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碳纳米管天奈科技研究报告CNT老将,导 [复制链接]

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(报告出品方/作者:华创证券,彭广春)

一、天奈科技:CNT厚积薄发,十年磨一剑

(一)十年磨一剑,突破碳纳米管宏量技术终成龙头

厚积薄发,十年一剑。公司于年成立,前身是开曼天奈,并于年在科创板上市,目前是国内最大的碳纳米管生产企业,在碳纳米管及其相关复合材料领域处于全球领先水平。公司目前客户主要包括宁德时代、ATL、比亚迪等,率先突破了CNT导电剂的流化床宏量制备技术,实现产业化生产,引领CNT新型导电剂在锂电导电剂体系的不断加速渗透,市场占有率稳步提升。

公司主营碳纳米管导电剂材料生产与销售。主营业务为碳纳米管粉体、纯碳纳米管导电浆料及石墨烯复合导电浆料的生产和销售,是国内碳纳米管最大的生产企业。年业务占比分别为1.17%、92%、6.84%,其中碳纳米管导电浆料历年营收占比一直维持在98%以上,为公司主要收入来源。近四年产品主要应用于动力锂电池方面,常年占比超70%。

营收净利稳步提升,毛利率行业领先。根据年业绩快报,受益于新能源汽车高景气度下动力锂离子电池需求爆发,公司年实现营收13.6亿元,同比增加%;21年全年归母净利润为2.99亿元,同比增长%。公司产品较之传统导电剂及同行业其他公司产品有一定技术优势与规模优势,毛利率高于行业平均水平。

(二)股权结构:公司股权分散

公司股权分散,公司实际控制人为郑涛、严燕、蔡永略和张美杰四位公司高管。截止年上半年,郑涛持股比例为10.13%,张美杰持股比例为2.05%,镇江新奈智汇科技服务企业持股比例为3.89%,其实际控制人为严燕,共青城新奈共成投资管理合伙企业持股比例为4.15%,其实际控制人为严燕和蔡永略。郑涛、严燕、蔡永略和张美杰系公司高管暨实际控制人。

公司管理层部分成员为公司研发人员,公司研发实力雄厚,掌握多项专利技术。董事长郑涛先生在锂电池及新材料领域已有三十余年的研发和管理经验,郑涛先生和张美杰先生主要从事碳材料及锂电正负极材料的研究及产业化生产。公司坚持自主创新战略,进行自主开发和研究,并获得清华大学相关发明专利的独占许可使用权,开发一系列与碳纳米管及浆料有关的创新技术,截止至年6月30日,公司及子公司已获得14项发明专利及33项实用新型专利、清华大学独占许可19项发明专利及国外多项专利,研发实力雄厚。

公司研发投入占营收比重较高,研发人员占比逐年升高。公司自成立起就重视研发投入,研发费用率在行业处于较高水平。年未受疫情影响,研发费用达0.28亿元,同比增长32%,研发费用率常年维持在4.5%-6%,公司研发人员增长至60人,占比达25.32%。(报告来源:未来智库)

二、碳纳米管:新型导电剂加速替代,渗透率提升α与行业β共振

(一)导电剂:锂电正负极重要辅料之一

导电剂:电池正负极材料重要辅料之一,提升、保持电池导电性。导电剂是制作电池正负极重要辅料之一,提升并保持电池导电性能。

正极方面:锂电子正极材料导电性能较差,需要通过添加一定比例的导电剂保证导电物质填充满正极材料活性物质之间的空隙,以形成良好的导电网络提升正极材料的导电性能。

负极方面:负极材料导电性能虽好,但在多次充放电过程中,锂电子不断的嵌入与脱落会引起石墨颗粒体积的膨胀和收缩导致石墨颗粒间隙越来越大,降低导电性能,部分甚至会脱离电极,降低锂电子电池容量。而加入导电剂,可以改善负极表面性能,保持电池导电性。

锂电池目前常用的导电剂主要包括炭黑类、导电石墨类、VGCF(气相生长碳纤维)、碳纳米管以及石墨烯等。其中,炭黑类、导电石墨类和VGCF属于传统的导电剂;碳纳米管和石墨烯属于新型导电剂材料。

导电炭黑:呈链状或葡萄状,具有较高的比表面积。炭黑可与活性材料形成点对点接触,有利于电解质的吸附提高离子电导率,添加量在3%左右,是一款高性价比的导电材料,但导电性能相对一般且依赖进口,目前导电炭黑主要分为导电炭黑、超导炭黑(乙炔黑、SuperP等)、特导炭黑(科琴黑等)。

