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碳纳米管是20世纪90年代日本科学家Iijima先生(Iijima Sumio. Helical microtubules of graphitic carbon. Nature,1991,354:56~58)发现的新材料,是石墨化的碳原子卷曲而成的纳米级无缝中空管状结构。
(碳纳米管产业生命周期)
经过十多年的研发和推广,在锂电池行业中碳纳米管作为导电剂,其效果非常明显,使用已经越来越普及。除了动力电池,在数码电池里碳纳米管导电剂也开始使用。碳纳米管导电剂的添加量比传统的炭黑导电剂大量减少,同时能使粘接剂的用量降低至原来的50%左右,对锂离子电池有综合的明显好处。
经高工产研锂电研究所(GGII)调研和预计,在未来五年,全球碳纳米管导电剂浆料(碳纳米管导电剂浆料里含有3-5%的碳纳米管,其余是溶剂NMP)需求量将保持40.8%的年复合增长速度,2022年需求量将达12万吨,2023年需求量将达19.06万吨。
2014-2022年中国碳纳米管导电浆料市场规模分析及预测(万吨)
(在相同条件下,在正极材料NCM 532的极片电阻率实测数据,数据来源:赵社涛)
从上图可以看出,目前国内最先进的第四代碳纳米管,生产成本大约是普通碳纳米管的2.5倍左右,导电性也是普通碳纳米管的2.5倍左右。赵社涛团队的第六代碳纳米管技术,生产成本是普通碳纳米管的1.25倍左右,性能不断逼近单壁碳纳米管,导电性是普通碳纳米管的5倍,而且生产过程环保性好,生产效率是第四代碳纳米管的4倍。采用赵社涛的第六代薄壁小管径碳纳米管技术,将有望具备碳纳米管行业最强的盈利能力。有意试用第六代碳纳米管样品或合作产业化此技术的,请联系赵社涛()。
虽然目前国外也有公司能生产吨级的单壁碳纳米管,但是销售价格2-3万人民币每公斤,市场极为有限。笔者预测,即使单壁碳纳米管的价格未来下降几十倍到1000元人民币每公斤,对比薄壁碳纳米管,依然没有成本和性价比优势。国内也有公司又重拾十多年前曾经走过的浮动催化法工艺,试图量产单壁碳纳米管,这是在走回头路,目前看不到能解决单壁碳纳米管成本问题的希望。笔者认为,秉持"多壁碳纳米管的生产成本,逼近单壁碳纳米管的性能"的开发指导思想,在通用多壁碳纳米管工艺和设备上不断精进,才是取胜之道。
在碳纳米管大型化生产设备方面,经过10多年的工艺、催化剂、应用和下游市场不断实践,赵社涛团队创新设计了一种大型碳纳米管反应器,单个反应器有望达到每年1000吨以上的生产量。通过大型化的碳纳米管反应器,碳纳米管的生产流程才能逐渐接近工业生产的要求,进一步大大降低碳纳米管的生产成本和销售价格,能极大增强产业竞争力。
秉持"多壁碳纳米管的生产成本,逼近单壁碳纳米管的性能"的开发指导思想,在通用碳纳米管生产工艺上持续升级,推出更有竞争力,导电性更好的低成本、薄壁、高催化剂倍率碳纳米管品种,结合碳纳米管生产设备的单台千吨级大型化,有望结束目前国内碳纳米管粉体生产,无序低水平重复建设的局面。
综上所述,碳纳米管产业,国内和国外是同一时期起步的,不存在国外先发优势,提前积累几十年到上百年。国内碳纳米管,历经了从20多年前的只能实验室合成,价格50-200美元/克,到目前可以百吨级生产,一吨的价格人民币十万到几十万,其成本下降了近四个数量级,成功进入工业品市场。是不多的本土自主知识产权的新材料产业。2020年3月份,美国卡博特公司以1.15亿美金(约8个亿人民币)收购深圳中科三顺公司,也说明国内本土的碳纳米管产业前景光明。
随着国内碳纳米管行业持续发展和沉淀20多年,靠市场拼搏走出产业幼稚期,后续持续发力,突破众多应用市场,碳纳米管产业必将在下一个十年迎来千亿级市场规模,涌现市值超越千亿级的国内碳纳米管企业。此时正是介入碳纳米管产业的好时机。
在全球化工新材料行业中,对标国际巨头:德国巴斯夫和美国陶氏,中国目前比较拿得出手的代表性新材料企业是万华化学(600309)。国内相关化工新材料企业、相关资本、相关园区和地方政府,谁能率先在世界范围内实现下一代——低成本、高性能薄壁碳纳米管的单套装置千吨级产业化,就有希望打造出全球领先、绿色环保、受人尊敬的世界级新材料碳纳米管企业,有望出现又一家中国制造新材料企业名片。