碳纳米管行业深度报告( 五 ) _小知识

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? 更为值得关注的是，5G 手机的推出不仅提升未来出货量预期，也带动手机的单位带电量明显改善。据中国化学与物理电源行业协会测算，2019 年上半年，全球畅销的 4G 手机平均电池容量为 3367mAh 左右，较 2018 年增长 113mAh，这与近几年手机电池容量的年均增长 220mAh 的趋势较为吻合。与此同时，主流的 5G 手机平均电池容量为 4285.7mAh 左右，相较于主流 4G手机增长 27.3%；前期欣旺达也公开表示为配合 5G 手机应用，公司产品电池容量将从原先的 3800mAh 提升至 4500mAh，单机带电量提升也带来了进一步 CNT 导电剂需求增量。

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? 落实到正极材料及单位 CNT 耗量：基于低成本优势，未来非动力电池领域磷酸铁锂的占比或逐步提升，而钴酸锂的占比或有小幅承压的可能性，但波动情况或相对较小。当前，手机、笔记本电脑、平板电脑、TWS 和电子烟等或均以钴酸锂材料为主，部分低端也采取高镍三元和锰酸锂掺杂的形式作为正极材料。而锂电储能领域，国内基本采取磷酸铁锂，而海外仍主要采取三元正极材料为主（尤其是特斯拉）；我们预计，基于成本优势，整体非动力电池领域，正极材料端磷酸铁锂的占比或逐步提升，而钴酸锂的占比或有小幅承压的可能性，但整体波动情况不会太大。
? 2019-2025 年，非动力电池领域对碳纳米管的需求增量或为 1230 吨，其中手机（183 吨）、锂电池储能（614 吨）、 TWS 全套和电子烟（34 吨）、笔记本电脑（35 吨）、其他（346 吨）和平板电脑（18 吨）。锂电池储能为非动力电池领域碳纳米管需求增量的核心。
4、催化剂、生产控制、专利布局、客户认证等构筑深厚“护城河”4.1、生产：气相沉积法催化剂制备、连续、一致性控制均为核心难点
截止目前碳纳米管的制备方法主要包括电弧放电法、激光烧灼法和化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition, CVD）等。在 CVD 机制中，碳源在催化剂表面发生吸附、反应；反应形成的碳原子溶解到催化剂中，当其达到饱和后，碳原子不断析出形成碳纳米管；并且 CVD 工艺可在低温、常压下低成本的制备，并可在生长过程中对碳纳米管壁数、直径、长度、以及取向进行控制，成为目前为止最具潜力的工业化量产工艺。
碳纳米管的制备方法大体上分为两个阶段：包括碳纳米管初生长和进一步纯化；核心工艺为催化剂条件下的化学气相沉积（CVD, Chemical Vapor Deposition）碳纳米管粉体的主要生产工艺流程如下：
（1）催化剂制备：该步骤为碳纳米管生产的核心步骤，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。Fe/Co 和 Ni 等纳米过渡金属催化剂在 CNT 生长过程中具有较高的催化活性及缓和的生长条件，是常用的 CNT 催化剂材料；另一方面，除材料配方外，碳纳米管的直径很大程度依赖于纳米催化剂颗粒的大小。因此包括催化剂的材料配方、粒径大小、一致性控制等，均是碳纳米管生产的核心工艺难点。

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（2） CVD 碳纳米管生长：将催化剂放入碳纳米管反应器，再将甲烷或丙烯（碳氢化合物）、氢气（抑制径向生长）、氮气等按一定比例、气流速度导入，在高温条件下生长得到碳纳米管粗粉。其中 CVD 碳纳米管连续生产工艺以及相关设备均是核心技术难点，各厂家均建立了相对应设备专利体系。

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（3） CNT 纯化工序（去除无定型碳以及金属杂质）：不同型号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。
（4）粉碎：最后，将碳纳米管纯粉放入粉碎机进行粉碎，制备得到分散性较好的碳纳米管粉体。

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（5）碳纳米管导电浆料生产：由于碳纳米管粉分散性差、容易发生团聚，导致在应用过程中导电、导热性等大幅不及预期，目前的主流工艺是在将 CNT 粉体与 NMP、分散剂等进行混合，以浆料形式向下游客户销售。①按照一定比例将分散剂和溶剂（NMP 或去离子水）进行搅拌，使得分散剂与溶剂充分融合，随后加入一定比例的碳纳米管粉体，充分搅拌均匀至碳纳米管粉体在溶剂中预分散。②将预分散好的浆料投入砂磨机进行分散，制备得到分散均匀的碳纳米管导电浆料。