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導(dǎo)電炭黑為主流鋰電導(dǎo)電劑，核心工藝鑄就壁壘

導(dǎo)電炭黑是一種導(dǎo)電劑，綜合性能較好

鋰電級導(dǎo)電炭黑是目前使用較為廣泛的鋰電池導(dǎo)電劑。炭黑是碳元素的一種存在形式，按用途可以分為橡膠用炭黑和非橡膠用炭黑，非橡膠用炭黑又稱為特種炭黑，包括色度炭黑、導(dǎo)電炭黑、塑料用炭黑以及專用炭黑等。其中導(dǎo)電炭黑是一種高性能炭黑、半導(dǎo)體材料，可賦予制品導(dǎo)電或防靜電作用，目前主要用于電纜屏蔽材料、電池導(dǎo)電劑、導(dǎo)靜電塑料等。
鋰電級導(dǎo)電炭黑導(dǎo)電性能較好、價格便宜，是目前主流的鋰電池導(dǎo)電劑。

導(dǎo)電劑是提高鋰電池導(dǎo)電性的重要輔材。具體為正負(fù)極材料制漿時摻入導(dǎo)電劑，一起涂覆于集流體上，1）正極材料自身導(dǎo)電性較差：正極材料中，鎳鈷錳三元為半導(dǎo)體，磷酸鐵鋰為絕緣體，導(dǎo)電性較差，不利于電池倍率性能的發(fā)揮。添加導(dǎo)電劑，使得導(dǎo)電物質(zhì)填充滿正極材料活性物質(zhì)之間的空隙，形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提升正極材料的導(dǎo)電性能。2）負(fù)極材料反復(fù)膨脹收縮后導(dǎo)電性降低：石墨、硅碳、硬碳等材料導(dǎo)電性能較好，但是在多次充放電過程中隨著脫嵌鋰，體積反復(fù)膨脹與收縮，顆粒之間接觸變差、內(nèi)阻增大，降低導(dǎo)電性能。添加導(dǎo)電劑有助于保持負(fù)極材料的導(dǎo)電性能。

導(dǎo)電劑的選擇與使用需要適當(dāng)。導(dǎo)電劑的材料、形貌、顆粒尺寸、攪拌順序、添加量等都會影響鋰離子電池的性能。1）導(dǎo)電劑添加量適度：一方面為了提高電池能量密度，需要增加活性主材的用量，導(dǎo)電劑的添加量不可以過多；另一方面為了提高電極的電導(dǎo)率，以保證電池的倍率性能及高低溫循環(huán)性能不受影響，導(dǎo)電劑的添加量不可以過少。即導(dǎo)電劑的添加量處于適中水平時，電池的性能最佳。

2）導(dǎo)電劑種類匹配：應(yīng)該根據(jù)不同的活性物質(zhì)材料、不同目的（改善倍率性能、循環(huán)性能、提高不可逆比容量）選擇與之相匹配的導(dǎo)電劑。目前鋰電池常用的導(dǎo)電劑主要包括導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨、碳納米管和石墨烯等。其中，導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨屬于傳統(tǒng)導(dǎo)電劑；碳納米管、石墨烯屬于新型導(dǎo)電劑。1）導(dǎo)電炭黑：與活性物質(zhì)之間多為點(diǎn)對點(diǎn)接觸，其團(tuán)聚體的鏈狀形貌為活性材料提供了鏈?zhǔn)綄?dǎo)電結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)為粒徑小、比表面積大；2）導(dǎo)電石墨：粒徑比其他導(dǎo)電劑大，顆粒與顆粒之間以點(diǎn)接觸的形式存在；3）碳納米管：與活性物質(zhì)之間點(diǎn)對線的接觸，在改善活性物質(zhì)導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性上作用更加明顯。但由于碳納米管長徑比高達(dá) 103-104，存在易團(tuán)聚、難分散的問題；4）石墨烯：面與點(diǎn)接觸，電子導(dǎo)電性好，但由于其成本高、分散難和存在阻礙鋰離子傳輸?shù)热秉c(diǎn)，尚未得到充分的工業(yè)化應(yīng)用。

導(dǎo)電炭黑綜合表現(xiàn)較好，占據(jù)主要市場份額。不同的導(dǎo)電劑各有優(yōu)缺點(diǎn)，綜合衡量電極電導(dǎo)率提升程度、制漿分散性能、配方用量、成本等特點(diǎn)，導(dǎo)電炭黑的表現(xiàn)較好。從市場端應(yīng)用來看，導(dǎo)電炭黑的滲透率最高，根據(jù) GGII 數(shù)據(jù)，2022 年中國動力電池市場以導(dǎo)電炭黑為主，中國動力電池導(dǎo)電劑中導(dǎo)電炭黑占比為 65%。

