碳納米管行業(yè)發(fā)展趨勢及市場現狀分析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、電學、熱學和光學性能，被譽為“新材料之王”。碳納米管在電子、能源、環(huán)境、醫(yī)藥、航空航天等領域有著廣泛的應用前景，是推動科技創(chuàng)新和產業(yè)升級的重要戰(zhàn)略性新興材料。

本文將從碳納米管的產量、需求、市場規(guī)模、競爭格局、應用領域、技術發(fā)展、政策環(huán)境等方面，對2023年中國碳納米管行業(yè)的發(fā)展趨勢及市場現狀進行分析。

一、產量和需求

根據中金普華的數據，2021年中國碳納米管的產量為1412.6噸，同比增長32.5%，需求量為2570.9噸，同比增長36.4%。預計2022年中國碳納米管的產量將達到1798.1噸，同比增長27.3%，需求量將達到3092.8噸，同比增長20.3%。預計2023年中國碳納米管的產量將達到2285.7噸，同比增長27.1%，需求量將達到3718.6噸，同比增長20.2%。

中國碳納米管產量和需求量的增長主要受益于下游應用市場的擴大，尤其是新能源汽車、電子信息、航空航天等領域的快速發(fā)展，對碳納米管的性能和品質提出了更高的要求，推動了碳納米管的產業(yè)化進程和技術創(chuàng)新。

二、市場規(guī)模和競爭格局

根據中金普華的數據，2021年中國碳納米管市場規(guī)模達到14.16億元，同比增長20.8%。預計2022年中國碳納米管市場規(guī)模將達到16.92億元，同比增長19.5%。預計2023年中國碳納米管市場規(guī)模將達到20.18億元，同比增長19.3%。

中國碳納米管市場規(guī)模的增長主要受益于碳納米管的價格下降和應用領域的拓展，尤其是碳納米管導電漿料在鋰電池領域的滲透率提升，以及碳納米管在導電塑料、復合材料、電磁屏蔽等領域的應用增加。

中國碳納米管市場的競爭格局呈現出以下特點：

（1）行業(yè)集中度較高，龍頭企業(yè)占據優(yōu)勢。2021年中國碳納米管市場的CR3為71%，CR5為87%，其中天奈科技是最大的碳納米管生產企業(yè)，市場占有率達到43.4%，遠超其他企業(yè)。天奈科技擁有自主研發(fā)的流化床碳納米管生產技術，產品性能優(yōu)異，客戶覆蓋寧德時代、ATL、比亞迪等知名鋰電池企業(yè)。

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

（3）行業(yè)創(chuàng)新能力較強，單壁碳納米管產業(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，具有更高的導電性、熱導率和比表面積，是碳納米管的最高端產品，適用于硅基負極、透明導電膜、場發(fā)射顯示器等領域。目前全球僅有OCSiAl能夠量產單壁碳納米管，每年產能僅為90噸，價格較高，限制了其大規(guī)模應用。目前國內天奈科技、道氏技術、中科院成都有機所等企業(yè)已經能夠實現實驗室制品，產業(yè)化進度加速。

三、應用領域和技術發(fā)展

碳納米管的應用領域主要包括以下幾個方面：

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

目前碳納米管導電漿料主要應用于動力鋰電池領域，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，碳納米管導電漿料的需求將持續(xù)增長。此外，碳納米管導電漿料也在中高端數碼鋰電池領域得到廣泛應用，如比亞迪、比克、力神、卓能等數碼巨頭均使用碳納米管導電漿料，隨著碳納米管成本的下降，低端市場的滲透率也有望提升。

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

目前碳納米管導電塑料的主要應用領域是汽車，如汽車燃油箱、汽車電子、汽車內飾等部件，提高汽車的安全性、舒適性和節(jié)能性。預計隨著碳納米管導電塑料的技術進步和成本降低，其在電子、航空航天、防靜電、電磁屏蔽等領域的應用也將迅速增長。

