中金 碳碳复合材料：从热场走向多领域应用

与传统材料相比，碳/碳复材具有更优异的耐热、力学性能和寿命，目前已替代石墨成为光伏热场的主流材料，在锂电、汽车、特种等行业也有广阔应用前景。我们认为随着成本持续下降，碳/碳复材有望拓展至锂电负极领域替代石墨热场，并实现汽车制动盘的0-1突破，预计2025年合计市场空间约170亿元；随着行业快速扩容，工艺技术与制造产能领先的行业龙头将充分受益。

摘要

我们认为未来碳/碳复材将持续降本，从而打破应用瓶颈。 其降本路径包括：1）随着上游产能释放与工艺改进，原材料即国产碳纤维价格仍有下降空间；2）碳/碳复材厂商相继降本，通过预制体自制化、优化沉积工艺、装备大型化、智能化、自动化等手段驱动生产成本下行。

光伏热场：我们估计目前碳/碳复材整体渗透率已达到70-80%，价格有望触底反弹。 2021年以来行业竞争加剧，热场价格走低，落后产能正在逐步出清。展望未来，我们判断碳碳热场的价格基本触底，随着行业洗牌结束，具备明显成本优势的龙头企业或将受益。我们测算，2023-25年碳碳热场市场规模CAGR有望达到17.9%，2025年有望达到57亿元。

锂电负极：碳/碳复材有望凭借其寿命长、装料量大、电阻稳定等优势，延续光伏热场逻辑取代锂电负极传统材料石墨。 根据我们测算，锂电碳/碳热场将使锂电负极整体生产成本下降5-10%左右，其中匣钵、坩埚和箱板成本分别下降31%/10%/37%，降本效果突出。我们认为，2023年有望成为锂电负极碳/碳热场元年，明年起渗透率提升有望带动需求快速放量，2024-26年市场规模CAGR有望达到177%，2026年达到34亿元。

汽车制动盘：碳/陶制动在新能源汽车从0-1突破在即。 碳/陶材料是在碳/碳复材基础上多一道硅化处理工序制得，应用在汽车制动盘上具有重量轻、制动性能强（耐高温、摩擦系数稳定）、结构强度高、寿命长等优势，天然适用于新能源车。据我们测算，2023-25年市场规模CAGR有望达62.4%，2025年达到92亿元。

风险

产业化进度不及预期；竞争格局恶化；新能源车渗透率提升不及预期。

正文

碳/碳复材：新一代高性能材料，产业变革势不可当

材料详解：先进碳基复合材料，制备工艺较为成熟

碳/碳复材是一种由碳纤维作为增强体、碳作为基体，通过加工处理和碳化处理制成的全碳质复合材料，兼备优异的力学和耐高温性能。 自21世纪以来，该材料逐步实现产业化落地，最初被应用于航空航天、特种领域。随着制造成本不断下降，光伏、汽车、锂电池、医用器械等民用领域也日渐成为碳/碳复材备受瞩目的应用风口，市场需求不断扩大。

优异的耐高温材料，综合性能突出

碳/碳复材闻名于其卓越的高温性能，具有热膨胀系数低、耐烧蚀、抗热震的特点。 碳/碳复材可以在接近3000℃的极端环境下使用，被认为是优异的耐高温结构材料之一，因此在航空航天、特种、海洋船舶等领域中得到广泛应用。此外，碳/碳复材还具有一系列其他的出色性能：

► 重量轻：碳/碳复材的密度通常为1.2-1.45g/cm³左右，仅为钢的1/4、铝的2/3、耐热合金的1/4，因此在应用于飞机、导弹、火箭等领域时，可以显著减轻结构重量，提高性能。

►力学性能优异：与其他高性能纤维相比，碳/碳复材有高比强度和高比模量，特别是在2000°C以上高温惰性环境中，可以实现强度不下降。

►耐摩擦磨损：碳/碳复材的耐摩擦性能出众，当摩擦面温度达1000°C以上时，其摩擦性能仍然保持平稳。磨损率仅为粉末冶金/钢的1/5，因而能够作为摩擦材料长时间使用。

►生物相容性高：碳/碳复材继承了碳材料固有的生物相容性，是一种综合性能优异、具有潜力的骨修复和骨替代生物医用材料。

图表：碳/碳复材性能在各方面优于石墨

资料来源：《碳/碳复材应用于直拉硅单晶生长的研究》（王世援，2011），中金公司研究部

图表：碳/碳复材微观结构图

资料来源：<Study on Microstructure Characteristics of Axially Braided Carbon/Carbon Composites Based on SEM and Micro-CT>（C Wang et all.,2020），中金公司研究部

