碳纳米管-天奈科技研究报告:CNT老将,导电剂新星

一、天奈科技:CNT 厚积薄发,十年磨一剑

(一)十年磨一剑,突破碳纳米管宏量技术终成龙头

厚积薄发,十年一剑。公司于 2011 年成立,前身是开曼天奈,并于 2019 年在科创板上 市,目前是国内最大的碳纳米管生产企业,在碳纳米管及其相关复合材料领域处于全球 领先水平。公司目前客户主要包括宁德时代、ATL、比亚迪等,率先突破了 CNT 导电剂 的流化床宏量制备技术,实现产业化生产,引领 CNT 新型导电剂在锂电导电剂体系的不 断加速渗透,市场占有率稳步提升。

公司主营碳纳米管导电剂材料生产与销售。主营业务为碳纳米管粉体、纯碳纳米管导电 浆料及石墨烯复合导电浆料的生产和销售,是国内碳纳米管最大的生产企业。2020 年业 务占比分别为 1.17%、92%、6.84%,其中碳纳米管导电浆料历年营收占比一直维持在 98% 以上,为公司主要收入来源。近四年产品主要应用于动力锂电池方面,常年占比超 70%。

营收净利稳步提升,毛利率行业领先。根据 2021 年业绩快报,受益于新能源汽车高景气 度下动力锂离子电池需求爆发,公司 2021 年实现营收 13.6 亿元,同比增加 189%;21 年 全年归母净利润为 2.99 亿元,同比增长 174%。公司产品较之传统导电剂及同行业其他公司产品有一定技术优势与规模优势,毛利率高于行业平均水平。

(二)股权结构:公司股权分散

公司股权分散,公司实际控制人为郑涛、严燕、蔡永略和张美杰四位公司高管。截止 2021 年上半年,郑涛持股比例为 10.13%,张美杰持股比例为 2.05%,镇江新奈智汇科技服务 企业持股比例为 3.89%,其实际控制人为严燕,共青城新奈共成投资管理合伙企业持股 比例为 4.15%,其实际控制人为严燕和蔡永略。郑涛、严燕、蔡永略和张美杰系公司高 管暨实际控制人。

公司管理层部分成员为公司研发人员,公司研发实力雄厚,掌握多项专利技术。董事长 郑涛先生在锂电池及新材料领域已有三十余年的研发和管理经验,郑涛先生和张美杰先 生主要从事碳材料及锂电正负极材料的研究及产业化生产。公司坚持自主创新战略,进 行自主开发和研究,并获得清华大学相关发明专利的独占许可使用权,开发一系列与碳 纳米管及浆料有关的创新技术,截止至 2021 年 6 月 30 日,公司及子公司已获得 14 项发 明专利及 33 项实用新型专利、清华大学独占许可 19 项发明专利及国外多项专利,研发 实力雄厚。

公司研发投入占营收比重较高,研发人员占比逐年升高。公司自成立起就重视研发投入, 研发费用率在行业处于较高水平。2020 年未受疫情影响,研发费用达 0.28 亿元,同比增 长 32%,研发费用率常年维持在 4.5%-6%,公司研发人员增长至 60 人,占比达 25.32%。(报告来源:未来智库)

二、碳纳米管:新型导电剂加速替代,渗透率提升α与行业β共振

(一)导电剂:锂电正负极重要辅料之一

导电剂:电池正负极材料重要辅料之一,提升、保持电池导电性。导电剂是制作电池正 负极重要辅料之一,提升并保持电池导电性能。

正极方面:锂电子正极材料导电性能较差,需要通过添加一定比例的导电剂保证导 电物质填充满正极材料活性物质之间的空隙,以形成良好的导电网络提升正极材料 的导电性能。

负极方面:负极材料导电性能虽好,但在多次充放电过程中,锂电子不断的嵌入与 脱落会引起石墨颗粒体积的膨胀和收缩导致石墨颗粒间隙越来越大,降低导电性能, 部分甚至会脱离电极,降低锂电子电池容量。而加入导电剂,可以改善负极表面性 能,保持电池导电性。

锂电池目前常用的导电剂主要包括炭黑类、导电石墨类、VGCF(气相生长碳纤维)、碳 纳米管以及石墨烯等。其中,炭黑类、导电石墨类和 VGCF 属于传统的导电剂;碳纳米 管和石墨烯属于新型导电剂材料。

导电炭黑:呈链状或葡萄状,具有较高的比表面积。炭黑可与活性材料形成点对点 接触,有利于电解质的吸附提高离子电导率,添加量在 3%左右,是一款高性价比的 导电材料,但导电性能相对一般且依赖进口,目前导电炭黑主要分为导电炭黑、超 导炭黑(乙炔黑、Super P 等)、特导炭黑(科琴黑等)。

