2022年碳纳米管行业发展催化因素及应用领域分析报告（40页）.pdf

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1、2022 年深度行业分析研究报告 qWqWyUfZjYzWaQdN8OtRqQmOoMlOpPmPiNoOxO6MqQwPvPnMrOwMmMnN一、碳纳米管介绍：性能突出的导电剂碳纳米管结构及特性碳纳米管又称巴基管，英文简称CNT，是由单层或多层的石墨烯层围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成一维量子材料。其最早在1991年由饭岛澄男发现。碳纳米管的长径比、碳纯度作为影响导电性的两个核心指标，直接决定了碳纳米管的产品性能，碳纳米管管径越细，长度越长，导电性能越好。CNT具有突出的多方面性能：1）力学性能：具有极高的弹性和韧性，杨氏模量是钢的近6倍、抗拉强度是钢的100倍，也是目前自然界中比强度最高

2、的材料。2）电学性能：导电性显著优于石墨烯、炭黑等材料，且管径越细、长度越长，导电性越好。3）导热性能：极高的导热率，室温下导热率是金刚石的2倍。轴向导热性能优、径向导热较差，可合成各向异性的导热材料。4）化学稳定性：具有耐酸性、耐碱性，在高分子复合材料中添加碳纳米管可以提高材料本身的阻酸抗氧化性能。5）嵌锂性能优异：碳纳米管的中空管腔、管与管之间的间隙、管壁中层与层之间的空隙及管结构中的各种缺陷，为锂离子提供了丰富的存储空间和运输通道。4图3：部分碳材料导电性能对比（）资料来源: 天奈科技招股说明书，国信证券经济研究所整理注：EIS阻抗越小，导电性越强图2：碳纳米管、铜的杨氏模量和抗拉强度对

3、比（GPa）资料来源: Strength of carbon nanotubes depends on their chemical structures、国信证券经济研究所整理注：杨氏模量越高，弹性越大图1：碳纳米管结构资料来源：天奈科技公告、国信证券经济研究所整理碳纳米管分类：单壁碳纳米管性能更优在商业用途中，碳纳米管根据石墨烯层数差异可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。单壁碳纳米管优势体现为：结构简单、化学性质稳定：多壁碳纳米管形成过程中层与层之间容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，而单壁碳纳米管结构简单、均匀一致性好，且缺陷少、化学性质稳定。添加量少、导电性优：由于单壁碳纳米管长度-直径比

4、较高，其能够在极低添加量下形成三维导电网络。同时，单壁碳纳米管有一层碳原子，并根据空间的螺旋特性可表现出金属或半导体性能。此外，其强大的碳碳键使得其能够有更高的载流量，电流密度能够高于铜等金属1000倍以上。弹性好、机械性能高：单壁碳纳米管具有更强的柔韧性，能够更好的弯曲、扭曲或扭结，其弹性模量和抗拉强度显著优于多壁碳纳米管。导热性好：单壁碳纳米管的单位质量导热系数高于多壁碳纳米管，同时二者都能够承受750以上的高温。制成品颜色多样：多壁碳纳米管通过提高添加量来改善机械性能和导电性，这会影响产品表面质量和颜色，如其只能生产黑色材料。由于单壁碳纳米管添加量普遍在0.01-0.1%，因而能够生产任

5、何颜色以及透明导电材料。5表1：单壁碳纳米管与多壁碳纳米管对比资料来源：OCSiAl，A review on carbon nanotube: An overview of synthesis, properties, functionalization, characterization, and the application，国信证券经济研究所整理产品结构示意图管径值长度值长径比弹性模量/GPa抗拉强度300K时导热系数单壁碳纳米管1-2nm可达1mm高达100001000-300050-100GPa3000-6000W/(mK)多壁碳纳米管7-100nm可达1mm50-4000300-

6、100010-50GPa2000-3000W/(mK)6碳纳米管分类：单壁碳纳米管性能更优6图4：单壁碳纳米管能够更好维持导电网络资料来源：OCSiAl，国信证券经济研究所整理注：纵轴表示为多次循环后直流电阻增长百分比，该值越小表明导电性能维持越好；不同柱状图表示不同的循环周次在商业用途中，碳纳米管根据石墨烯层数差异可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。单壁碳纳米管优势体现为：安全性能优：在45高温多周循环下，添加单壁CNT的软包电池内阻增长，明显低于添加其他导电剂的电池，表明电池着火风险越小。提升极片附着力：单壁碳纳米管网络将正极材料颗粒连在一起，从而提高了颗粒之间的连接强度。而这一特性对于易