三阶段制备流程，沉积工艺体现差异化

碳/碳复材的制备分为三阶段： 1）预制体成型：为使碳纤维在碳/碳复材中达到预期的增强效果，需要使碳纤维经过织布、成网、准三维成型、复合针刺等技术，成型为具有特定结构和形状的坯体，即预制体。2）预制体致密化：由于预制体本身存在大量的孔隙，无法承受一定的外力，因此需要用基体碳对其填孔，最终使其致密并连成一个整体，即所谓致密化，该工艺过程需要重复多个沉积周期。目前我国碳/碳复材产品的致密化工艺主要包括化学气相沉积工艺、液态聚合物浸渍炭化工艺以及这两种方法的综合使用。3）石墨化处理：1500-3000°C高温环境下无定形碳转化为结晶石墨，会增加复合材料的弹性模量和强度，并去除灰分杂质，直至产品性能达标。

图表：碳/碳复材产业链梳理

资料来源：《中国战略性新兴产业——新材料：碳/碳复材》（韩雅芳等，2017），中金公司研究部

目前沉积工艺以纯气相沉积和气液混合沉积为主，纯液相沉积工艺较为少见。 三阶段工艺流程中致密化是重点亦是难点，直接决定复合材料的最终性能。气相、液相的工艺差异体现在碳前驱体上，前者为含碳元素气体如天然气、丙烯，后者为液体如沥青、树脂。液相沉积在理论上可能更为迅速，但其产品可能不太稳定，密度分布也不够均匀，因此需要多次进行工艺流程，导致沉积周期较长。相比之下，纯气相沉积工艺在效率上具有一定的优势，同时在产品质量方面也更具竞争力。我们认为未来随着N型对热场要求较高的情况下，全面采用气相沉积技术可能会成为趋势。

下游应用：从航空航天到光伏热场，民用领域多点开花

目前对于一般民用行业而言，碳/碳复材应用较少，瓶颈在于成本。 与传统材料相比，碳/碳复材虽然性能更优但制备成本较高，因而在航空航天、特种、高端赛车等能够承受高成本压力的行业率先应用。但随着工艺进步，碳/碳复材的制备成本持续下降，得以走向光伏、锂电、汽车等民用领域，目前碳/碳复材已经替代石墨成为光伏热场的首选材料。我们预计碳/碳复材在短期内将进一步提高在光伏热场领域的渗透率，中期有望横向拓展至锂电负极等各类热工领域替代石墨、金属等热场材料，长期有望取代汽车及轨道交通行业中的传统钢制制动盘，下游应用不断拓宽。

图表：碳/碳复材产业链梳理

资料来源：《中国战略性新兴产业——新材料：碳/碳复材》（韩雅芳等，2017），中金公司研究部

►航空航天： 与钢制制动器相比，基于碳/碳复材制造的制动器热容量更高，重量减轻40％，使用寿命增加1倍，因此碳/碳复材材料已成功代替传统钢材，成为飞机制动器的首选材料，目前全世界的民机和特种飞机已经广泛使用了碳/碳复材制动盘，此外在耐火结构材料、涡喷发动机部件、隔热罩、高超声速飞行器热端部件等也存在潜在应用场景。

►特种： 碳/碳复材被应用于导弹弹头和固体火箭发动机的喷管制造。导弹鼻锥采用碳/碳复材制成，可确保在进入大气层时免受损毁，避免因高温引起的热应力损害，且通过减轻弹头重量提高导弹射程。

►光伏： 碳/碳复材较石墨具有性能、寿命优势，因此在光伏热场系统中成功实现了对高纯等静压石墨产品的进口替代。国内先进碳基复合材料厂商金博通过不断技术优化与创新，进一步开发出纯度更高的碳碳热场部件，开启了对半导体领域用热场与保温材料进口替代。

►汽车： 碳/碳复材可用于制造汽车、火车刹车盘，其通过陶瓷化处理制取的碳陶刹车盘热衰减更轻，即在高温高摩擦条件下仍能保持卓越的刹车性能，还具备轻量化、短制动距离、低噪音、长寿命以及抗腐蚀性能强等特性，被视为汽车刹车材料的升级方向。