碳纳米管:可分为单壁管和多壁管两类,一维结构的碳纳米管呈圆柱状,内部中空,具有良好的电子导电性。纤维结构能够与活性材料点对线接触,在电极活性材料中形成连续的导电网络,充当“导线”的作用,有利于提高电池容量、倍率性能、电池循环寿命、降低电池界面阻抗等。同等导电效果下,CNT用量仅为传统炭黑的1/6-1/2,可大幅提高锂电池的能量密度。

石墨烯:具有片状二维结构,与活性物质形成点对面接触,可以最大化的发挥导电剂的作用,减少导电剂的用量,从而增大活性物质比例,提升锂电池容量。在加入量较小的情况下,石墨烯能够更好地形成导电网络,效果远好于导电炭黑。

导电石墨:石墨导电剂为颗粒度更小的人造石墨,孔隙和比表面积更加发达,可与活性材料形成点对点接触,有利于改善极片颗粒的压实密度以及提高离子和电子电导率,同时用于负极可提高负极容量。

导电剂成本占比较低,客户更注重性能优势。虽然碳纳米管的价格是炭黑等传统导电剂的10倍,但导电剂只占电池总成本的2%,加之碳纳米管的用量只有传统导电剂的1/6至1/2、碳纳米管不断放量导致单位价格不断下探,因此下游客户对导电剂价格并不敏感,更注重产品的性能。

(二)CNT:行业高增速β与渗透率提升α共振,工艺壁垒强

碳纯度、长径比是决定碳纳米管导电性能的核心指标。

目前行业内一般采用化学气相沉积法(CVD)制造碳纳米管。该方法温度较低且易于控制,产品产量及碳纯度高。碳纳米管管径越细,长度越长,沿着长度方向的热交换性能越高,加之碳纯度高,因此导电性能越好。

催化剂及分散技术是主要技术壁垒。催化剂是决定碳纳米管管径、纯度的关键,不同公司使用的催化剂不同得到产品具体差异明显。另外碳纳米管比表面积大、长径比高,容易团聚,实际导电效率低,不易分散,一般通过分散剂、NMP/去离子水溶解、分散碳纳米管以制备碳纳米管导电浆料提升导电性,其中分散技术对导电浆料生产公司关系重大,也是技术壁垒之一。

催化剂、纯化、分散技术是主要技术壁垒。

催化剂:催化剂是决定碳纳米管管径、纯度的关键,不同公司使用的催化剂不同得到产品具体差异明显,催化剂生产的质量、性能将直接影响后续产出的碳纳米管质量。

分散:碳纳米管比表面积大、长径比高,容易团聚,实际导电效率低,不易分散,一般通过分散剂、NMP/去离子水溶解、分散碳纳米管以制备碳纳米管导电浆料提升导电性,以方便电池厂使用。

纯化:不同品质产品需要经过不同的纯化工序,其中高温氧化主要除去碳纳米管粗粉中无定形碳杂质;酸洗提纯、石墨化主要除去碳纳米管粗粉中的催化剂金属杂质。碳纳米管粗粉经过纯化工序后得到碳纳米管纯粉,纯化工序越复杂,纯化后的碳管性能越好。

导电剂国产替代趋势明显,21年出货量同比增长有望达50%。SP、科勤黑、乙炔黑等传统导电剂主要从国外进口,国内虽然也有相应的企业,但生产的产品性能不及国外企业。随着碳纳米管的量产导致成本下降、其优异的性能、国内企业技术方面的领先,导电剂国产替代的趋势越发明显,碳纳米管导电浆料出货量也在逐年攀升,根据高工锂电预测,年国内CNT导电浆料出货量将达7.2万吨,同比增长达50%。

(三)单壁碳纳米管:CNT未来技术迭代方向

单壁碳纳米管性能更好,全球供给少、价格昂贵。多壁碳纳米管则可视为多层石墨烯片无缝卷起成管状,即单壁碳纳米管的同心排列,而单壁碳纳米管可被视为单层石墨烯片卷起来形成的无缝空心圆柱筒,根据空间的螺旋特征表现除金属或半导体性能,金属特性的单壁碳纳米管电流密度比铜等金属的电流密度大倍以上。故较之其他导电剂,单壁碳纳米管只需添加0.%-0.1%即可实现均匀稳定的导电性。但全球目前仅有OCSiAl可以量产单壁碳纳米管,每年产能仅为90吨,单价较高,故目前尚未得到大规模应用,多壁碳纳米管短期被替代的风险较小。

单壁CNT相较于多壁CNT具备以下性能优势:

导电性能更强:由于单壁CNT具有更高的长径比,导电性能更加优异;

添加量更少:单壁CNT添加量仅需0.1%,较低的添加量即能形成高校的导电网络,发挥出同样甚至更好的导电效果;

