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锂电池导电剂产业深度研究报告

澄泓财经  · 公众号  · 财经  · 2017-07-18 18:02

正文


一、锂电池导电剂行业简介


导电剂材料是锂离子电池的重要组成部分,对锂离子电池的电化学性能起到重要的作用。适量的导电剂加入电极后,能够有效提高电极内部的电子转移率。

目前市场上的主要锂电池正极材料如磷酸铁锂、钴酸锂、三元材料等,本身的电导率很低,作为锂电池的正极又需要具备良好的电导性,因此需要在其内部掺杂一些导电剂来提高其内部的电导性。


由于导电剂本身不具备锂离子的存储,添加过多不仅增加成本,而且会降低电池的体积能量密度,因此在形成有效的电导性的前提下,应尽量减少导电剂的用量。常见的导电剂主要有炭黑、导电石墨、碳纳米管、碳纤维、石墨烯等。



炭黑:是目前使用最为广泛的导电剂,主要采用有机物(天然气、重油等)不完全燃烧或受热分解而得到,并通过高温处理以提高其导电性与纯度。炭黑作为导电剂其粒径小,比表面积大,导电性特别好,缺点是价格较高,难以分散。


导电石墨:基本为人造石墨,与负极材料人造石墨相比,作为导电剂的人造石墨具有更小的颗粒,一般为3-6微米,且孔隙和比表面积更发达,简单讲就是技术要求比负极石墨高。这类产品的比表面积适中,但导电性较差。


碳纳米管:其作为近年来新兴的导电剂,一般直径在5纳米左右,长度达到10-20微米,它不仅能够充当“导线”的作用,同时还具有双电层效应,相当于超级电容器可以发挥高倍率特性,缺点是比表面积较大,不易分散。


碳纤维:其作为导电剂,比表面积很小,利于分散,但粒径较大,不利于导电性的提升。


石墨烯导电剂:石墨烯导电剂是近两年来发展出来的新型导电剂,其在加入量较小的情况下,就能更好的形成导电网络,效果要远好于导电炭黑等传统导电剂。由于片层较厚的石墨烯会阻碍锂离子的扩散而降低电导率,因此一般采用6-9层石墨烯最为适宜。



二、行业展望


尽管目前业内应用最广泛的还是传统类型的导电剂,但新型导电剂碳纳米管和石墨烯研究持续火热,随着产品逐步产业化,大有取代传统导电剂之势。碳纳米管和石墨烯新型材料的研究大多仍处于前期阶段,许多高级应用尚未实现。


目前国内最先得以产业化的是它们的粉体材料,粉体材料保有它们良好的导电特性,经过一定的处理,可作为导电添加剂加入电极中,提高电极的导电性能。新型导电剂与劣势传统导电剂相比,最大的在于价格。


在未来的3到5年内,石墨烯和碳纳米管导电剂的价格预计会逐步降低,虽然和传统导电剂相比在短期内仍存在价格劣势,但由于其性能的优异,颇受大型动力电池企业的青睐,并且随着未来动力电池行业的集中度逐步提高,导电剂作为锂电池里用量较小的原料,其技术敏感性要远大于价格敏感性。



三、导电剂产业现状分析


因为锂电池导电剂本身的用量较小,一般为正极材料质量的1.5%,按照2016年全球31.35万吨正极材料的产量来计算,锂电池导电剂的需求量也只有4700吨左右。因此我们在进行导电剂产业现状分析时,采用对主要导电剂产品如炭黑、导电石墨、碳纳米管、石墨烯导电剂等细分市场分析的方法进行分析。


1.炭黑市场


炭黑主要作为橡胶增强剂使用,用于汽车轮胎等制造,此外还当颜料(油墨、塑料、涂料用)、电池用导电剂、催化剂载体、超硬质合金材料等。


根据日本出版的《炭黑年鉴》2014年版的数据表明,2013年全球炭黑产量为1172.5万吨。根据中国橡胶协会炭黑分会数据,2016年我国炭黑产量411万吨(我国生产炭黑的上市公司有黑猫股份、龙星化工、永东股份,三者产能合计约为70万吨)。


看到上面这两个数据我们很容易发现,炭黑行业属于大宗商品类,根据不完全数据统计,全球炭黑约有70%用于轮胎的制造,20%用在其他橡胶,其余不到10%则用于塑料添加剂、染料、印刷油墨等工业。因此对于导电剂用炭黑来讲,其用量在炭黑的总产能中可以忽略不及,因此这里我们也没有对其讨论的必要性。


