碳材料之星，产品迭代强化龙头优势

目标价格（人民币）：182元 市场数据(人民币) 2.32 1.79 358.33 179.83/50.06 4156 3171 总股本(亿股) 公司基本情况(人民币) 已上市流通A股(亿股)总市值(亿元) 年内股价最高最低(元)沪深300指数上证指数 人民币(元)173.04 151.71 130.38 109.05 87.72 66.39 45.06 投资逻辑 电池材料体系升级助推碳管加速渗透。随着高镍、硅负极、快充趋势，碳纳米管的需求将愈发刚性，碳管有望在全球加速渗透，我们预计22年碳管浆料需求14.8万吨，2025年碳管浆料需求超50万吨。2021-2025年复合增速60%。 成交金额 天奈科技 沪深300 碳纳米管具有持续迭代的技术属性，龙头优势将不断强化。 1）产品：持续迭代进一步提升行业壁垒，公司保持领先。碳管未来长径比将越来越高，其对于催化剂的开发&设备的更新&分散技术均提出更高的要求，龙头持续研发领先将强化产品端的优势。天奈目前已实现三代产品销售，并将产品开发至第五代单壁碳纳米管，产品端持续保持对行业的引领。 2）成本：规模化&回收进一步巩固成本优势。公司产能&销量规模领先行业，现有粉体产能2000吨，对应浆料4万吨，我们预计公司2021年导电浆料出货量3.3万吨，市占率约40%。在建粉体产能6000吨（达产后对应12万吨浆料），规模化优势持续加强。公司建设4.5万吨NMP回收项目（对应约4.8万吨浆料）已逐步开始放量，随回收比例提升将进一步降低浆料成本，公司成本优势持续加强。 碳纳米管应用领域不断开拓，进一步打开成长空间。碳管赛道延展性强，在导电母粒亦有望替代导电炭黑。导电塑料受半导体、防静电材料需求持续增长，预计2025年导电母粒市场空间93亿，复合增速约10%，公司在建导电母粒7000吨，投产后注入全新增长动能。 投资建议及估值 公司在碳管持续迭代，龙头地位有望不断加强，受益下游碳管加速渗透。我们预计2021-2023公司归母净利润分别为2.99、6.02、10.51亿，对应EPS为1.29、2.59、4.52元，对应PE为119.7、59.5、34.1倍，给予公司22年70倍估值，对应目标价为182元，首次覆盖，给予“增持”评级。 陈传红 分析师SAC执业编号：S1130522030001 chenchuanhong＠gjzq.com.cn 姚云峰 联系人 风险 yaoyunfeng＠gjzq.com.cn 下游需求不及预期风险，行业竞争格局恶化风险，公司产能建设不及预期风险，新客户拓展不及预期风险，产品迭代未保持领先风险。限售股解禁&可转债转股风险。 一、行业：电池材料升级，导电剂产品迭代 1.1空间：电池材料升级，碳管加速渗透 导电剂是锂电池的关键辅材，具有提高电导率的作用。导电剂作为一种关键辅材，可以增加活性物质之间的导电接触，提升锂电池中电子在电极中的传输速率。电池制造企业通常在极片制作时在正负极材料中加入一定量的导电剂，提升锂电池的倍率性能和改善循环寿命。 图表1：锂电池正极极片构成 图表2：锂电池负极极片构成 导电剂的性能差异来源于其维度结构，接触方式决定导电特性。 1）传统导电剂：如导电石墨、导电炭黑是以零维的形态，与活性物质进行点与点的接触。 2）碳纳米管：可以被视为一种将石墨烯卷绕形成管状的材料，是一维的结构，与活性物质进行的是线与点的接触，不同的接触方式决定了其对应的导电特性。 3）石墨烯：面状的二维材料，与活性物质进行的是面与面的接触。 图表3：不同导电剂形态与接触方式。 电阻率为核心，循环性能（寿命）&倍率性能（快充）为方向，推动石墨烯、碳纳米管应用。 电阻率（核心参数）：CNT(指碳纳米管)&石墨烯复配为最佳，磷酸铁锂率先应用 GN+CNTs构成的点-线-面立体三维导电结构可以有效降低电池的电阻，而GN、CNTs在同一比例下未能和三元正极材料NCM颗粒形成优良的导电网络，造成电阻过大。 