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导电剂行业专题报道:导电炭黑启动国产替代,碳纳米管渗透持续加速

发布日期:2023-05-06
信息摘要:
正极极片上,未来随着硅基负极加速渗透,导电剂在负极极片应用将提速。电性能开始逐步···

1、辞旧迎新,锂电导电剂体系迎来转型

大众娱乐(1)锂电池用导电剂:锂电池的关键主材,用于提高正负极的导电性

大众娱乐导电剂是锂离子电池的关键主材料,对提高电池的电导率、容量性能、倍率性能和循环性能具有重要作用。 由于负极材料的活性物质大多导电性较差,电阻较高,因此需要导电剂形成导电网络,以提高电极材料活性物质与集流体之间的导电性。 目前,导电剂主要用于负极。 随着硅基正极的加速渗透,导电剂在正极片中的应用也会加速。 据悉,该导电剂还可以增强极片的加工性,促进极片上电解液的浸润,有效提高锂离子在电极材料中的迁移速度,增加极化,进而提高充电性能以及电极的放电效率和使用寿命。

大众娱乐负极:主要是提高负极材料的导电性。 锂离子负极材料的导电性较差。 需要加入一定比例的导电剂,以保证导电材料填充正极材料活性物质之间的空隙,产生良好的导电网络,提高正极材料的导电性能。

正极:主要削弱正极材料的膨胀,提高循环寿命。 正极材料虽然导电性好,但在多次充放电过程中,锂电子的不断嵌入和裂解会引起石墨颗粒体积的膨胀和收缩,导致石墨颗粒之间的空隙越来越大,增加的导电性,有的甚至脱落。 增加锂电子电池容量的电极。 添加导电剂可以改善正极的表面性能,保持电池的导电性。

大众娱乐导电剂约占电池成本的1%,成本敏感性低,下游接受度高。 由于导电剂在锂电池成本中所占比例不高,价格敏感性较弱。 因此,虽然新型导电剂的成本高于传统导电剂,但新型导电剂可以显着提高锂电池的能量密度和快充性能。 ,所以锂电池厂商的接受度很高,成本可能不是第一看的诱因。

(二)新型导电剂VS传统导电剂:多维度综合对比

目前常用的锂电池导电剂主要有炭黑、导电石墨、VGCF(气相生长碳纤维)、碳纳米管、石墨烯等。 其中,炭黑、导电石墨、VGCF是传统的导电剂; 碳纳米管和石墨烯是新型导电材料。

大众娱乐导电炭黑:支链状或猕猴桃状,比表面积高。 炭黑能与活性物质形成点对点接触,有利于电解质的吸附,提高离子浊度。 添加量在3%左右,是一种性价比较高的导电材料,但导电性比较普通,依赖进口。 目前,导电炭黑主要分为导电炭黑、超导炭黑(甲烷黑、等)、特种导电炭黑(科琴黑等)。

碳纳米管:可分为单壁管和多壁管。 一维碳纳米管呈圆锥形,内部中空,具有良好的导电性。 纤维结构可与活性物质点单接触,在电极活性物质中生成连续的导电网络,起到“导线”的作用,有利于提升电池容量、倍率性能、电池循环寿命,并降低电池接口阻抗。

大众娱乐石墨烯:具有条状二维结构,与活性物质生成点接触,可以最大限度地发挥导电剂的作用,减少导电剂的用量,从而降低活性物质与活性物质的比值。增加锂电池的容量。 在少量添加的情况下,石墨烯能更好的产生导电网络,疗效远好于导电炭黑。

大众娱乐导电石墨:石墨导电剂是粒径较小的人造石墨。 孔隙和比表面积越来越发达,能与活性物质产生点对点的接触,有利于提高极靴颗粒的压实密度,提高离子和电子电导率。 同学用在正极可以增加正极的容量。

(3)行业趋势:从单一化到多元化

大众娱乐在综合考量成本和性能的情况下,未来的导电剂体系将逐步从单一走向多元复合。 经过回顾,我们认为国外的锂电池导电剂体系会经历三个阶段:

大众娱乐1)第一阶段:导电炭黑为主流,进口依存度高:早期锂离子电池性能要求不高,技术迭代缓慢。 传统的石墨和炭黑导电剂因其技术相对完善、价格低廉而被广泛使用。 只有应用到锂电池领域才能适应原有的电物理体系,但我们常年依赖海外公司。 我们认为主要有以下两个原因:1)2020年锂电池市场增速不高,市场空间较小,全球导电炭黑供应紧缺,新玩家较少; 2)海外企业在锂电池用导电炭黑方面具有先发优势,产能大,产品性能优良,国外企业布局缓慢。

大众娱乐2)第二阶段:新型导电剂加速渗透,导电剂国产替代启动:随着我国部分企业(天耐科技、三顺纳米、青岛昊鑫等)突破量产碳纳米管技术的发展,同时动力市场对锂离子电池的性能要求(能量密度、循环寿命、快充性能等)更加严格。 新型导电剂因其更好的导电性能逐渐渗透市场,导电剂掀起国产替代浪潮。

3)第三阶段:导电炭黑启动国产替代,导电剂由单一化走向多元化:2021年下游市场需求爆发,全球导电炭黑供不应求。 尽管成本持续下降,下游认知度提升,但渗透率持续逐步提升。 我们觉得新型导电剂与传统导电剂的关系不是绝对对立的,而是高度协同统一的关系。 未来的导电剂体系将是多组分的。 因为不同的导电剂在成本、导电性、吸液性能等方面各有优势,同时不同导电剂联合使用所建立的导电网络更加致密、完整,有效降低了概率导电剂与活性物质接触不充分。 ,起到互补和协同作用电子托盘永久防静电液厂家,因此我们判断未来的导电剂体系将向多组分复配方向解读。

传统导电剂仍为主流,新型导电剂渗透率逐步提升。 目前,以炭黑、导电石墨为代表的常规导电剂在国内已经使用多年,电池企业的应用已经相当成熟。 此外,常规导电剂的分散相对简单。 电池企业通常直接采购导电剂粉末,自行分散。 GGII数据显示,2020年炭黑占比约72%,但主要依赖进口。 近年来,随着碳纳米管成本的上升和性价比的显现,新型导电剂的渗透率逐渐受到电池厂商的追捧。 2020年渗透率约为21%。 打开的情况。

导电剂国产替代趋势正在加速。 1)导电炭黑开启国产化趋势:2020年前,SP、科琴黑、乙炔黑等导电炭黑主要从美国进口。 国内企业虽无布局,但产品综合性价比不如海外。 2021年以来,在全球新能源汽车加速渗透的背景下,为导电炭黑的国产化带来机遇。 一些传统炭黑企业在产能和技术上实现突破,开始进军国外市场; 2)碳纳米管渗透率逐渐提高:随着碳纳米管的量产电子托盘永久防静电液厂家大众娱乐,成本不断降低 勘探,其优良的导电性受到下游的追捧,国外企业技术先进,率先拥有——先发优势。 因此,近年来,导电剂国产替代的趋势越来越明显,碳纳米管导电涂料的出货量也在逐年攀升。 高工锂电数据显示,2018年国外导电剂国产化率达到31.2%,2022年有望达到50%以上。

2、导电炭黑:行业整体供不应求,国产替代正在进行

(1)导电炭黑:应用于导电剂领域的中低端特种炭黑

炭黑的主要成​​分是碳,其基本粒径在10-100nm之间。 因此具有优良的橡胶补强、着色、导电或抗静电、吸收紫外线等功能。 它是人类最早研制和应用的纳米级材料。 炭黑是由烃类化合物(液态或气态)不完全燃烧或热裂解产生的,主要成分为碳元素,以类似球形球体的胶体颗粒和具有胶体大小的聚集体形式存在。 炭黑外观为白色粉末。