產(chǎn)品指標(biāo)要求高，油爐法反應(yīng)爐設(shè)計為關(guān)鍵

導(dǎo)電炭黑的性能主要由結(jié)構(gòu)性、比表面積、磁性雜質(zhì)含量決定。1）結(jié)構(gòu)性：通常用吸油值表征，表明了炭黑粒子與粒子之間聚結(jié)成鏈狀的程度，結(jié)構(gòu)性越高，越容易形成難以破壞的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)通道，導(dǎo)電性越好。但是吸油值高的導(dǎo)電炭黑對聚合物粘結(jié)劑、液態(tài)和聚合物電解質(zhì)的吸附能力比較強(qiáng)，分散性較差。2）比表面積：比表面積越大，與正極活性顆粒的接觸面積越大，越有利于充放電過程中的電子傳輸。3）磁性雜質(zhì)含量：一般要求控制在20ppm 以內(nèi)，含量過高會造成電池內(nèi)短路而出現(xiàn)自放電現(xiàn)象，從而降低安全性。

鋰電級導(dǎo)電炭黑的性能要求較普通炭黑更高，產(chǎn)品性能從低到高可以分為乙炔黑、SP、科琴黑。普通炭黑的吸油值一般不超過 100，普遍位于 45-95，且比表面積?。欢囯娂墝?dǎo)電炭黑要求吸油值高于 250。由于市場定位偏差，國內(nèi)炭黑企業(yè)布局較晚、技術(shù)積累不足，導(dǎo)電炭黑主要依賴海外進(jìn)口。國內(nèi)導(dǎo)電炭黑的吸油值普遍位于 140-280，吸油值超過 280、性能更優(yōu)的導(dǎo)電炭黑僅有少數(shù)企業(yè)可以生產(chǎn)。三種導(dǎo)電炭黑產(chǎn)品中，SP 同時具備較好的電導(dǎo)率與可分散性能，綜合性能較好。

較高性能要求下，鋰電級導(dǎo)電炭黑的生產(chǎn)工藝較普通炭黑需要特別設(shè)計。炭黑的生產(chǎn)工藝可以分為“不完全燃燒法”和“熱裂解法”兩類。不完全燃燒法（熱氧化分解法）包括油爐法、氣爐法、噴霧法、燈煙法、槽法、滾筒法、混氣法；熱裂解法包括熱裂法、乙炔法和等離子法。其中，油爐法具有工藝調(diào)節(jié)方法多、熱能利用率高、能耗小及成本低等特點(diǎn)，是炭黑的主要生產(chǎn)工藝，SP、科琴黑通過油爐法制備，乙炔黑采用乙炔熱裂解法。

以黑貓股份《內(nèi)蒙古煤焦化工新材料研究院有限公司年產(chǎn) 2 萬噸特種炭黑項目》為例，油爐法的主要工藝流程為：

1）反應(yīng)爐燃燒段燃燒升溫：將燃料焦?fàn)t煤氣、天然氣按工藝比例由隨動比例混合器混合，經(jīng)管路送到燃燒段噴燃器中，再與主供風(fēng)機(jī)提供的并經(jīng)空氣預(yù)熱器預(yù)熱到一定溫度的空氣（約 700℃）在炭黑反應(yīng)爐燃燒段（噴燃器）混合、燃燒，產(chǎn)生 2000℃左右高溫燃燒氣流進(jìn)入反應(yīng)爐的喉管段。
2）反應(yīng)爐喉管段/反應(yīng)段裂解反應(yīng)生成顆粒較大且粗糙的炭黑：原料油經(jīng)原料油過濾器，原料油泵送到原料油預(yù)熱器（熱源為溫度約 450℃的炭黑煙氣）預(yù)熱到 220℃左右，再通過原料油噴咀徑向噴入反應(yīng)爐的喉管段，與高溫燃燒氣流混合后，迅速裂解并生成炭黑。
3）反應(yīng)爐后部冷卻收集炭黑：直接把水噴入高溫炭黑煙氣中，使其溫度迅速降低至 850℃左右，終止炭黑生成反應(yīng)，然后煙氣經(jīng)過空氣預(yù)熱器、原料油預(yù)熱器及二次急冷換熱后，冷卻到 288℃的煙氣進(jìn)入炭黑收集系統(tǒng)。
4）粉碎機(jī)粉碎成疏松而輕細(xì)的粉末（炭黑成品）。