（3）復合材料。碳納米管可以作為增強劑，與金屬、陶瓷、樹脂等基體復合，制備出具有高強度、高韌性、高耐磨、高導熱、高導電等性能的復合材料，廣泛應用于航空航天、軍工、運動器材、建筑等領域。碳納米管復合材料具有較高的比強度和比模量，相比傳統的增強劑如碳纖維、玻璃纖維、納米氧化物等，具有更高的性能優(yōu)勢。

目前碳納米管復合材料的主要應用領域是航空航天，如碳納米管復合材料可以用于制造飛機、火箭、衛(wèi)星等部件，提高其輕量化、耐高溫、抗沖擊等性能。預計隨著碳納米管復合材料的技術突破和成本下降，其在軍工、運動器材、建筑等領域的應用也將快速擴展。

（4）其他領域。碳納米管還有一些其他的潛在應用領域，如透明導電膜、場發(fā)射顯示器、太陽能電池、生物醫(yī)藥、傳感器等，這些領域的應用還處于研究和試驗階段，尚未實現規(guī)?；虡I(yè)化，但具有較大的市場潛力和發(fā)展空間。

例如，碳納米管透明導電膜可以用于制造柔性顯示器、觸摸屏、智能窗戶等產品，具有較高的透光率、導電率和柔韌性，相比傳統的透明導電膜如氧化銦錫、氧化鋅等，具有更高的性能優(yōu)勢。碳納米管場發(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、對比度和色彩還原度，相比傳統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。

碳納米管的技術發(fā)展主要包括以下幾個方面：

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

目前碳納米管的生產技術的主要研究方向是提高碳納米管的純度、均勻性、選擇性和可擴展性，以及降低碳納米管的生產成本和能耗。例如，天奈科技采用自主研發(fā)的流化床化學氣相沉積法，可以實現碳納米管的連續(xù)、穩(wěn)定、高效的生產，同時可以通過調節(jié)催化劑、反應溫度、氣體流量等參數，控制碳納米管的管徑、壁數、結構和性能，生產出符合不同應用需求的碳納米管產品。

（2）純化技術。碳納米管的純化技術是指將碳納米管從原始產物中分離出來，去除無定形碳、金屬雜質、催化劑殘留等雜質，提高碳納米管的純度和品質。碳納米管的純化技術主要分為物理法、化學法和生物法等，其中物理法包括高溫氧化、熱處理、機械分離等，化學法包括酸洗、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，中科院成都有機所采用自主研發(fā)的酶法，可以實現碳納米管的高效、低損、環(huán)保的純化，同時可以通過選擇不同的酶，實現對不同壁數和結構的碳納米管的選擇性純化。

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

目前碳納米管的分散技術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，道氏技術采用自主研發(fā)的分散劑，可以實現碳納米管的高效、均勻、穩(wěn)定的分散，同時可以通過選擇不同的分散劑，實現對不同應用領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，受到國家的高度重視和支持，相關的政策環(huán)境對碳納米管行業(yè)的發(fā)展有著重要的影響和促進作用。

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

同時，國家也加大了對碳納米管的科研投入和人才培養(yǎng)，如設立了國家納米科技重點實驗室、國家納米科技工程技術研究中心、國家納米科技創(chuàng)新聯盟等平臺，以及納米科技國家重大科學研究計劃、國家自然科學基金等項目，為碳納米管的技術創(chuàng)新和人才培養(yǎng)提供了資金和平臺支持。

（2）發(fā)展前景。碳納米管作為一種具有廣闊應用前景的新材料，其市場需求和發(fā)展?jié)摿薮?，預計未來幾年將保持較高的增長速度。根據中金普華的預測，2023-2025年中國碳納米管市場規(guī)模的年均復合增長率將達到19.1%，到2025年中國碳納米管市場規(guī)模將達到27.64億元。

隨著碳納米管的技術進步和成本降低，其在鋰電池、導電塑料、復合材料等領域的應用將進一步擴大，同時其在透明導電膜、場發(fā)射顯示器、太陽能電池、生物醫(yī)藥、傳感器等領域的應用也將逐步實現商業(yè)化，為碳納米管行業(yè)的發(fā)展帶來新的機遇和挑戰(zhàn)。