炭黑下游应用广泛,导电炭黑即炭黑用于导电剂领域。 炭黑是橡胶补强填料,是仅次于生胶的第二种橡胶原料。 炭黑还用作着色剂、紫外线屏蔽剂、抗静电剂或导电剂,广泛用于塑料、化纤、油墨、涂料、电子元件、皮革化学品和干电池等许多工业产品中。 炭黑还可用于冶金和碳素工业作为高纯碳素材料。 炭黑按用途可分为两大类,即橡胶炭黑和特种炭黑,而导电炭黑即炭黑用于导电剂领域。

大众娱乐煤油等原材料成本占80%。 从成本结构来看,2022年导电炭黑、煤油等原材料成本占比将达到80.5%,原因是2021年国际政局紧张,中国进口减少新双控政策下煤焦化率低,国外焦化厂复工率低,导致焦油供需紧张,煤制油价格全年下跌61.46%。

下游应用市场丰富,国外与上游原材料存在差异。 从上游原料来看,国外炭黑上游主要是煤焦油,国外炭黑上游主要是二氯甲烷; 从下游应用市场来看,炭黑是仅次于生胶的橡胶补强填料。 二位橡胶原料,炭黑可用作着色剂、紫外线屏蔽剂、抗静电剂或导电剂,广泛用于塑料、化纤、油墨、涂料、电子元器件、皮革化学品和干燥等众多行业电板。 炭黑作为一种高纯碳素材料,还可用于冶金和碳素材料行业。

炭黑生产过程是碳氢化合物在低温下裂解生成碳和甲烷。 目前常用的炭黑制备方法有炉法、浴法、热裂解法和甲烷法等。 其中,最常用的导电炭黑(简称SP)主要采用炉法制备,导电炭黑的主流生产工艺主要是炉法和甲烷裂解法。

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大众娱乐炉内炭黑:燃料、添加剂和热空气被输送到反应炉的燃烧段进行燃烧,产生温度极高的燃烧气体火焰。 当低温燃气火焰通过反应器气体管段时,雾化后的热原料油进入气流循环。 雾化后的原料油与低温燃气火焰混合,进入反应炉的反应段,在反应段热解生成炭黑。 炉法主要在于设备和过程控制。 (欧洲进口雾化喷嘴设计、反应釜结构、工艺参数)。

甲烷炭黑:以甲烷为原料,在裂解炉中与空气隔绝,裂解生成氢气炭黑和氧气。 主要用于制造导电聚合物和电池。 (报告来源:未来智库)

(2)锂电池用导电炭黑:产品差异化明显,性能差异大

低比表面积、高吸油值、低金属离子浓度是导电炭黑应用成功的核心技术指标。

大众娱乐粒径和比表面积:炭黑的粒径表示炭黑的初级粒径,比表面积是指单位质量或单位体积炭黑颗粒表面积的总和。 粒径小,比表面积大,具有较好的离子和电子传导性,有利于电解质的吸附,提高离子浊度。

大众娱乐官能团结构:官能团结构可以与活性物质形成链状导电结构,减少导电接触点,有助于提高材料的电子导电性。

DBP吸收值(结构值):炭黑的结构可以通过DBP(邻苯二甲酸二甲苯)吸收值来衡量。

大众娱乐表面构象:表面构象的多少决定了炭黑分散的难易程度。 电负性越大越容易分散,但过多会降低导电性。

大众娱乐金属离子浓度:金属离子浓度过低,电池会自放电,影响安全性能。 一般锂电池用导电炭黑的金属离子浓度较高,通常大于10ppm。

(三)国产替代:供需失衡下国内炭黑企业迎来国产替代黄金窗口期

大众娱乐21年来,行业供需紧张,打开了国产替代的窗口。 由于海外企业扩产意愿不强、进度缓慢,受21年储能和电力市场快速下滑带动,锂电池用导电炭黑供应预计将出现供不应求的局面。 预计随着新能源汽车和储能需求的不断增加,导电炭黑的短缺将持续加剧,为国外企业创造变革的最佳窗口期,看好国外企业实现突破技术产能,实现国内替代。