碳纳米管:可分为单壁管和多壁管两类,一维结构的碳纳米管呈圆柱状,内部中空, 具有良好的电子导电性。纤维结构能够与活性材料点对线接触,在电极活性材料中 形成连续的导电网络,充当“导线”的作用,有利于提高电池容量、倍率性能、电 池循环寿命、降低电池界面阻抗等。同等导电效果下,CNT 用量仅为传统炭黑的 1/6-1/2,可大幅提高锂电池的能量密度。

石墨烯:具有片状二维结构,与活性物质形成点对面接触,可以最大化的发挥导电 剂的作用,减少导电剂的用量,从而增大活性物质比例,提升锂电池容量。在加入 量较小的情况下,石墨烯能够更好地形成导电网络,效果远好于导电炭黑。

导电石墨:石墨导电剂为颗粒度更小的人造石墨,孔隙和比表面积更加发达,可与 活性材料形成点对点接触,有利于改善极片颗粒的压实密度以及提高离子和电子电导率,同时用于负极可提高负极容量。

导电剂成本占比较低,客户更注重性能优势。虽然碳纳米管的价格是炭黑等传统导电剂 的 10 倍,但导电剂只占电池总成本的 2%,加之碳纳米管的用量只有传统导电剂的 1/6 至 1/2、碳纳米管不断放量导致单位价格不断下探,因此下游客户对导电剂价格并不敏感, 更注重产品的性能。

(二)CNT:行业高增速β与渗透率提升α共振,工艺壁垒强

碳纯度、长径比是决定碳纳米管导电性能的核心指标。

目前行业内一般采用化学气相沉积法(CVD)制造碳纳米管。该方法温度较低且易于控 制,产品产量及碳纯度高。碳纳米管管径越细,长度越长,沿着长度方向的热交换性能 越高,加之碳纯度高,因此导电性能越好。

催化剂及分散技术是主要技术壁垒。催化剂是决定碳纳米管管径、纯度的关键,不同公 司使用的催化剂不同得到产品具体差异明显。另外碳纳米管比表面积大、长径比高,容 易团聚,实际导电效率低,不易分散,一般通过分散剂、NMP/去离子水溶解、分散碳纳 米管以制备碳纳米管导电浆料提升导电性,其中分散技术对导电浆料生产公司关系重大, 也是技术壁垒之一。

催化剂、纯化、分散技术是主要技术壁垒。

催化剂:催化剂是决定碳纳米管管径、纯度的关键,不同公司使用的催化剂不同得 到产品具体差异明显,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。

分散:碳纳米管比表面积大、长径比高,容易团聚,实际导电效率低,不易分散, 一般通过分散剂、NMP/去离子水溶解、分散碳纳米管以制备碳纳米管导电浆料提升 导电性,以方便电池厂使用。

纯化:不同品质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,纯化工序越复杂,纯化后的碳管 性能越好。

导电剂国产替代趋势明显,21 年出货量同比增长有望达 50%。SP、科勤黑、乙炔黑等传 统导电剂主要从国外进口,国内虽然也有相应的企业,但生产的产品性能不及国外企业。 随着碳纳米管的量产导致成本下降、其优异的性能、国内企业技术方面的领先,导电剂 国产替代的趋势越发明显,碳纳米管导电浆料出货量也在逐年攀升,根据高工锂电预测, 2021 年国内 CNT 导电浆料出货量将达 7.2 万吨,同比增长达 50%。

(三)单壁碳纳米管:CNT 未来技术迭代方向

单壁碳纳米管性能更好,全球供给少、价格昂贵。多壁碳纳米管则可视为多层石墨烯片 无缝卷起成管状,即单壁碳纳米管的同心排列,而单壁碳纳米管可被视为单层石墨烯片 卷起来形成的无缝空心圆柱筒,根据空间的螺旋特征表现除金属或半导体性能,金属特 性的单壁碳纳米管电流密度比铜等金属的电流密度大 1000 倍以上。故较之其他导电剂, 单壁碳纳米管只需添加 0.002%-0.1%即可实现均匀稳定的导电性。但全球目前仅有 OCSiAl 可以量产单壁碳纳米管,每年产能仅为 90 吨,单价较高,故目前尚未得到大规 模应用,多壁碳纳米管短期被替代的风险较小。

单壁 CNT 相较于多壁 CNT 具备以下性能优势:

导电性能更强:由于单壁 CNT 具有更高的长径比,导电性能更加优异;

添加量更少:单壁 CNT 添加量仅需 0.1%,较低的添加量即能形成高校的导电网络, 发挥出同样甚至更好的导电效果;

安全性更好:单壁 CNT 与多壁 CNT 或导电炭黑相比有高达 2 倍的附着力,安全性 更好。

提升硅基负极电池循环寿命:硅基负极导电性弱,配合单壁碳管能够完美弥补其不 足,显著提升循环寿命。

(四)短期看铁锂“回潮”,中长期看高镍三元、硅基负极加速渗透

短期看铁锂“回潮”:石墨烯复合导电浆料以 7:3 的比例配比碳纳米管粉体、石墨 烯与分散溶剂等其他原材料混合搅拌、研磨制成,适配磷酸铁锂锂电池性能更好。 磷酸铁锂电池产量自 21 年 5 月已超过三元电池产量,装车量自 7 月超过三元电池装 车量,短期铁锂回潮带动石墨烯复合导电浆料及碳纳米管渗透率。

中长期看高镍三元、硅基负极渗透率提升:高能量密度仍是动力电池主要发展方向, 其中主要载体三元动力电池的新型导电剂主要为碳纳米管导电浆料。高镍三元硅负 极理论能量密度高达 4200mAh/g,是已知用于做负极材料理论比容最高的材料,但 其导电性能较差,需要添加高性能导电剂提升,而 CNT 不仅可以弥补硅基负极导电 性不足,还可以在硅颗粒之间建立高度导电和持久连接,即使硅负极颗粒体积膨胀 并开始出现裂缝,这些颗粒仍可通过 CNT 保持良好连接,防止负极材料破裂。

碳纳米管已在中高端数码锂电池中广泛使用,有望向低端市场渗透。目前除低端锂电市 场仍在使用传统炭黑类导电剂,超过 90%的中高端数码锂电池企业已使用碳纳米管,如 比亚迪、比克、力神、卓能等数码巨头。随着碳纳米管成本的不断下探,低端市场碳纳 米管渗透率有望上升。

(五)市场格局:天奈稳坐行业第一,集中度有所提升

天奈科技稳坐行业出货量第一。根据高工锂电数据,2018 年行业出货量 CR3 为 68%, CR5 为 88%,2020 年 CR3 为 76%,CR5 为 89%,行业前三集中度明显提升。其中天奈 科技是最早实现碳纳米管通过浆料形式导入锂电池商业化的企业之一,目前是全国 CNT 导电浆料销售额、出货量最大的企业,稳坐行业头把交椅,超过三顺纳米(20 年被卡博 特收购)和青岛昊鑫。

国外企业开始布局碳纳米管产能建设。目前碳纳米管导电浆料生产企业主要集中在国内, 国外则主要掌握性价比更高的炭黑类导电剂,但由于碳纳米管导电性能优异以及成本性 价比提速,国外企业也开始加速布局 CNT。

LG:在 2017 年就已具备 500 吨 CNT 的产能,2021 年 4 月宣布旗下位于韩国丽水的 第二座 CNT 工厂 1200 吨扩建工程已完成并开始运营;

卡博特:于 2020 年 4 月花费 1.15 亿美元(约 8 亿人民币)收购三顺纳米,以获得 三顺纳米单壁 CNT、多壁 CNT 和各种类型的混合物;

沙特基础工业公司(SABIC):于 2019 年 1 月宣布收购纳米技术公司 Black Diamond Structures(BDS)的多数股权,BDS MOLECULAR REBAR 技术可生产深宽比均匀、 清洁和离散分布的碳纳米管,主要应用于高性能储能。

OCSiAl:目前拥有年产单臂碳纳米管 75 吨的产能,全球市占率超过 90%。2023 年 卢森堡新工厂一期项目投产后,其产能可以提升至年产 175 吨。其代表性产品为 TUBALL 系列的单臂碳管产品。

Nanocyl SA:聚焦于多壁碳纳米管,其产品广泛应用于塑料、纺织、橡胶等领域, 年产能约在 1000 吨左右。

(六)市场空间测算:小赛道孕育大空间

碳纳米管属于小赛道大增速的行业。我们预计 2025 年正极/硅基负极用碳纳米管需求量 为 72.3 万吨/3200 吨,市场空间达 293 亿元。

具体测算核心假设如下:

锂离子电池产量:预计 2025 年动力/消费/储能/其他锂离子电池产量分别为 1040/105/250/65GWh;