2.导电石墨


导电石墨属于石墨的一种细分产品,根据相关行业数据统计2016年全球石墨产量约为120万吨,中国石墨产量约为78万吨,因此这个细分产品也是属于大宗商品类,导电石墨用于锂电池导电剂的部分也可忽略不计。


3.碳纳米管


碳纳米管导电浆料作为一种新型锂离子电池导电剂,能够提高电池的导电性能,添加量也比常规的炭黑导电剂少60%-70%,同时能降低粘接剂的用量,对锂离子电池能量密度有明显的提升作用。


根据高工产研锂电研究所(GGII)调研显示,2016年中国碳纳米管导电浆料产量同比增长73.7%,达15100吨(注:以碳纳米管粉体出售的产品,以5%固含量换算成碳纳米管导电浆料统计),换算成碳纳米管粉末产量约为755吨,根据德国拜耳相关信息其目前碳纳米管产能约为500吨,因此不管怎么算,对于碳纳米管导电浆料行业来讲整个行业的供给目前是略大于需求的,因此这里就不再浪费文笔进行分析了。



4.石墨烯导电浆料


石墨烯,被誉为“新材料之王”,科学家甚至预言它将“彻底改变21世纪”。石墨烯在锂离子电池导电剂方面的推广使用,对提高锂离子电池的性能有显著的帮助。例如,石墨烯可大幅提升锂离子电池的效能,理论上讲,用石墨烯电极做负极,动力锂电池的充电时间将从2小时缩短到10分钟。


虽然业内对于石墨烯的性能从未产生怀疑,但在具体应用方面,行业内企业又面临了各种问题,因此这里我们就不再对石墨烯的各种理论性能给大家吹嘘。从我们长期对石墨烯行业的跟踪情况来看,目前国内将石墨烯应用于锂电池导电浆料的企业只有青岛昊鑫(虽然诸如宁波墨西、上海新驰、第六元素、厦门凯纳等都宣布可以量产,但除了厦门凯纳近期宣布千吨级石墨烯导电浆料即将量产外,其他几家对于产量都是闭口不谈)。


昊鑫科技成立于2012年(目前已被道氏技术收购)。作为全球为数不多的拥有天然石墨类材料完整产业链的企业,昊鑫科技拥有从石墨原矿开采到最终产品的全套现代化工艺和设备,2016年年产天然石墨负极8000吨、人造石墨负极5000吨、碳纳米管500吨和石墨烯500吨。


公司的石墨烯导电剂主要供给比亚迪和国轩,市场上常见的比亚迪秦、唐系列电动汽车都采用石墨烯导电剂。公司人员透露:“目前每10个采用石墨烯导电剂的比亚迪锂电池里就有8个选用昊鑫的导电剂,而在国轩,我们占到了100%。”



四、产业发展前景分析


在行业发展趋势上,我们认为随着动力电池厂商的集中度越来越高,其在导电剂的需求方面,将更加注重产品性能,而非价格,因此作为新兴导电剂的碳纳米管和石墨烯导电剂,将逐步成为未来的趋势。


从锂电池导电剂所涉及的几大细分产品(包括炭黑、石墨、碳纳米管、石墨烯等)的行业现状我们可以发现,在炭黑、石墨、碳纳米管领域,前两者属于大宗商品,产业投资机会并非锂电池导电剂主导需求主导。


在碳纳米管领域全球的供给量是远大于目前以及未来几年的需求量的,因此我们认为碳纳米管导电剂行业的产业投资机会在于目前已经成功切入大型动力电池厂商供应链的相关企业。


在石墨烯导电剂领域,由于目前石墨烯行业成本的问题,与传统导电剂相比,在价格上是不占优势的,因此我们认为其产业投资机会和碳纳米管导电剂类似。



五、产业投资建议


在投资建议方面,我们推荐关注碳纳米管和石墨烯导电剂的相关企业。比如目前正在IPO排队的德方纳米,其在碳纳米管导电剂业务方面2015年营收8000万,销量1500吨(折合碳纳米管量约为75吨),其主要客户包括比亚迪、CATL以及山东威能等。


除此之外,还有收购青岛昊鑫的道氏技术


六、产业风险提示


1.锂电池行业发展不及预期;


2.技术的进步导致新兴导电剂产品的问世对之前的导电剂产品形成替代;


3.新兴导电剂产品碳纳米管和石墨烯的成本降幅不及预期。