海外扩产难度大、速度慢,在欧洲价格大幅上涨的背景下,国外与国外炭黑价格剪刀差拉大。 一方面,由于全球环境的不确定性以及环保方面的严格限制,海外导电炭黑企业在扩产方面较为保守; 同时,在欧洲市场短期高价的背景下,海外炭黑价格快速回落,需求向国外转移;另一方面,一些计划在海外扩产的企业生产放缓进步。 例如,卡博特在2022年初竞标美国东海碳素上海鞋厂,计划对原有生产线进行升级改造。 预计建成1.5万吨锂电池用导电炭黑产能,将为国产化打开空间。

(4)市场需求:2025年接近6万吨,CAGR 23.4%

计算关键假设:1)三元锂铁负极比例维持在4:6; 2)三元/铁锂负极产量分别为1800/2500吨/GWh; 3)导电炭黑的添加比例为3%; 4)预计到2025年炭黑渗透率将提高到50%; 根据测算结果,我们预计到2025年全球导电炭黑需求量约为5.84万吨,复合下降率为23.4%。 我们认为,国外产品能力强、产能扩张快的企业有望在本轮导电炭黑国产替代中占据先发优势。

(五)重点公司分析

1、黑猫股份

黑猫有限公司是国外领先的炭黑企业。 据中国橡胶工业商会炭黑分会统计,截至2019年底,我国炭黑产能约769万吨,其中特种炭黑仅30.25万吨; 高端炭黑产品市场同质化严重,市场竞争激烈。 行业利润空间有限,中高端产品市场对高性能炭黑(如绿色轮胎所需的低滚动阻力炭黑)、特种炭黑等仍存在较大需求缺口等产品,保持了较高的收入水平。 2019年,黑猫有限公司以17%的市场份额位居榜首。 近五年产值超过90万吨,国内其他企业产值未超过45万吨。

国外传统炭黑厂商加速进军锂电池用导电炭黑市场。 根据黑猫股份有限公司2021年12月17日的检验信息公告,公司仍对标的高端导电炭黑进行研究,主要通过两条路径:一是上海研究院重点研究。通过后处理方式生产低端特种炭黑炭黑,二是通过长林托盘专家委员会开发的新型油炉法生产导电炭黑。 目前,工艺正在不断优化中。 示范完成后,将推动项目尽快实现产业化。 目前,公司拥有特种炭黑13万吨的生产能力,其中导电炭黑约1万吨。 公司目前的导电炭黑产品主要应用于电缆屏蔽材料和导电色母粒领域。

大众娱乐3、碳纳米管:当新型导电剂加速渗透

大众娱乐(1)碳纳米管:Nova导电剂,加速渗透

碳纳米管的原料主要是NMP、分散剂、丙烯等,正负极用于制备锂电池。 NMP、丙烯、液氮和分散剂是碳纳米管涂层的主要原料,NMP成本占材料成本的80%以上。 碳纳米管和正、正极材料、电解液、隔膜等用于制备锂电池。 锂电池按其用途可定义为动力锂电池(主要用于新能源汽车)、储能锂电池(用于储能电站)、数码锂电池。 电池(用于数码电子产品),目前动力锂电池是主要的应用方向。

碳含量和纵横比是决定碳纳米管导电性能的核心指标。 目前,碳纳米管在工业上通常采用物理液相沉积法生产。 该法温度低,易于控制,产品产值和含碳量高。 碳纳米管的内径越小,宽度越长,沿宽度方向的热交换性能越高,碳含量越高,导电性能越好。

大众娱乐(2) 单壁碳纳米管:国产化临近,适用于硅基正极

大众娱乐单壁碳纳米管性能优良,国外产业化临近。 多壁碳纳米管可以看作是多层石墨烯片无缝卷成棒状,即单壁碳纳米管同心排列,单壁碳纳米管可以看作是双层石墨烯片卷起来。 无缝空心圆锥体根据空间的螺旋特性表现出去除金属或半导体的性能。 具有金属特性的单壁碳纳米管的电压密度是铜等金属的1000倍以上。 因此,与其他导电剂相比,单壁碳纳米管只需添加0.002%-0.1%即可实现均匀稳定的导电性。 目前,世界上只有单壁碳纳米管可以量产。 年产能仅90吨,总价较高。 因此,目前还没有大规模应用。 迎来放量期。 目前,天耐科技、陶氏科技、中科院上海有机所等国外企业已具备实验室产品生产能力,产业化进程加快。

