碳納米管行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)及市場(chǎng)現(xiàn)狀分析2023

碳納米管是一種由單層或多層石墨烯卷成的空心圓柱形納米材料，具有優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)性能，被譽(yù)為“新材料之王”。碳納米管在電子、能源、環(huán)境、醫(yī)藥、航空航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，是推動(dòng)科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重要戰(zhàn)略性新興材料。

本文將從碳納米管的產(chǎn)量、需求、市場(chǎng)規(guī)模、競(jìng)爭(zhēng)格局、應(yīng)用領(lǐng)域、技術(shù)發(fā)展、政策環(huán)境等方面，對(duì)2023年中國(guó)碳納米管行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)及市場(chǎng)現(xiàn)狀進(jìn)行分析。

一、產(chǎn)量和需求

根據(jù)中金普華的數(shù)據(jù)，2021年中國(guó)碳納米管的產(chǎn)量為1412.6噸，同比增長(zhǎng)32.5%，需求量為2570.9噸，同比增長(zhǎng)36.4%。預(yù)計(jì)2022年中國(guó)碳納米管的產(chǎn)量將達(dá)到1798.1噸，同比增長(zhǎng)27.3%，需求量將達(dá)到3092.8噸，同比增長(zhǎng)20.3%。預(yù)計(jì)2023年中國(guó)碳納米管的產(chǎn)量將達(dá)到2285.7噸，同比增長(zhǎng)27.1%，需求量將達(dá)到3718.6噸，同比增長(zhǎng)20.2%。

中國(guó)碳納米管產(chǎn)量和需求量的增長(zhǎng)主要受益于下游應(yīng)用市場(chǎng)的擴(kuò)大，尤其是新能源汽車、電子信息、航空航天等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)碳納米管的性能和品質(zhì)提出了更高的要求，推動(dòng)了碳納米管的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程和技術(shù)創(chuàng)新。

二、市場(chǎng)規(guī)模和競(jìng)爭(zhēng)格局

根據(jù)中金普華的數(shù)據(jù)，2021年中國(guó)碳納米管市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到14.16億元，同比增長(zhǎng)20.8%。預(yù)計(jì)2022年中國(guó)碳納米管市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到16.92億元，同比增長(zhǎng)19.5%。預(yù)計(jì)2023年中國(guó)碳納米管市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到20.18億元，同比增長(zhǎng)19.3%。

中國(guó)碳納米管市場(chǎng)規(guī)模的增長(zhǎng)主要受益于碳納米管的價(jià)格下降和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，尤其是碳納米管導(dǎo)電漿料在鋰電池領(lǐng)域的滲透率提升，以及碳納米管在導(dǎo)電塑料、復(fù)合材料、電磁屏蔽等領(lǐng)域的應(yīng)用增加。

中國(guó)碳納米管市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)格局呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)：

（1）行業(yè)集中度較高，龍頭企業(yè)占據(jù)優(yōu)勢(shì)。2021年中國(guó)碳納米管市場(chǎng)的CR3為71%，CR5為87%，其中天奈科技是最大的碳納米管生產(chǎn)企業(yè)，市場(chǎng)占有率達(dá)到43.4%，遠(yuǎn)超其他企業(yè)。天奈科技擁有自主研發(fā)的流化床碳納米管生產(chǎn)技術(shù)，產(chǎn)品性能優(yōu)異，客戶覆蓋寧德時(shí)代、ATL、比亞迪等知名鋰電池企業(yè)。

（2）行業(yè)技術(shù)壁壘較高，催化劑、純化、分散是關(guān)鍵。碳納米管的生產(chǎn)工藝主要采用化學(xué)氣相沉積法，其中催化劑的選擇和制備是決定碳納米管的管徑、純度、結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)鍵因素，不同企業(yè)使用的催化劑不同，得到的產(chǎn)品也有明顯的差異。碳納米管的純化和分散也是影響產(chǎn)品質(zhì)量和應(yīng)用效果的重要環(huán)節(jié)，需要通過(guò)高溫氧化、酸洗、石墨化等工序去除無(wú)定形碳和金屬雜質(zhì)，以及通過(guò)分散劑、溶劑、研磨等方法提高碳納米管的分散性和導(dǎo)電性。

（3）行業(yè)創(chuàng)新能力較強(qiáng)，單壁碳納米管產(chǎn)業(yè)化在即。單壁碳納米管是一種由單層石墨烯卷成的碳納米管，具有更高的導(dǎo)電性、熱導(dǎo)率和比表面積，是碳納米管的最高端產(chǎn)品，適用于硅基負(fù)極、透明導(dǎo)電膜、場(chǎng)發(fā)射顯示器等領(lǐng)域。目前全球僅有OCSiAl能夠量產(chǎn)單壁碳納米管，每年產(chǎn)能僅為90噸，價(jià)格較高，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)天奈科技、道氏技術(shù)、中科院成都有機(jī)所等企業(yè)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)室制品，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度加速。

