导电炭黑深度报告：“小而美”电池材料，国产替代进行时

导电剂是电池重要辅料，导电炭黑是用的最多的导电剂。导电剂的主要作用是提高电池导电性能，导电剂的重量通常占正极或负极总固体重量的0~3%，仅需少量的添加比例就能够很大程度改善锂电池性能，是电池的重要辅料。2022年国内导电剂出货量3.7万吨，同比增长76%。导电剂的产品种类包括导电炭黑、碳纳米管、石墨烯等。导电炭黑是目前应用最为广泛的导电剂，约占国内市场份额的65%。 导电炭黑属于炭黑的一种，我国是全球最大供应国，但是高端产品仍依赖进口。我国是全球炭黑的第一大产量国，约占全球产量的45%。2022年，国内炭黑的产量约500万吨。从结构上来看，我国炭黑产业以传统炭黑为主，主要用在轮胎、橡胶等领域；在导电炭黑为代表的高端领域，仍非常依赖海外进口。 导电炭黑性能要求更高，目前海外产品价格是普通炭黑的数倍。 导电炭黑对产品的性能要求更高，追求高导电性、低杂质含量。目前导电炭黑基本被海外厂商垄断。从价格来看，导电炭黑比传统炭黑价格高了好几倍。普通炭黑均价在1万元/吨左右，导电炭黑的价格在几万~20多万不等。从成本结构来看，原材料和电费是炭黑主要因素，约占成本90%；另外海外产品的海运费也是一大成本项，若导电炭黑能实现国产化替代，存在较大的降本空间。 下游新能源行业需求旺盛，我们预计导电炭黑到2025年市场空间70亿。2022年全球导电炭黑市场需求量约3.3万吨，市场规模约30亿元，同比增速超60%。我们测算到2025年，全球导电炭黑市场空间有望超70亿元，年复合增速在20%以上。 卡博特、益瑞石、狮王是海外炭黑龙头，国产替代进行时。目前全球导电炭黑的供应商主要有美国卡博特、法国益瑞石、日本狮王等。 国内传统炭黑企业正在加速突破锂电导电炭黑。黑猫股份是国内炭黑行业龙头，市占率14%，目前具备1万吨锂电导电炭黑产能，2023年6月开始小批量向下游电池客户供货；永东股份是国内从事煤焦油和炭黑生产的领军企业，锂电导电炭黑产品已开展送样。 风险提示： 技术变化风险；国内外政策变化风险；原材料价格和汇率波动风险；国产化替代进度不及预期。 重点公司盈利预测与投资评级 1导电剂 1.1导电剂：电池的重要辅料，可显著提高电池材料导电性 锂电池是一类依靠锂离子在正负极之间穿梭来达到充放电目的的化学电池，主要材料包括正极材料、负极材料、电解液和隔膜。 正极导电性较差：常用的正极材料多为磷酸铁锂或者三元材料，属于过渡金属磷酸盐或过渡金属氧化物，其电导率一般在10-10，导电性较差； -1 -6 S/cm 负极导电性在多次充放电后会不稳定：负极石墨的导电性较好，但是在多次充放电过程中，锂离子的嵌入与脱落会引起石墨颗粒体积的膨胀与收缩，随着锂离子电池充放电次数的增加，石墨颗粒间的间隙加大，导电性能降低，部分甚至会脱离电极，不再参与电化学反应，所以负极的导电性会有不稳定性。 图表1：电池结构（以圆柱电池为例） 图表2：电池内部结构示意图 导电剂是电池的重要辅料，可以显著提高电池材料的导电性。导电剂的首要作用是提高电子电导率、为了保证电极具有良好的充放电性能，在极片制作时通常加入一定量的导电剂，在活性物质之间、活性物质与集流体之间起到收集微电流的作用，以减小电极的接触电阻，加速电子的移动速率和锂离子在电极材料的迁移速率，从而提高充放电效率。 图表3：正极电阻率随乙炔炭黑含量变化图 导电剂在涂布环节和活性物质混合成浆料，含量不宜过高也不宜过低，通常添加比例在3%以内。在锂电池的生产过程中，导电剂通常和活性物质、粘结剂、溶剂等按照一定比例均匀混合成浆料，然后涂布在铜箔或者铝箔极片上。导电剂在电极中的作用是为电子移动提供通道。合适的导电剂含量可以获得更高的放电容量和更好的循环性能。含量过低，电子导电通道少，不利于大电流充放电;如果过高，则活性物质的相对含量降低，电池容量降低。导电剂的重量通常占正极或负极总固体重量的0~3%，仅需少量的添加比例就能够很大程度改善锂电池性能。 