渗透率:预计 CNT2025 年在动力/消费/储能/其他渗透率分别为 53%/35%/10%/30%。

活性物质添加比例:目前 LFP/NCM/硅基负极添加量分别为 1.5%/1%/0.1%(单壁), 预计添加比例将缓慢下降;

粉体/浆料比例:预计保持在 4.5%;

价格:MCNT 随 NMP 价格波动而波动,SCNT 价格预计随着国产规模化生产后逐年 下降。

(七)应用场景广阔,潜在市场空间巨大

材料应用广泛,潜在市场前景较大。由于碳纳米管具备良好的性能参数,还可以广泛应 用于超电容器、抗静电涂料、导电塑料、静电喷涂聚合物以及橡胶轮胎等领域。

由于碳纳米管具有非常优异的力学、电学、光学和热学等性能,可以金属或合金为 基体,添加碳纳米管组成的复合材料以制备碳纳米管增强金属基复合材料,该类材 料一般具有轻量化、高强高韧和耐高温等优势,已成为航空航天、国防及汽车等新 材料领域关注的热点,如美国 NASA 开发了超高强度、轻质碳纳米管基航空结构材 料,开发了专门用于 CubeSat(立方卫星)望远镜的轻量型镜片,由环氧树脂和碳纳 米管组成,无需抛光且易于重复生产。

导电塑料中碳纳米管无脱碳污染问题,添加剂量仅为传统炭黑的 1/5-1/15。导电塑 料中碳纳米管无脱碳污染问题,添加剂量少。导电塑料是将树脂和导电物质混合, 采用塑料加工方式进行加工的功能型高分子材料,导电塑料综合了金属的导电性和 塑料的特性。塑料本身只是结构材料,不具备导电性,通过添加的碳材料、金属粉 末、抗静电剂等导电填料获得导电性,但碳纳米管在导电塑料中领域应用需要将其 在树脂等固体中分散,难度较之导电浆料更大。与锂电池类似,碳纳米管的添加量 仅为传统炭黑的 1/5-1/15,同时并不会因为添加量过大产生脱碳污染问题,现已成为 高端导电塑料使用的添加剂。

后摩尔定律时代,碳纳米管芯片获得技术性突破。理论上碳纳米管的效率达硅的 10 倍,运行速度为 3 倍,但由于制作芯片需要将其纯度提高到 99.999999%,同时需要 将碳纳米管放置在极其精确的位置上,难度极大。美国 Nantero 公司成功研发出基 于碳纳米管进行信息存储的新型非易失性存储器,预期由无限存取耐力,较之 DRAM (动态随机存取存储器)功耗、成本更低。2019 年 8 月,来自 MIT 的研究团队利用 140000 多个碳纳米管晶体管制造出一个 16 位微处理器,克服了之前与碳纳米管材 料缺陷、制造缺陷等问题,更接近于商用芯片。(报告来源:未来智库)

三、核心优势:持续技术迭代,先发优势显著

(一)技术专利:率先突破并掌握核心技术,成为全球新型导电剂潮流引导者

前期独占清华大学相关专利,后期自主实现产品更迭,量产能力不断提升。2006 年清华 大学从原理上解决了碳纳米管连续化宏量制备的生产难题,公司第二年就与清华大学签 署永久独占许可协议,获得了该发明专利独占许可使用权。公司在清华大学层状载体催 化剂的基础上,不断通过对催化剂活性元素、助催化元素的选择与优化以及载体的表面 修饰等方面进行改进,自主开发出一系列催化剂配方、制备方法、设备,不断形成新产 品的迭代,2017 年就已实现第三代碳纳米管产品生产从吨级到十吨级连续生产技术的突 破,生产能力得到大幅提升。

先发优势显著,产品性能翘楚,与同行拉开代际差距。公司最先实现碳纳米管浆料的商 业化,产品性能也是行业翘楚。公司三代产品的长径比不断提升,使得其导电性能不断 提升,代际越高,产品毛利率越大。与同行业其他公司相比,第二代碳纳米管产品的相 关性能已经处于国内领先水平,第三代产品进一步提升碳纳米管长径比,增加导电性能。 公司不断研发新产品,以满足市场需求,与同行在产品技术上拉开代际优势。

单/双壁碳纳米管有望实现打开国产化空间。根据公司公告,公司目前单/双壁碳纳米 管制备工艺及设备研究开发处于中试阶段,我们认为公司在该技术的突破将打破海 外企业 OCSiAl 的垄断,有望实现单壁碳纳米管的国产化,同时打开公司的第二成 长曲线。