三、應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)發(fā)展

碳納米管的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）鋰電池。碳納米管作為新型導(dǎo)電劑，可以提高鋰電池的能量密度、循環(huán)壽命和安全性，尤其是對(duì)高鎳三元和硅基負(fù)極的適配性較好。碳納米管導(dǎo)電漿料是碳納米管的主要應(yīng)用形式，通過(guò)與正負(fù)極材料、電解液、隔膜等制備鋰電池。

目前碳納米管導(dǎo)電漿料主要應(yīng)用于動(dòng)力鋰電池領(lǐng)域，占碳納米管需求量的80%以上，隨著新能源汽車行業(yè)的高速發(fā)展，碳納米管導(dǎo)電漿料的需求將持續(xù)增長(zhǎng)。此外，碳納米管導(dǎo)電漿料也在中高端數(shù)碼鋰電池領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如比亞迪、比克、力神、卓能等數(shù)碼巨頭均使用碳納米管導(dǎo)電漿料，隨著碳納米管成本的下降，低端市場(chǎng)的滲透率也有望提升。

（2）導(dǎo)電塑料。碳納米管可以作為導(dǎo)電填料，與塑料基體復(fù)合，制備出具有優(yōu)異導(dǎo)電性能、力學(xué)性能和加工性能的導(dǎo)電塑料，廣泛應(yīng)用于汽車、電子、航空航天、防靜電、電磁屏蔽等領(lǐng)域。碳納米管導(dǎo)電塑料具有較低的導(dǎo)電閾值、較高的導(dǎo)電穩(wěn)定性和較好的抗老化性，相比傳統(tǒng)的導(dǎo)電填料如碳黑、金屬粉、導(dǎo)電纖維等，具有更高的性價(jià)比。

目前碳納米管導(dǎo)電塑料的主要應(yīng)用領(lǐng)域是汽車，如汽車燃油箱、汽車電子、汽車內(nèi)飾等部件，提高汽車的安全性、舒適性和節(jié)能性。預(yù)計(jì)隨著碳納米管導(dǎo)電塑料的技術(shù)進(jìn)步和成本降低，其在電子、航空航天、防靜電、電磁屏蔽等領(lǐng)域的應(yīng)用也將迅速增長(zhǎng)。

（3）復(fù)合材料。碳納米管可以作為增強(qiáng)劑，與金屬、陶瓷、樹脂等基體復(fù)合，制備出具有高強(qiáng)度、高韌性、高耐磨、高導(dǎo)熱、高導(dǎo)電等性能的復(fù)合材料，廣泛應(yīng)用于航空航天、軍工、運(yùn)動(dòng)器材、建筑等領(lǐng)域。碳納米管復(fù)合材料具有較高的比強(qiáng)度和比模量，相比傳統(tǒng)的增強(qiáng)劑如碳纖維、玻璃纖維、納米氧化物等，具有更高的性能優(yōu)勢(shì)。

目前碳納米管復(fù)合材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域是航空航天，如碳納米管復(fù)合材料可以用于制造飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星等部件，提高其輕量化、耐高溫、抗沖擊等性能。預(yù)計(jì)隨著碳納米管復(fù)合材料的技術(shù)突破和成本下降，其在軍工、運(yùn)動(dòng)器材、建筑等領(lǐng)域的應(yīng)用也將快速擴(kuò)展。

（4）其他領(lǐng)域。碳納米管還有一些其他的潛在應(yīng)用領(lǐng)域，如透明導(dǎo)電膜、場(chǎng)發(fā)射顯示器、太陽(yáng)能電池、生物醫(yī)藥、傳感器等，這些領(lǐng)域的應(yīng)用還處于研究和試驗(yàn)階段，尚未實(shí)現(xiàn)規(guī)模化商業(yè)化，但具有較大的市場(chǎng)潛力和發(fā)展空間。

例如，碳納米管透明導(dǎo)電膜可以用于制造柔性顯示器、觸摸屏、智能窗戶等產(chǎn)品，具有較高的透光率、導(dǎo)電率和柔韌性，相比傳統(tǒng)的透明導(dǎo)電膜如氧化銦錫、氧化鋅等，具有更高的性能優(yōu)勢(shì)。碳納米管場(chǎng)發(fā)射顯示器可以用于制造高清晰度、低功耗、超薄的顯示屏，具有較高的亮度、對(duì)比度和色彩還原度，相比傳統(tǒng)的顯示器如液晶顯示器、等離子顯示器等，具有更高的性能優(yōu)勢(shì)。

碳納米管的技術(shù)發(fā)展主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）生產(chǎn)技術(shù)。碳納米管的生產(chǎn)技術(shù)主要分為化學(xué)氣相沉積法、電弧放電法、激光蒸發(fā)法和火焰法等，其中化學(xué)氣相沉積法是目前最主流的生產(chǎn)技術(shù)，占碳納米管產(chǎn)量的90%以上，具有較高的產(chǎn)量、較低的成本和較好的可控性。