反應(yīng)爐是重要反應(yīng)設(shè)備，是導(dǎo)電炭黑生產(chǎn)的核心壁壘。同樣采用油爐法，鋰電級導(dǎo)電炭黑和普通炭黑生產(chǎn)流程中的區(qū)別主要在于，1）設(shè)備精度：導(dǎo)電炭黑的生產(chǎn)線和普通炭黑差別不大，都包含原料油的燃燒裂解反應(yīng)以及后處理。差別主要在于導(dǎo)電炭黑的設(shè)備精度要求高，反應(yīng)爐的設(shè)計為制備導(dǎo)電炭黑的關(guān)鍵。生產(chǎn)導(dǎo)電炭黑所用的反應(yīng)爐一般在普通炭黑的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。
反應(yīng)爐主要包括燃燒段、喉管段、反應(yīng)段、急冷段、氣化停留段。燃料在燃燒段燃燒為炭黑裂解反應(yīng)提高能量，喉管段為原料注入段，反應(yīng)段是炭黑不完全燃燒和裂解的區(qū)域，急冷段通過水終止炭黑生產(chǎn)反應(yīng)（炭黑在此階段進(jìn)行表面氧化反應(yīng)），氣化停留段為炭黑煙氣形成區(qū)。影響炭黑質(zhì)量主要集中在燃燒室和喉管段，爐頭中的噴油嘴等部件精度非常關(guān)鍵。
燃燒室內(nèi)燃料燃燒不充分，燃燒氣流溫度不高、流速低，喉管段內(nèi)的原料油霧化程度不佳，反應(yīng)溫度和壓力不均，以及喉管原料油噴入位置布局不佳，均會影響炭黑產(chǎn)品品質(zhì)、品種的生產(chǎn)，導(dǎo)致效益不佳。

2）后處理水平：鋰電級導(dǎo)電炭黑需要控制磁性雜質(zhì)含量，在生產(chǎn)過程中需要處理金屬離子，對金屬離子含量要求較普通炭黑高。為降低金屬離子含量，需要借助除磁等輔助設(shè)備，同時消耗較長時間。

國產(chǎn)化降本為大勢所趨，新能源小而美潛力賽道

原材料成本占比高，國產(chǎn)化助力降本

煤焦油等原材料成本占比高。從成本構(gòu)成來看，導(dǎo)電炭黑的煤焦油等原材料成本占比達(dá)到約 80%，其余包括生產(chǎn)過程設(shè)備消耗的部分電能資源、設(shè)備折舊與人工費(fèi)用等。海外進(jìn)口導(dǎo)電炭黑價格長期處于高位，其中運(yùn)費(fèi)占據(jù)一定比例，國產(chǎn)替代可以省去運(yùn)費(fèi)，同時國內(nèi)原材料端成本低于海外，性價比可期。

我們預(yù)計 2027 年導(dǎo)電炭黑全球市場空間約 76 億元

下游新能源需求帶動導(dǎo)電劑市場大幅增長。近年來，受益于鋰電池市場需求高增，電池材料出貨量快速提升。根據(jù)中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟數(shù)據(jù)，2022 年中國動力電池銷量達(dá) 465.5GWh，同比增長 150%。導(dǎo)電劑作為關(guān)鍵輔材之一，也實現(xiàn)了快速增長，根據(jù) GGII數(shù)據(jù)，2022 年中國鋰離子電池導(dǎo)電劑出貨量為 3.7 萬噸，同比增長 68%。

我們預(yù)計 2027 年導(dǎo)電炭黑全球市場空間達(dá) 76.0 億元。我們預(yù)計 2023-2027 年全球鋰電池產(chǎn)量為 1294/1766/2409/3182/4097GWh，假設(shè)導(dǎo)電劑在三元正極材料、磷酸鐵鋰等其他正極材料、負(fù)極材料中的添加比例分別為 2%/3%/1%?？紤]到碳納米管未來滲透比例提升，導(dǎo)電炭黑可與其 1：1 進(jìn)行摻混復(fù)配使用，假設(shè) 2023-2027 年全球?qū)щ娞亢诘臐B透率分別為56%/54%/52%/51%/50%，可得 2023-2027 年導(dǎo)電炭黑的市場需求為 4.8/6.6/8.9/11.8/15.2萬噸，對應(yīng)市場空間 31.4/39.4/48.7/61.5/76.0 億元。

取長補(bǔ)短，導(dǎo)電炭黑適配復(fù)合導(dǎo)電劑趨勢

碳納米管等新型導(dǎo)電劑存在分散性較差的問題。導(dǎo)電劑添加到正極活性材料中后，導(dǎo)電劑的均勻分散是一個非常重要的因素。粒徑小、比表面積大的導(dǎo)電劑，雖然可以實現(xiàn)在更小用量下更好的電導(dǎo)率提升作用，但是其在制漿過程中非常難以分散，漿料粘度明顯升高，導(dǎo)電劑的團(tuán)聚現(xiàn)象也隨之發(fā)生，在電極涂覆過程中極片出現(xiàn)外觀不良，導(dǎo)電劑未分散均勻而出現(xiàn)局部團(tuán)聚。

綜合各種導(dǎo)電劑的優(yōu)缺點(diǎn)并加以復(fù)合補(bǔ)其短板為趨勢。導(dǎo)電劑的種類、用量及分布狀態(tài)，對活性物質(zhì)利用率、電池循環(huán)性能和倍率性能都有較大的影響。為了提升導(dǎo)電劑的性能，綜合考慮成本等因素，復(fù)合導(dǎo)電劑為未來長期趨勢。目前的研究多采用導(dǎo)電炭黑與碳納米管、納米碳纖維與導(dǎo)電炭黑等二元導(dǎo)電劑復(fù)合，以及三者混合的三元導(dǎo)電劑。

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