►氢能： 碳基复合材料也可以被应用于氢能领域，如碳纤维全缠绕储氢气瓶、气体扩散层用碳纸、碳纤维增强氢燃料电池双极板等产品。储氢环节中70MPa IV型储氢瓶规模化推广呼声渐起，相比传统的金属材料，高分子复合材料作为储氢瓶材料可以在保持相同耐压等级的同时，减小储罐壁厚，提高容量和氢存储效率，降低长途运输过程中的能耗成本。

►其他： 机械工业，其卓越的耐高温性能使其适用于模具、真空炉发热体和内燃机活塞、高温紧固件和加热元件等制造领域。在医疗领域，因其生物安全性，碳/碳复材是外科植入物的理想材料，现已成功制造出人工骨骼、人工髋关节、膝关节、心脏瓣膜等植入材料。

上游供给：碳纤维国产替换加速，平价时代来临

碳/碳复材产业链上游原材料主要有碳纤维、天然气、树脂、丙烯等化工产品。 我们根据天宜上佳2022年年报的测算，碳/碳复材成本中碳纤维占比最高，超50%，其价格波动对成本影响较大。另外致密阶段会使用天然气或树脂、丙烯等化工产品作为碳前驱体，但用量相对较少，成本占比不超过10%。

政策+需求支撑下碳纤维厂商大量扩产，碳纤维国产化率持续提升。 日本是全球碳纤维的主要制造厂商，代表企业包括日本东丽、日本东邦和日本三菱丽阳等，其他地区的主要厂商包括美国的赫克塞尔、卓尔泰克以及德国的西格里等。我国碳纤维行业起步较晚， 2015年以来我国陆续出台了一系列关于碳纤维及其复合材料的产业支持政策来推动碳纤维行业发展。在相关政策推动下及风电、光伏等新能源产业快速发展带动下，碳纤维厂商扩产态度积极，中复神鹰、光威复材、中简科技等多家企业相继宣布扩产计划，拉动国内产能扩张，碳纤维国产化率从 2016年的18.4%一直上升至2022年的60.5%。

图表：碳/碳复材成本中碳纤维占比过半

资料来源：2022年天宜上佳年报，中金公司研究部

图表：碳纤维国产化率持续提升

资料来源：赛奥碳纤维，中金公司研究部

碳纤维持续平价化，未来仍有降价空间。 2020年起碳纤维价格持续上行，源自日美两大碳纤维出口国的供应链受疫情冲击，同时光伏、风电、氢能等下游行业发展迅速，供需两侧因素共同推动价格不断上涨，而2023年起碳纤维价格出现单边下跌的趋势。我们认为，随着短期全球供应恢复改善供需结构，中长期工艺改进驱动单位电耗继续下降，以及碳纤维厂商扩产产能陆续释放，未来国产碳纤维价格仍有下降空间，下游碳/碳复材的降本之路将走得更为顺畅。

规模效应凸显，单吨电耗持续下降。 碳/碳复材制备的沉积、石墨化等高温工艺需要消耗大量电力，电耗成本占比超过20%，但近年来各厂商单位电耗均有所下降，主要是通过增大设备与缩短沉积等生产流程提高产出，从而摊低单位电耗。以金博股份为例，碳碳热场单位耗电量从2017年的255度/kg降至2021年的61度/kg，降幅超75%，此外单位人工费用同样有所下降。我们认为未来主流厂商将沿着工艺优化的基本思路，通过缩短沉积周期、设立自动化产线等手段提高生产效率，凭借规模效应驱动碳/碳复材成本下降，加速其产业化进程。

图表：23年起T700碳纤维及丙烯腈价格持续下降

资料来源：百川盈孚，中金公司研究部

图表：碳纤维生产规模效应显著

资料来源：金博股份公告，中金公司研究部

业内厂商：科研院所与商业企业齐聚，产学研用深度融合

参与者类型众多，重点各有不同

碳/碳复材行业参与者类型众多，目前国内从事碳/碳复材科研和生产的主要机构包括北京航天材料及工艺研究所、西安航天复合材料研究所、中南大学、西北工业大学、上海大学等科研院所，此外，还有多家商业企业如天宜上佳、金博股份、西安超码、美兰德、天鸟高新等提供民用碳/碳复材的产品，光伏一体化厂商隆基绿能也拥有20GW的自供碳碳产能。

