导电剂：锂电池产业链中游关键辅材，涂敷于正负极

• 朱梦华 2023年9月21日 来源：互联网 214 6
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导电剂：锂电池关键辅材，涂敷于正负极

 

导电剂是锂电池辅材，涂覆于正极材料和负极材料。在极片制作时会加入一定量的导电剂，用于增加电子和锂离子的导电性，通过在活性物质表面形成导电网络加快电子传输速率，同时可吸收和保持电解液，为锂离子提供更多电解质界面，从而提高电池充电效率和延长电池使用寿命。现有主流导电剂有三类，包括导电炭黑、碳纳米管和石墨烯。球面导电炭黑的接触面积小，导电性能弱于其他两种；管状碳纳米管导电性优异但价格高；片状石墨烯因形状原因对电流正向流通会有一定阻碍。

 

选择导电剂的因素：导电性、添加量和成本。新型导电剂较传统炭黑：（1）性能优势：阻抗越低导电性越好，据天奈科技招股说明书，碳纳米管阻抗仅为炭黑约1/2，低阻抗同时能改善极化，循环性能更优异。（2）添加量小，据高工锂电测算，传统炭黑导电剂添加量为正极材料重量约3%，而碳纳米管、石墨烯等新型导电剂添加量降至0.8%-1.5%，低添加量可为正极活性物质节约空间从而提高能量密度。（3）单价较高，据百川盈孚2022年8月市场成交价测算，单位锂电池添加碳纳米管的价格为导电炭黑SP价格的2.0-4.0倍，综合考虑性能和成本，产业链现多采用新型传统复合导电浆料，如SP+碳纳米管、碳纳米管+石墨烯、SP+碳纳米管+石墨烯等。

 

导电剂位于锂电池产业链中游，2021年受益多类场景需求高速增长。受下游新能源汽车、储能（双碳政策引领）、3C数码（5G智能手机迭代换新等需求向好）等行业景气度高涨，叠加电动两轮车（换电市场需求上涨）和电动工具（国产化推进）两大下游细分市场持续发力，据工信部统计2021年中国锂电池总出货量324GWh，同比增长106%，其中消费、动力、储能型锂电产量分别为72GWh、220GWh、32GWh，分别同比增长18%、165%、146%。下游需求带动下，据高工锂电统计，2021年中国导电剂粉体总出货量2.1万吨，同比+109%，其中碳纳米管粉体出货3000吨，同比+60%，以5%固含量折合碳纳米管浆料6.0万吨。

 

全球电动化提速渗透，下游需求多点开花。国内补贴延续、磷酸铁锂电池装机多车型以价换量、中间价格带渗透率待突破，国内新能源汽车增量空间大。海外市场，欧洲碳排放限额、主力国家补贴延续、特斯拉柏林工厂今年已投产，2022年为美国电动皮卡元年叠加车型丰富度持续提升；双碳背景下，系列政策出台储能商业模式逐步清晰、价格机制趋于完善，多场景应用扩张叠加经济性拐点到来，行业需求空间迎来重塑。性能优势将加速碳管渗透率上行同时带动炭黑添加比例下行，单壁碳管量产后碳管添加量呈下降趋势，假设2022-2025年碳纳米管全球渗透率为35%/45%/50%/55%，动力电池导电炭黑添加比例为2.0%/1.5%/1.5%/1.5%，碳纳米管添加比例为0.9%/0.8%/0.7%/0.5%，我们测算预计2025年全球导电炭黑需求约10.09万吨，碳纳米管粉体1.92万吨，以5%折固对应浆料38.50万吨。

 

先立后破，导电剂国产替代迎成长机遇。复盘导电剂行业随锂电池产业兴起过去20余年的发展进程：（1）2014年之前：炭黑为主流导电剂，国内依赖全进口。导电炭黑属于中高端炭黑，海外炭黑技术起步早，我国炭黑行业多为中小型企业，产品结构差且锂电发力前市场小，国内实力炭黑企业未布局进入，导致我国锂电导电炭黑产品长期依赖进口。（2）2014-2021年：国产新型导电剂打破海外垄断，天奈科技率先崛起。中国的碳纳米管研究与世界先进水平并驾齐驱，2014年起以天奈科技、三顺纳米为代表的国内公司通过购买专利、自研等多种方式成功实现量产，开启导电剂国产替代。内需扩张+新型优质碳管国产化，呈现新型替代传统趋势。（3）2022年：导电炭黑求国产突破，碳管降本+单壁工业化抢增量空间。导电炭黑：2024年前现有海外进口商新增供给有限，锂电旺盛需求背景下行业供需紧张。碳纳米管：因细长结构在高端电池市场拥有性能优势，据道氏技术增资公告，比亚迪在2022年4月入股道氏技术碳材料平台格瑞芬布局碳纳米管，将有力支撑碳纳米管渗透率逐渐上行。未来导电剂行业的核心利润将从碳纳米管的国产化技术红利转移至导电炭黑的国产化技术红利和一体化碳纳米管企业成本管理下的降本空间。