整体来看：CNT&石墨烯复配>SP&石墨烯复配>CNT>科琴黑>SP>石墨烯。 目前行业应用的主流GN&CNT复配方案为1:3或3:7，磷酸铁锂由于导电性较差，推动GN+CNTs复配方案率先应用。 图表4：GN复配CNT导电性 图表5：主要导电剂导电性对比 倍率性能：SP与CNT为主流 CNT：在磷酸铁锂和NCM811中均体现出优异的倍率性能， 在NCM811效果更佳，以3C倍率放电保持率仍能达到90%。 KS6（导电炭黑）：倍率性能较差，0.5C容量保持率即降至最低点。 SP（导电炭黑）：在磷酸铁锂中的倍率性能较差，在3C的放电电流下保持率只有60%，而在NCM811材料体系下3C倍率放电下保持率有90%。 GN：3C及以上倍率，石墨烯片层结构锂离子传输阻碍较为明显，化学阻抗影响占主导。 NCM体系下：SP≈CNT≈SP&CNT复配>KS6>GN LFP体系下：CNT≈SP&CNT复配>SP>KS-6>GN 循环性能：GN&CNT复配性能佳 GN&CNT复配>CNT≈SP&CNT复配>KS-6>GN 图表6：LFP&NCM811倍率性能比较 图表7：LFP&NCM811循环性能比较 硅负极：单壁碳管为目前最佳方案。硅颗粒之间建立的连接非常紧密、长久、导电且牢固，即使发生硅负极颗粒体积膨胀并开始出现裂缝时，这些颗粒仍可通过单壁碳纳米管保持良好连接，改善硅负极的硬伤循环性能。 图表8：TUBALL单壁碳纳米管 综上，我们认为，从技术的角度看，不同的导电剂应用未来有望发生以下变化： CNT：倍率性能&循环性能&电阻率均十分优异，随着电池体系逐步升级其在NCM领域将进一步渗透，部分替代或完全替代SP导电剂，LFP的动力电池随快充应用占比也将提升。硅负极助推单壁碳管或单壁&多壁复合产品应用。 SP：在NCM保持较好的倍率性能，具有较好的成本优势，还将保持一定的份额，与CNT掺混亦或是改良方向。 KS-6/乙炔黑：综合性能较差，无法适用电池材料体系升级，预计仅在低端领域使用，应用占比将逐步降低。 石墨烯：与碳管的复合品在LFP领域性能优异（尤其是储能，循环性能佳，阻抗低），有望进一步普及应用。 我们预计2025年碳管浆料需求达52.3万吨。 图表9：碳纳米管需求测算 导电塑料有望复制碳管替代，空间广阔。导电塑料主要应用于半导体、防静电材料、集成电路包装、电磁波屏蔽等领域，全球导电塑料需求量逐年增长，目前导电塑料所用的导电母粒以传统导电材料炭黑为主，但随下游对材料性能要求不断提高，碳管有望逐步替代,预计2025年导电母粒市场空间约93亿。 图表10：导电母粒市场空间测算 1.2格局：头部集中度提升，天奈一枝独秀 国内外存在导电剂产业差异。目前导电剂基本以碳管和导电炭黑为主，但国内外呈现不同的应用情况，对应的产业发展也有差异。据GGII，2020年国内正极碳管渗透率约为40%，而国外仅为10%。全球碳管的代表企业主要以国内天奈科技、三顺纳米（后被卡博特收购）等企业，而导电炭黑主要由卡博特、狮王等海外企业基本垄断。 图表11：碳纳米管国内外渗透率（2020） 图表12：全球主要导电剂生产企业 图表13：碳纳米管浆料市占率 国内碳管格局优异，行业集中度进一步提升。据高工锂电数据，从出货量角度看，2017年行业CR3为62.9%，CR5为82.7%；2020年行业CR3提升至75.7%，CR5提升至89.2%，行业集中度不断提升。天奈科技碳纳米管导电浆料产品出货市占率2017年、2020年分别达31.1%、32.3%，市占率进一步提升，我们预计21年碳管浆料市占率约40%。 图表14：碳纳米管浆料市占率 1.3壁垒：工序长流程，催化剂&设备&分散工艺为关键 碳管目前销售以浆料为主，需要经过粉体制备-分散浆料两大步骤，整个流程相对较长，普通碳管粉体+分散生产周期约8天~10天，高端碳管粉体+分散生产周期可超20天，技术壁垒较高，存在一定的Know-how。 