图表5：锂电池电极示意图 图表6：导电剂在涂布环节和其他材料混合成浆料 1.2导电剂种类较多，导电炭黑应用最为广泛 导电剂的分类：常见的导电剂包括炭黑类导电剂（又可以分为SP、科琴黑、乙炔黑）、导电石墨类导电剂、VGCF、碳纳米管、石墨烯。大部分导电剂价格都比较贵，高度依赖进口。 图表7：常见的几种导电剂分类 图表8：乙炔炭黑SEM照片 不同类型导电剂产品的形貌存在差异，有颗粒状、管状、片状的不同形式。 炭黑类（自身形貌为颗粒状）、导电石墨类和VGCF属于传统的导电剂，其在活性物质之间各形成点、面或线接触式的导电网络；碳纳米管和石墨烯属于新型导电剂材料，其中碳纳米管（自身形貌为管状）在活性物质之间形成线接触式导电网络，石墨烯（自身形貌为片状）在活性物质间形成面接触式导电网络。 图表10：几种不同类型导电剂和活性材料的接触形式对比 阻抗值用于衡量导电剂导电性，碳纳米管导电性优于炭黑和石墨烯。导电剂的导电性能可以用阻抗值来衡量，阻抗越低代表导电性能越好。从下图可以看出，就单一导电剂的导电性能而言，碳纳米管>科琴黑>SP>石墨烯。石墨烯单一使用的阻抗较大，混合搭配使用后可提高导电性能，但就目前而言，在锂电上的优势尚未体现出来，而其较难的匀浆分散工艺、较高的价格、以及表面具有大量官能团给后续带来的导电性问题等等，都会给其应用带来一定困扰。 图表11：不同导电剂的阻抗对比 2017-2022年国内导电剂出货量年复合增长率超60%；炭黑是目前应用最为广泛的导电剂，约占65%。目前国内的常规导电剂市场仍以炭黑为主，产品依赖进口，主要进口企业包括法国益瑞石、美国卡博特、日本狮王等，同时国内炭黑国产化替代进程也在加速。受益于下游新能源行业需求的爆发，2017-2022年，国内导电剂出货量年复合增长率超60%；2022年国内导电剂出货量3.7万吨，同比增长76%。从产品结构来看，导电炭黑占据主导，占65%；碳纳米管其次，占24%。 图表12：2017-2022年国内导电剂出货量（万吨） 图表13：2022年国内动力电池导电剂占比 2导电炭黑 2.1炭黑：我国是全球第一大产量国，但中高端产品仍依赖进口 炭黑简介：炭黑，也称碳黑，是由烃类化合物（主要为石油衍生物）经过不完全燃烧或热裂解形成的近似于球体的胶体粒子的准石墨结构物质，以聚集体形式存在，表观呈纯黑色粉状或者粒状。炭黑生产的主要原材料为煤焦油、蒽油、乙烯焦油等原料油;下游应用领域主要包括轮胎、塑料、涂料、电池等。 图表14：炭黑实物图 图表15：炭黑上下游产业链 轮胎是炭黑最大应用场景，约占67%。依照炭黑功能与用途的不同，可主要分为轮胎及橡胶应用炭黑、色素炭黑及导电炭黑： 轮胎及橡胶应用炭黑 炭黑的主要用途是作为橡胶的补强剂，炭黑可与橡胶分子链形成稳定的化学键，因而达到补强效果。可用于轮胎胎面来增加其耐磨性。 色素炭黑 炭黑的高黑度与良好着色力，使炭黑也可以应用在塑料产业及油墨涂料产业。 除了染色，炭黑还可以提供塑料制品其他特性如：抗老化性、紫外光抗性、增加机械强度等。在油墨涂料应用中，炭黑亦可作为色浆原料。 导电炭黑 导电炭黑主要用于锂电池领域，如上文所述，其主要作用是提高电池材料的导电性。国内导电炭黑起步较晚，从目前的应用体量来看，还远不如轮胎橡胶和色素领域。但由于新能源行业的需求持续高增，导电炭黑存在较大的成长机会，且相比于传统炭黑，导电炭黑的壁垒更高、附加值更高。 图表16：2021年国内炭黑的下游应用结构 炭黑工业化生产欧美地区起步早，中国后来居上成为全球第一生产国。早在3000年前，我们的祖先就掌握了烧烟制墨技术。但美国、日本和西欧的汽车工业发展最早、也最发达，因此其炭黑工业曾经长期处于世界领先水平。我国炭黑工业化的完成集中在20世纪50年代~20世纪末。21世纪以来，在国产化万吨级新工艺炭黑生产技术的基础上，国内企业以装置大型化、节能环保化为主要目标，开发了一系列新技术和新设备，使我国炭黑工业发展到一个新的水平，生产规模迈上了世界第一的台阶。 