公司积极开发海外导电塑料和芯片等应用领域,先人一步。公司在导电塑料方面, 已与 SABIC 公司、Total(道达尔)、Clariant(科莱恩)和 Polyone(普立万)等国 际知名化工企业展开合作,生产的碳纳米管导电母粒产品完成了部分客户认证并开 始小量供货。在芯片方面,2017 年 9 月公司已与 Nantero 展开合作,高纯碳纳米管 产品纯度达 99.9%,已进入中试阶段。

(二)产能优势:产能扩张大步流星,积极匹配下游需求

产能高速扩张,进一步提升公司市场份额。截止至 2021 年公司拥有 3 万吨碳纳米管导电 浆料产能,与同行业其他公司相比,公司产能优势明显,公司上市以来扩产计划主要如 下:

PO 募投项目Ⅰ:年产 300 吨纳米碳材+8,000 吨导电浆料+2,000 吨导电塑料母粒。

IPO 募投项目Ⅱ:年产 6,000 吨碳纳米管+年收集 900 吨副产物氢项目+年产 10,000 吨导电浆料。

可转债项目:年产 50,000 吨的导电浆料+年产 5,000 吨导电塑料母粒+年产 3,000 吨 碳管纯化加工的生产能力。

美国项目:年产 8000 吨碳纳米管导电浆料生产线项目。

(三)客户结构:客户结构优化,搭载动力快车

坚瑞沃能坏账影响消除,客户结构多元化、集中化。2017 年末,公司当时第一大客户坚 瑞沃能过度扩张导致出现资金困难,无法正常偿付部分供应商货款,应收款项出现明显 减值现象,公司因此基体单项减值准备 0.7 亿元,公司受影响较大。自 2018 年剥离坚瑞 沃能后,公司轻装上阵,业绩持续上升,18-20 年三年营收复合增长率达 20%,前五大客户营收占比从 2017 年的 71%下降到 2018 年的 57%,截止至 2021 年上半年,该占比已经 恢复到 67%。前五大客户均为国内锂电池生产的龙头企业,客户结构明显改善。

与下游客户合作紧密,料将搭载新能源汽车放量的发展快车。公司前五大客户集中度达 65%以上,宁德时代、比亚迪、中航锂电、天津力神均为国内外整车厂上游电池供应商, 有望共同搭载新能源汽车放量的发展快车,扩充的产能有足够的市场需求。

(四)成本优势:布局 NMP 回收,调整定价模式

NMP 是生产碳纳米管导电浆料的重要原料,产品毛利率受其价格变动较大。由于 NMP 成本占碳纳米管材料成本比重超 80%,占总成本近 60%,而 NMP 及其主要原材料 BDO (1,4-丁二醇)属于大宗化工产品,市场价格随供需情况变化,对产品毛利率与净利润 影响较大。当 NMP 价格出现较大涨幅时,公司一般会及时向客户反馈并调整订单销售价 格,减少 NMP 价格对公司业绩影响。

定价模式调整,NMP 波动影响削弱。20 年四季度以来,NMP 价格出现较大涨幅,对于 公司净利润产生较大影响,公司于 21 年调整产品定价策略,碳纳米管价格随 NMP 价格 波动调整,顺利向下游客户实现原材料成本的传导。

布局 NMP,具备 4.5 万吨 NMP 废液回收利用及 3.6 万吨 NMP 生产能力,稳定产品毛利 与净利润。公司成立新纳环保公司,已建成 2 条 NMP 废液回收利用生产线,可形成年回 收 4.5 万吨 NMP 废液、年产 3.6 万吨 NMP 的生产能力,废液转换率达 80%,有利于公 司平抑 NMP 价格波动风险,对产品毛利率与公司净利率稳定有积极作用。

四、盈利预测

(一)盈利预测

1、关键假设

产能:根据公司产能建设情况,我们预计 2021-2023 年公司碳纳米管导电浆料出货 量分别为 3.4/8.0/12.0 万吨。

毛利率:随着公司产品结构的不断调整优化(第二、三代产品占比提升)以及新产 线的投放(单线产出高),公司的盈利能力边际向好,同时自 21 年起公司调整定价 模式,锚定原材料 NMP 价格实现向下游顺价,我们预计未来公司的毛利率将保持稳 定有升趋势。

价格:我们预计未来行业供需整体格局仍然处于紧平衡状态,市场格局向头部聚拢, 一方面公司的生产研发能力导致公司与同行存在代际差,产品价格存在一定溢价, 另一方面由于定价模式的调整,我们预计产品价格将跟随 NMP 价格波动,呈现缓慢 的下降趋势。


(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

相关报告