►天宜上佳： 天宜上佳是国内高铁动车组用粉末冶金闸片供应商，2016年起即开始研究碳陶制动材料，凭借多年新材料创新及产业化应用经验，于2021年打造两千吨级碳碳材料制品产线，正式进入光伏热场领域。近年来公司“第二增长曲线”成长亮眼，投产年化产能已突破3,000吨。

►金博股份： 金博股份创立于2005年，脱胎于中南大学粉末冶金工程研究中心。公司不断加快N型大尺寸碳基材料及半导体用热场材料、锂电用高温热场材料、碳/陶刹车盘、碳纸等新产品在相关应用领域的认证，并加快实现国产化替代。

►西安超码： 西安超码为中天火箭子公司，主营业务包括大型民用飞机碳/碳刹车盘、光伏产业晶体硅炉用碳/碳热场材料，产品覆盖航空、航天、碳/陶、光伏、电子等众多领域。

图表：从事碳/碳复材科研和生产的主要机构

资料来源：《中国战略性新兴产业——新材料：碳/碳复材》（韩雅芳等，2017），中金公司研究部

碳/碳复材标品属性较强，控本能力为企业关键能力

目前碳/碳复材主要用于制备标准化程度较高的耗材，企业难以实现差异化，多走成本竞争路线。 碳/碳复材降本关键在于原材料和致密化工序，尚存在碳纤维预制体价格偏高、多种致密化工艺方面均有不同程度制备周期偏长的问题。碳/碳复材降本需要实现国产高性能碳纤维替代，同时进一步提高沉积工艺效率。我们认为未来行业主流降本路径将包括：1）预制体自制化降低原材料成本；2）工艺技术优化缩短沉积周期；3）装备大型化规模优势驱动生产成本下行。

预制体自制是重要门槛，最终体现在成本、产能、新品研发等方面。 1）预制体外购会比预制体自制成本高出较多；2）外购预制体会受外部产能限制，影响一次交付能力；3）自制预制体通过自身技术能力，可以不断提高均匀性，持续降低预留机加工余量，提高材料利用率，不断降本并提高产品质量，以及未来更多的碳纤维选择空间，都是持续降本和产品质量的基础；4）新品研发的领先优势主要在于预制体的工艺开发和沉积，尤其异形件例如匣钵（正方形）、收集器（锥形且封口）。

图表：碳/碳复材厂商对比

资料来源：天宜上佳、金博股份、中天火箭公司公告，各公司环评文件，中金公司研究部

光伏热场：实现石墨材料向碳/碳复材的转变

需求分析：等静压石墨劣势明显，碳/碳复材渐成主流

光伏制造中，热场系统主要用于硅片制造中的长晶环节，由坩埚、导流筒、保温筒、加热器、板材等耗材构成，是承接硅料的重要设备环节。 核心热场部件传统上采用高纯石墨材料，长期以来存在成本高、供货周期长、依赖进口等问题。与之相比，碳/碳复材无论在性能和寿命上都优势显著，寿命通常是石墨的3倍以上，而价格仅略高于石墨坩埚的2倍左右，具备高性价比，因此在热场系统中迅速得到推广和应用。

硅片大型化趋势加速碳/碳复材替代

光伏硅片尺寸大型化趋势下直拉单晶硅炉坩埚直径不断加大。 从2013年2021年，直拉单晶硅炉坩埚直径从24-28寸逐渐升级到36寸，炉坩埚直径愈大，对热场部件尺寸和强度需求愈高，而石墨在高温热震条件下容易发生安全隐患，一旦坩埚损坏，熔融的硅料会把炉底烧穿，大投料量下损失巨大，从而加速碳/碳复材替代。

2010 至 2021年间，光伏领域碳/碳复材渗透率有了质的飞跃。 我们估计目前碳/碳复材整体渗透率已达到70%-80%，其中坩埚渗透率超95%，基本达到天花板；而导流筒和保温筒渗透率分别为60%和55%以上，未来仍有一定的渗透空间。加热器对材料的力学、化学、热学、电学性能有较高的要求，同时形状较为复杂，制备难度较大，因此渗透率不超过5%，是未来光伏热场渗透率继续提升的主要发力方向，此外紧固件（螺栓螺母）等也开始了石墨向碳碳的转化。

