳纳米管制备必不可少的。目前常用的催化剂主要包括金属单质和化合物，如Fe、Co、Ni、Mo、三氧化二铁、钙钛矿氧化物、草酸铁等等。
2.中游
常用的碳纳米管制备方法有石墨电弧法、化学气相沉积法、催化裂解法和激光烧蚀法，其中工业化生产常用的方法是石墨电弧法和化学气相沉积法。
石墨电弧法：在真空室中充入一定量的惰性气体，用填充有铁或钴作为催化剂的较细的石墨棒作为阳极，而较粗的石墨棒作为阴极。通过石墨电弧法进行反应，在容器内壁上得到富含单壁碳纳米管的碳灰,经提纯，可以得到单壁碳纳米管。
化学气相沉积法：在1100-1200℃的温度范围内，以二茂铁为催化剂，通过其引入量来控制催化剂颗粒的大小和碳氢比，以苯为碳源，添加适量的噻吩可以制得碳纳米管。
激光烧蚀法：在1200℃的电阻炉中，通过激光蒸发过渡金属与石墨的复合材料棒，用流动的氩气使产物沉积到水冷铜柱上，得到多壁碳纳米管。
催化裂解法：在600-1000℃的温度及催化剂作用下，使含碳化合物裂解为碳原子，然后在过渡金属-催化剂作用下，附着在催化剂微粒表面上形成为碳纳米管。
除上述几种碳纳米管主要制备方法外，还有火焰法、太阳能法、电解碱金属卤化物法以及其他比较少用的制备方法。
由于碳纳米管在溶剂中分散性差、加工操作困难，这极大地限制了它的应用，因而需要通过表面改性来提高它的溶解性和分散性。因此，对碳纳米管的功能化改性是非常重要的一个研究。
碳纳米管的功能化改性包括化学改性和物理改性。其中碳纳米管的化学改性主要利用化学方法引入具有活性的羧基、羟基、氨基等功能团，功能团的引入使得碳纳米管表面的化学性质发生了显著的转变，从而为后续的反应提供了改性的活性点。目前碳纳米管的化学改性方法包括酸处理法、偶联剂法、化学镀法、高能射线辐照法、原子转移自由基聚合法、联合法。
碳纳米管的物理改性主要利用物理的方法使碳纳米管晶格发生位移，内能增大，内能增大后的碳纳米管易与介质发生反应，在机械力或磁力作用下活性炭纳米管的体表面与介质发生反应、吸附，达到表面改性的目的。目前碳纳米管的物理改性方法使用高能机械研磨、高能球磨以及超声波振荡。
通过上述改性方法可以改善碳纳米管的分散性能，提高它与基体材料之间的相容性，并增强它们之间的相互作用，实现碳纳米管的分子组装，获得各种性能优异的纳米材料，使其在分子电子学、纳米电子学以及纳米生物分子学等方面具有广阔的应用前景。
3.下游
碳纳米管下游应用广泛，具体涉及到工程材料领域的金属、陶瓷和有机材料以及军用装备的超强纤维；纳米材料领域可以作为超耐高电流密度的纳米导线；电子器件领域主要用于新型电子探针、场致发射材料、功能传感器；储能领域包括锂电池导电剂、储氢材料、超级容电器的应用；催化领域的石化和化工产业变革；机械领域的汽车或火车减震装置等等。
然而，碳纳米管由于其巨大的表面积和表面疏水性，对共存污染物具有很强的吸附性，因此容易影响自身周围的环境行为，而若广泛在工程的大量应用，其带来的环境风险一直被关注着。
三、碳纳米管市场
相对于碳黑和活性物质之间的“点-点”接触，碳纳米管具有更高的导电效率，能够在更少使用量下就达到整个电极的导电阈值，使活性材料表现出更好的电化学性能，并提高电池的能量密度。因此碳纳米管产品凭借优异的导电性，正作为新型导电剂逐步应用于锂电池领域，用以提升锂电池导电性能、循环寿命和能量密度。
未来四年，全球碳纳米管导电浆料需求量有望保持40.8%的年复合增长率，至2023年其需求量将达到19.06万吨；对应产值为55.4亿元，其中动力贡献为47.9亿元，占比为86.5%。未来全球碳纳米管导电浆料增长主要来自以下几个方面：第一，中国三元动力电池市场对碳纳米管导电浆料需求保持高速增长；第二，三星SDI、松下等日韩企业加速在动力锂电池领域导入碳纳米管导电浆料；第三，硅基负极市场逐渐放量，对碳纳米管导电浆料需求提升。
当前我国碳纳米管市场规模较小，2018年产值仅约为11亿元。但未来随着进口替及新能源车增长拉动行业有望快速增长，预计2023年中国碳纳米管市场规模有望达到约40亿元。根据数据统计，自2014年以来碳纳米管逐年保持增长，2018年碳纳米管在动力锂电池中的渗透率为31.8%，。预计至2023年，渗透率有望进一步快速提升至82.2%。
目前我国新型导电剂发展迅速，锂电池导电剂市场国产化率呈现逐年稳步提高的趋势，2014年国产锂电池导电剂占比12.9%，2018年已提升至31.2%。随着国内碳纳米管导电浆料技术不断成熟，以及国内锂电池产业不断发展，未来锂电池导电剂国产化率会加速提升。
四、碳纳米管行业壁垒
对于碳纳米管行业，新进入者主要面临技术壁垒、客户和市场开发壁垒、资金壁垒的问题。目前碳纳米管虽然在理论上和实验室中已经证实有广泛的应用空间，但由于专利保护、与下游应用对接难度大等因素，碳纳米管规模化量产短期内还无法实现。碳纳米管生产企业如果没有制备、提取、分散等相应的核心技术或生产工艺，将难以生产具备竞争力的产品。其次，导电剂作为锂电池电池的关键辅材之一，其质量与锂电池的性能、安全性息息相关，下游锂电池企业对导电剂供应商有严格的考察程序，考察周期长。再者，碳纳米管行业作为新兴行业，初创企业在技术研发、生产设备购置等方面的资金需求大。行业壁垒限制新进入者，龙头企业不断扩产规模化发展，品牌效应建立增强客户之间的信任度，未来行业集中度有望提高。
五、国内碳纳米管生产厂商
从近两年碳纳米管导电浆料销售额和出货量来看，目前国内能够量产碳纳米管的企业主要是天奈科技、三顺纳米、青岛昊鑫、集越纳米。2018年中国碳纳米管导电浆料销售额约9.54亿元，同比增长15.4%。2018年天奈科技、三顺纳米、青岛昊鑫、集越纳米四家企业碳纳米管导电浆料销售额7.89亿元，占比82.7%，其中天奈科技销售额3.25亿元，占比34.1%居首位。2018年中国碳纳米管导电浆料出货量约2.61万吨，四家企业碳纳米管导电浆料出货量约2.13万吨，占比81.5%，其中天奈科技出货量7891.31吨，占比30.2%居首位。
相关报告：
Global Carbon Nanotubes Market Analysis and Forecast Report 2030
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