目前碳納米管的生產(chǎn)技術(shù)的主要研究方向是提高碳納米管的純度、均勻性、選擇性和可擴(kuò)展性，以及降低碳納米管的生產(chǎn)成本和能耗。例如，天奈科技采用自主研發(fā)的流化床化學(xué)氣相沉積法，可以實(shí)現(xiàn)碳納米管的連續(xù)、穩(wěn)定、高效的生產(chǎn)，同時(shí)可以通過(guò)調(diào)節(jié)催化劑、反應(yīng)溫度、氣體流量等參數(shù)，控制碳納米管的管徑、壁數(shù)、結(jié)構(gòu)和性能，生產(chǎn)出符合不同應(yīng)用需求的碳納米管產(chǎn)品。

（2）純化技術(shù)。碳納米管的純化技術(shù)是指將碳納米管從原始產(chǎn)物中分離出來(lái)，去除無(wú)定形碳、金屬雜質(zhì)、催化劑殘留等雜質(zhì)，提高碳納米管的純度和品質(zhì)。碳納米管的純化技術(shù)主要分為物理法、化學(xué)法和生物法等，其中物理法包括高溫氧化、熱處理、機(jī)械分離等，化學(xué)法包括酸洗、石墨化、氧化還原等，生物法包括酶法、微生物法等。

目前碳納米管的純化技術(shù)的主要研究方向是提高碳納米管的純化效率和選擇性，以及降低碳納米管的純化成本和環(huán)境影響。例如，中科院成都有機(jī)所采用自主研發(fā)的酶法，可以實(shí)現(xiàn)碳納米管的高效、低損、環(huán)保的純化，同時(shí)可以通過(guò)選擇不同的酶，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同壁數(shù)和結(jié)構(gòu)的碳納米管的選擇性純化。

（3）分散技術(shù)。碳納米管的分散技術(shù)是指將碳納米管從團(tuán)聚狀態(tài)中分散開來(lái)，提高碳納米管的分散性和導(dǎo)電性，便于碳納米管與其他材料的復(fù)合和應(yīng)用。碳納米管的分散技術(shù)主要分為物理法、化學(xué)法和生物法等，其中物理法包括超聲波、研磨、高剪切等，化學(xué)法包括表面修飾、分散劑、溶劑等，生物法包括蛋白質(zhì)、多肽、DNA等。

目前碳納米管的分散技術(shù)的主要研究方向是提高碳納米管的分散效果和穩(wěn)定性，以及降低碳納米管的分散成本和環(huán)境影響。例如，道氏技術(shù)采用自主研發(fā)的分散劑，可以實(shí)現(xiàn)碳納米管的高效、均勻、穩(wěn)定的分散，同時(shí)可以通過(guò)選擇不同的分散劑，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域的碳納米管的定向分散。

四、政策環(huán)境和發(fā)展前景

碳納米管作為一種戰(zhàn)略性新興材料，受到國(guó)家的高度重視和支持，相關(guān)的政策環(huán)境對(duì)碳納米管行業(yè)的發(fā)展有著重要的影響和促進(jìn)作用。

（1）政策環(huán)境。近年來(lái)，國(guó)家出臺(tái)了一系列關(guān)于碳納米管的政策文件，如《國(guó)家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020）》、《國(guó)家納米科技發(fā)展規(guī)劃（2016-2020）》、《國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2025）》等，明確了碳納米管的發(fā)展方向、目標(biāo)和重點(diǎn)，為碳納米管行業(yè)的發(fā)展提供了政策指引和支持。

同時(shí)，國(guó)家也加大了對(duì)碳納米管的科研投入和人才培養(yǎng)，如設(shè)立了國(guó)家納米科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家納米科技工程技術(shù)研究中心、國(guó)家納米科技創(chuàng)新聯(lián)盟等平臺(tái)，以及納米科技國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目，為碳納米管的技術(shù)創(chuàng)新和人才培養(yǎng)提供了資金和平臺(tái)支持。

（2）發(fā)展前景。碳納米管作為一種具有廣闊應(yīng)用前景的新材料，其市場(chǎng)需求和發(fā)展?jié)摿薮?，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年將保持較高的增長(zhǎng)速度。根據(jù)中金普華的預(yù)測(cè)，2023-2025年中國(guó)碳納米管市場(chǎng)規(guī)模的年均復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到19.1%，到2025年中國(guó)碳納米管市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到27.64億元。

隨著碳納米管的技術(shù)進(jìn)步和成本降低，其在鋰電池、導(dǎo)電塑料、復(fù)合材料等領(lǐng)域的應(yīng)用將進(jìn)一步擴(kuò)大，同時(shí)其在透明導(dǎo)電膜、場(chǎng)發(fā)射顯示器、太陽(yáng)能電池、生物醫(yī)藥、傳感器等領(lǐng)域的應(yīng)用也將逐步實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，為碳納米管行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。