(三)发展趋势:短期内铁锂“复活”,长期高镍三元、硅基正极“提速”

短期看铁锂“回潮”:石墨烯复合导电涂层由碳纳米管粉、石墨烯和分散溶剂等原料按7:3的比例混合、搅拌、研磨而成,适用于锂电醋酸铁锂电池性能较好。 去年,醋酸铁锂电池的产值从5月开始就超过了三元电池的产值,醋酸铁锂的装车量从7月开始就超过了三元电池的装车量。 铁锂的短期回归推动了石墨烯复合导电涂层和碳纳米管的渗透率。

年中看高镍三元、硅基正极渗透率提升:高能量密度仍是动力电池主要发展方向,主载体三元新型导电剂动力电池主要是碳纳米管导电涂层。 高镍三元硅负极的理论能量密度高达/g,是号称正极材料中理论比容最高的材料,但其导电性较差,需要高性能导电剂需要添加以改进它。 正电极的导电性不足也会在硅颗粒之间建立高导电性和持久的连接。 虽然硅正极颗粒体积膨胀并开始出现裂纹,但此类颗粒仍能通过碳纳米管保持良好的连接,避免正极材料断裂。

碳纳米管已广泛应用于中高端数码锂电池,有望向高端市场渗透。 目前,除高端锂电池市场仍使用传统炭黑导电剂外,90%以上的中低端数码锂电池企业均已使用碳纳米管,如奇瑞、比克、力神、卓能等数码巨人。 随着碳纳米管成本的持续下降,碳纳米管在高端市场的渗透率有望提升。

(4)生产工艺:催化剂、提纯、分散是关键

目前,碳纳米管的制备方法主要有物理液相沉积法(CVD)、激光气相法、石墨电弧法和水热法。 目前,碳纳米管厂商主要采用基于物理液相沉积法制备碳纳米管的方法。 . CVD有多种不同类型,如催化物理液相沉积(CCVD)或等离子体增强(PE)二氧化碳辅助CVD、水辅助CVD、微波等离子体(),其中CVD是目前合成CNTs的标准技术, CVD 是一种经济实用的大规模生产方法,但可以生产出相对纯净的碳纳米管。

大众娱乐催化剂、纯化和分散技术是主要的技术壁垒。

催化剂:催化剂是决定碳纳米管内径和纯度的关键。 不同的公司使用不同的催化剂来获得具有显着差异的特定产品。 催化剂生产的质量和性能将直接影响后续碳纳米管的质量。

分散性:碳纳米管比表面积大,纵横比高,易团聚,实际电导率低,不易分散。 通常采用分散剂,NMP/去离子水溶解分散碳纳米管,制备碳纳米管导电涂料,提高导电性,方便电池厂使用。

提纯:不同品质的产品需要经过不同的提纯工艺,其中低温氧化主要去除碳纳米管粗粉中的无定形碳杂质; 酸洗提纯和石墨化主要去除碳纳米管粗粉中的催化剂金属杂质。 将碳纳米管粗粉提纯后,得到碳纳米管纯粉。 纯化过程越复杂,纯化后的碳纳米管性能越好。 (报告来源:未来智库)

(五)市场格局:天奈科技龙头地位稳固

2021年,天奈科技将重夺行业出货量第一。 高工锂电数据显示,2020年国外碳纳米管CR3占比76%,CR5占比89%。 浓度略有回升。 其中,天耐科技是最早实现碳纳米管通过涂层商业化转化为锂电池的企业之一。 是目前省内碳纳米管导电涂料销量和出货量最大的企业。 稳坐行业前列,占有市场份额。 up to 43.4%, far the and third tier in the .

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