图表15：碳纳米管粉体工艺流程图 图表16：碳纳米管导电浆料工艺流程图 碳管的结构决定性质，可控制备是第一个难点，核心在于催化剂。碳管的结构（主要是长径比，长径比越大，导电性能越好）决定了其导电性能。碳管粉体的生产逻辑是原材料在催化剂催化下进行生长，目前在学术上的理论指导是催化剂寿命决定了碳纳米管的长度，其尺寸决定了碳纳米管的直径乃至壁数，通常二者呈正相关关系。 图表17：不同导电剂形态与接触方式。 碳纳米管批量生产是多尺度复杂过程，宏量制备是第二个难点，核心在于设备的设计。如果碳纳米管在一个千吨级的工业反应器中大规模生长时,则需考虑原子尺度、纳米尺度、介观尺度、反应器尺度、工厂尺度和生态尺度等多层次工程科学的耦合和关联,尤其是大尺度的流动和传递会对微观上的生长与缺陷控制造成强耦合,只有解决好这些耦合才能保证碳纳米管的有效生长，因此各家碳纳米管的生产设备基本自行设计，长径比越高的宏量制备对于设备的要求越高。 图表18：碳管宏量制备路线图 目前主流的宏量制备以CVD中的流化床为主，炉体依靠公司自行设计。化学气相沉积方法由于其简单的操作条件和灵活的参数调节范畴，更适合碳管的生产，利用化学气相沉积技术还可以实现碳纳米管精细结构的控制。依据化学气相沉积原理可以开发出不同的量化生产装备，包括流化床和浮动催化生长体系等，其中，浮动催化法一般用于提供碳纳米管薄膜样品，而流化床法更容易实现碳纳米管产量的放大，因而成为当下碳纳米管商业化普遍采用的装备。 图表19：碳纳米管生产工艺优缺点对比 图表20：CVD生产工艺优缺点对比 图表21：不同方法获得的碳纳米管的产量分布（2018） 图表22：CVD不同方法获得的碳纳米管的产量分布 粉体产品存在代际差，高端产品享受溢价。碳管的产品持续升级推动其浆料价格持续提升，以天奈科技为例，其第一代2021Q1-Q3均价仅为2.82万/吨，而第三代均价达到6/吨，产品价格差距明显。不同代际产品除了催化剂配方不同，也需要对流化床炉体设计进一步改进，对设备要求更高。 图表23：不同导电剂形态与接触方式。 粉体制备工艺较为复杂，规模化显著降本。碳管环节粉体的制备工艺复杂，单万吨投资额约10亿/万吨，浆料单万吨投资额约为0.5亿/万吨。从成本结构来看，原材料丙烯、液氮为大宗化学品，历年价格保持稳定，影响粉体单吨成本核心来源于规模化（产能利用率）。 图表24：粉体/浆料单吨投资额（亿/万吨） 图表25：粉体主要原材料历年采购价格（万元/吨） 图表26：粉体产能利用率-单吨营业成本 图表27：粉体成本结构测算 碳管粉体易团聚，分散技术是第三个难点。单根碳纳米管为一维纳米材料,必然同时表现出纳米尺度的强团聚效应和纤维状一维材料的交结纠缠现象，影响导电性能，因此需分散后以浆料的形式供应。碳管的分散难度大，因此对碳纳米管导电剂生产企业分散技术提出较高的要求。 分散技术的核心在于分散剂的选择、分散方法和设备的使用。像碳纳米管这样的零维纳米颗粒团聚体的分散方法主要包括研磨、高能球磨、超声波处理、添加表面活性剂、多种方法综合处理方式等。 石墨烯碳管复合&高长径比加大分散难度，进一步提高壁垒。石墨烯与碳管复合比表面积都较大，常用石墨烯复配碳管的石墨烯比表面积更大，导致混合浆料更难分散，高长径比在分散中要保持碳管的结构不被破坏，也需要更难的分散技术，因此用长期看，分散技术难度持续提升。 分散提供浆料，为碳管进一步增值。由于碳管难分散，分散工序为碳纳米管提供进一步增值空间，进一步提升了碳管的单吨盈利。 图表28：粉体-浆料单吨盈利测算 NMP为浆料的核心成本，降本来源于布局回收。一般主流的碳管浆料从质量占比看，粉体、NMP、分散剂分别约为5%、93%、2%。从成本占比看NMP约占到成本的60%~70%（取决于NMP价格），布局NMP回收具有很好的性价比，回收两次（假设