图表17：国内外炭黑行业发展历程概述 国内炭黑约占全球产量的45%，存在结构性产能盈余情况，国内产能开工率在60%。国内炭黑约占全球产量的45%，是全球炭黑的最大供应国。2022年，国内炭黑的产量约500万吨，总产能有所盈余，开工率在60%左右。 图表18：2021年全球炭黑产量分布 图表19：国内炭黑产能与产量（万吨） 出口炭黑：以2022年为例，我国进口炭黑产品均价0.34万美元/吨，而出口炭黑产品均价0.16万美元/吨，进口产品价格是出口的一倍。因此，国内炭黑产品仍有待结构化升级。 图表20：中国炭黑产品进出口数据 国内炭黑竞争格局分散，黑猫约占14%份额为行业龙头。国内炭黑市场行业格局较为分散，CR3=29%,CR5=40%。黑猫股份、卡博特、金能化学位列前三，其中黑猫股份为行业龙头，约占14%的市场份额。 图表21：2022年中国炭黑行业市场格局（产能口径） 2.2导电炭黑：性能要求、技术门槛、产品价格高于普通炭黑 和轮胎橡胶炭黑更加注重炭黑的物理性能（耐磨、拉伸性能）不同，导电炭黑看重的是炭黑的导电性。炭黑的导电性与其微观结构、粒径大小、结构、表面性质等密切相关，主要可通过以下两个性能参数衡量： （1）比表面积：单位质量或单位体积中炭黑粒子的总表面积，单位为m/g或m 2 /cm3 。单位体积内的颗粒就越多，越容易彼此接触形成网状通路。 导电炭黑的比表面积与炭黑的粒径大小相关，粒径越小，比表面积越大，导电性越好。 （2）吸油值OAN：100 g碳吸附邻苯二甲酸二丁酯油的量。吸油值OAN与原子结构性相关，OAN越大，表示炭黑结构度越高，容易形成难以破坏的导电网络通道，导电性越好。但是OAN值越高的导电炭黑越容易吸附聚合物粘结剂、电解质等，因此分散性较差。 图表22：几种导电炭黑粉末的参数对比 SP兼具导电性和可分散性，成为最主流的导电炭黑材料。从上表的参数对比可以发现：科琴黑具有领先的比表面积和吸油值，因此其电导率最高，但面临分散困难的问题；乙炔黑吸油值最低，粒径和SP相同，比表面积略高于SP，因此其导电性最差；而SP的性能较为均衡，兼具导电性和可分散性。因此目前导电炭黑中应用最多的材料是SP。 导电炭黑价格远远高于普通炭黑，三种导电炭黑的价格科琴黑>SP>乙炔黑。 国内市场普通炭黑的价格通常在1万元/吨，而导电炭黑因为性能要求高、生产壁垒高、市场玩家少，产品价格远远高于普通炭黑。其中，SP价格约10万元/吨，乙炔黑价格约4.5万元/吨，科琴黑价格高于20万元/吨。三种导电炭黑的价格：科琴黑>SP>乙炔黑，基本和上述性能对比相对应。SP的价格在三者中适中，因此也是成为主流导电炭黑材料的一大原因。 图表23：2022年普通炭黑与三种导电炭黑价格对比 生产工艺：炭黑有多仲工艺路线，其中油炉法是生产炭黑的主流工艺，约占95%。 （1）槽法：以天然气为原料，缺点在于收率低、空气污染较大，该路线已基本被放弃； （2）炉法：以气态烃（原料为天然气、油田气等，工艺称为气炉法）或液态烃（原材料煤焦油等，工艺称为油炉法）为原料，供以空气，在反应炉内高温燃烧、裂解，生产的炭黑悬浮在烟气中，然后经冷却、收集到炭黑。油炉法和其他的炭黑制造方法相比，具有工艺调节手段多、能制造性能各异的许多炭黑品种，热能利用率高、原料消耗和综合能耗低、成本低等特点，因此已经成为炭黑制造的主导方法。目前95%以上的炭黑都是采用油炉法制造的。 （3）热解法：以天然气或乙炔气为原料，隔绝空气，进行间歇或者连续热裂解生成炭黑。 炉法炭黑生产过程：炭黑的产线基本有几个组成部分：炭黑反应生产、炭黑烟气分离、炭黑造粒和干燥、炭黑成品输送储存。生成炭黑的反应是在反应炉中进行的。反应炉分为两个基本功能部分:燃烧室和反应室。预热后的空气在反应炉的燃烧室与燃料（天然气或煤焦油）燃烧后，形成的高温气体被喷入