 

导电炭黑：指标严苛，反应炉、纯化为核心

 

国内炭黑行业复盘：（1）2003-2013年为我国炭黑行业高速发展十年。据中国化工报，2003年我国炭黑年总产量101.8万吨，2013年该总产量上涨至470万吨，期间以年均约37万吨的增量上涨。（2）2014-2018年炭黑行业告别高增长时代，进入第一个周期。因受到下游轮胎遭受国外反倾销和反补贴、贸易摩擦及海外建厂等影响，2015年国内炭黑产量首次出现了负增长。前半周期国家侧供给改革叠加环保监管趋严，且国际原油价格暴跌导致国内外炭黑产品价格差收窄，出口减弱国内市场进一步产能过剩，后半周期行业去产能成果显著，供需格局得到改善。（3）2019年-至今，进入第二个波动周期。前半周期受中美贸易摩擦及疫情影响，2019年炭黑价格大幅下降；后半期炭黑行业受环保限产，优化产品结构，炭黑价格触底回暖，自2020年6月起持续上涨。

 

锂电导电炭黑核心品控指标：吸油值和金属杂质含量。炭黑导电性一般用吸油值DBP来衡量，值越大导电性越好。现国内非锂电领域导电炭黑DBP最多只有180ml/g，用于电池的导电炭黑需要至少达到250ml/g。此外，对于锂电池还需要考虑添加进正、负极材料的金属含量，金属杂质过高会造成电池的自放电从而形成短路，锂电用导电炭黑导电指标更严苛，纯度要求更高。

 

常见导电炭黑主要有三类：低端乙炔黑、中端SuperP、高端科琴黑。乙炔黑吸油值最小，导电性能最差，且比表面积大于SP，分散难度跟高。SP为球链形态，拥有较好的吸油值和最小的比表面积，是三类中兼具导电性能和分散性最佳的导电炭黑。科琴黑具有独特的支链状形态，导电体导电接触点多，支链形成较多导电通路，因而只需很少的添加量即可达到极高的导电率，是目前最前沿的超导电炭黑，但其比表面积大导致分散困难，且国产无突破进口价格昂贵，目前只用于高端锂电池，分散和进口替代问题解决后市场空间有望逐步打开。

 

导电炭黑以SuperP为主流，低端低价乙炔黑为供需紧张下的替代品。SP和科琴黑是由油炉法生产。乙炔黑是通过乙炔热裂解法将电石制成乙炔气，净化后在高温隔绝空气下进行裂解，再经过冷却、收集、造粒得到的。不同于油炉法制备，乙炔黑吸油值DBP更小，导电性更差，且表面积更大，分散更难。国内主要生产商有焦作市和兴化工等。2021年新能源需求上涨以前，锂用导电炭黑主要是油炉法生产。因疫情和原油价格上涨导致海外进口导电炭黑价格上涨，叠加下游需求旺盛导致行业供需紧张大背景下，部分电池厂选择价格更友好的乙炔黑作为暂时替代品。在导电炭黑国产化趋势叠加海外弹性产能逐步落地后，我们认为电池厂将重新选择导电性能更佳、更高端的油炉法炭黑。

 

导电炭黑技术壁垒高，与普碳产线不重合。油炉法是最常见的生产工艺，常规炭黑反应炉的直径偏大，尤其是靠近喉管段的反应炉段较大，直径大会导致温度场不均匀，最高温度段偏离喉口区，高温气流对原料油裂解不充分使得炭黑无法满足高吸油值和低金属杂质含量指标，因此需重新设计反应炉和配套设计去金属离子方案。国内炭黑工厂反应炉多为国外引进，自主研发万吨级反应炉企业较少，且纯化实现路径需长期研发积累，因此导电炭黑呈现高技术门槛，我国长期依赖海外进口。

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