安全性更好:单壁CNT与多壁CNT或导电炭黑相比有高达2倍的附着力,安全性更好。

提升硅基负极电池循环寿命:硅基负极导电性弱,配合单壁碳管能够完美弥补其不足,显著提升循环寿命。

(四)短期看铁锂“回潮”,中长期看高镍三元、硅基负极加速渗透

短期看铁锂“回潮”:石墨烯复合导电浆料以7:3的比例配比碳纳米管粉体、石墨烯与分散溶剂等其他原材料混合搅拌、研磨制成,适配磷酸铁锂锂电池性能更好。磷酸铁锂电池产量自21年5月已超过三元电池产量,装车量自7月超过三元电池装车量,短期铁锂回潮带动石墨烯复合导电浆料及碳纳米管渗透率。

中长期看高镍三元、硅基负极渗透率提升:高能量密度仍是动力电池主要发展方向,其中主要载体三元动力电池的新型导电剂主要为碳纳米管导电浆料。高镍三元硅负极理论能量密度高达mAh/g,是已知用于做负极材料理论比容最高的材料,但其导电性能较差,需要添加高性能导电剂提升,而CNT不仅可以弥补硅基负极导电性不足,还可以在硅颗粒之间建立高度导电和持久连接,即使硅负极颗粒体积膨胀并开始出现裂缝,这些颗粒仍可通过CNT保持良好连接,防止负极材料破裂。

碳纳米管已在中高端数码锂电池中广泛使用,有望向低端市场渗透。目前除低端锂电市场仍在使用传统炭黑类导电剂,超过90%的中高端数码锂电池企业已使用碳纳米管,如比亚迪、比克、力神、卓能等数码巨头。随着碳纳米管成本的不断下探,低端市场碳纳米管渗透率有望上升。

(五)市场格局:天奈稳坐行业第一,集中度有所提升

天奈科技稳坐行业出货量第一。根据高工锂电数据,年行业出货量CR3为68%,CR5为88%,年CR3为76%,CR5为89%,行业前三集中度明显提升。其中天奈科技是最早实现碳纳米管通过浆料形式导入锂电池商业化的企业之一,目前是全国CNT导电浆料销售额、出货量最大的企业,稳坐行业头把交椅,超过三顺纳米(20年被卡博特收购)和青岛昊鑫。

国外企业开始布局碳纳米管产能建设。目前碳纳米管导电浆料生产企业主要集中在国内,国外则主要掌握性价比更高的炭黑类导电剂,但由于碳纳米管导电性能优异以及成本性价比提速,国外企业也开始加速布局CNT。

LG:在年就已具备吨CNT的产能,年4月宣布旗下位于韩国丽水的第二座CNT工厂吨扩建工程已完成并开始运营;

卡博特:于年4月花费1.15亿美元(约8亿人民币)收购三顺纳米,以获得三顺纳米单壁CNT、多壁CNT和各种类型的混合物;

沙特基础工业公司(SABIC):于年1月宣布收购纳米技术公司BlackDiamondStructures(BDS)的多数股权,BDSMOLECULARREBAR技术可生产深宽比均匀、清洁和离散分布的碳纳米管,主要应用于高性能储能。

OCSiAl:目前拥有年产单臂碳纳米管75吨的产能,全球市占率超过90%。年卢森堡新工厂一期项目投产后,其产能可以提升至年产吨。其代表性产品为TUBALL系列的单臂碳管产品。

NanocylSA:聚焦于多壁碳纳米管,其产品广泛应用于塑料、纺织、橡胶等领域,年产能约在吨左右。

(六)市场空间测算:小赛道孕育大空间

碳纳米管属于小赛道大增速的行业。我们预计年正极/硅基负极用碳纳米管需求量为72.3万吨/吨,市场空间达亿元。

具体测算核心假设如下:

锂离子电池产量:预计年动力/消费/储能/其他锂离子电池产量分别为///65GWh;

渗透率:预计CNT年在动力/消费/储能/其他渗透率分别为53%/35%/10%/30%。

活性物质添加比例:目前LFP/NCM/硅基负极添加量分别为1.5%/1%/0.1%(单壁),预计添加比例将缓慢下降;

粉体/浆料比例:预计保持在4.5%;

价格:MCNT随NMP价格波动而波动,SCNT价格预计随着国产规模化生产后逐年下降。

(七)应用场景广阔,潜在市场空间巨大

材料应用广泛,潜在市场前景较大。由于碳纳米管具备良好的性能参数,还可以广泛应用于超电容器、抗静电涂料、导电塑料、静电喷涂聚合物以及橡胶轮胎等领域。

由于碳纳米管具有非常优异的力学、电学、光学和热学等性能,可以金属或合金为基体,添加碳纳米管组成的复合材料以制备碳纳米管增强金属基复合材料,该类材料一般具有轻量化、高强高韧和耐高温等优势,已成为航空航天、国防及汽车等新材料领域

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