图表：光伏热场系统碳/碳复材渗透率已处于较高水平

资料来源：金博股份招股说明书，中金公司研究部

行业趋势：竞争加剧，市场集中度预计提高

落后产能逐步出清，强者恒强时代加速到来

2020- 2021年需求井喷，高盈利下供给呈翻倍式增长。 2020- 2021年光伏行业迎来快速发展期，下游硅片厂需求井喷，而此时碳碳热场供给落后于需求增长，故行业经历了一段量价齐升的高景气时期，毛利率处于60%左右的较高水平。高盈利能力吸引下各厂商入局心切，业内企业也积极扩产。

图表：碳/碳复材厂商产能规划

资料来源：各公司公告，各公司环评文件，中金公司研究部

随着资本进入大幅扩产，供给端失衡，高毛利率难以为继。 碳碳复材厂商新进者众多，其中不乏产能落后边际成本较高的中小企业，在一定程度上扰乱了市场供给。为应对近两年加剧的市场竞争，部分龙头企业瞄准市占率目标，采取积极主动的价格调整策略。我们预计目前市场价格水平已跌破很多小厂商的成本线，落后产能正在逐步出清。展望未来，我们判断碳碳热场的价格基本触底，大幅下跌的可能性较低。随着行业结束洗牌，我们认为具备明显成本优势的龙头企业或将受益，市场份额和盈利能力齐升，竞争格局将会得到改善。

图表：碳碳复/材毛利率逐年下降，价格压力较大

资料来源：天宜上佳、金博股份、中天火箭公司年报，中金公司研究部

设备门槛提高，大厂商受益

光伏行业目前处于P型电池向N型电池的升级迭代。 N型硅片对单晶硅拉棒热场系统提出更高要求，包括纯净度、寿命和稳定性，然而提高热场纯净度通常需加装高温纯化设备，成本高昂，这意味着小型企业面临更大的竞争压力。随着N型结构在市场中所占比例逐渐上升，我们认为产品品质较高、资金雄厚的企业或将受益，竞争格局同样将趋向集中化。

市场空间：行业扩产热度不减，光伏热场空间广阔

光伏行业扩产热度不减，硅片环节需求将继续维持高景气。 结合CPIA的数据，我们推算硅片年新增产能将在2023年超过150GW，为热场系统带来广阔的新增市场空间。存量市场的需求主要来自改造和替换：（1）改造： 存量市场中的部分老旧产能需要进行改造，我们假设每年的改造比例在10-20%左右；（2）替换： 热场系统中的零部件均属于耗材，根据金博股份招股说明书，导流筒的使用寿命约为2年，保温筒的使用寿命约为1年半，坩埚的使用寿命约为6-8个月，损耗后需要及时替换保证单晶炉的正常运行。

根据我们测算，2023-2025年碳碳热场系统的市场需求将达到9,281/11,282/13,506吨，市场规模分别为34/45/57亿元，CAGR达到17.9%。

图表：光伏热场系统市场空间测算

资料来源：CPIA，金博股份招股说明书，中金公司研究部

锂电负极：追光逐锂，碳/碳复材的第二成长曲线

锂离子电池的主要组成部分包括正极、负极、电解液和隔膜等，其中负极材料占电池成本的5%，属于占比小但必不可少的部分，其性能的好坏对锂电池的容量、充电速度、循环寿命和安全性能有直接影响。负极材料人造石墨类碳粉的制备需要在3000℃左右的高温下完成，需要使用到大量的热场材料，与光伏热场材料的工艺路径具有一定兼容性。因此碳/碳复材的应用领域有望从光伏横向拓展至锂电负极，构建起第二成长曲线。

需求分析：横向拓展负极热场，迭代只在朝夕

负极需求持续旺盛，行业保持高增长。 近年来，受益于新能源汽车、通信储能、电力储能、智能穿戴等应用领域的快速发展，锂电池负极材料市场迎来增长。GGII预测2023/2024/2025年负极需求将分别达到177/234/322吨，CAGR达41.8%。负极材料市场规模的不断扩大，带动了负极材料高温热场部件的市场需求。碳/碳复材耐热性能和力学性能都非常优异，有望延续光伏热场逻辑，逐步取代石墨匣钵、坩埚、箱板为代表的人造石墨负极高温工序热场部件。

图表：负极材料市场需求不断扩大

资料来源：高工产业研究院（GGII），中金公司研究部

人造石墨负极是当下主流路线，石墨化工艺拉开成本差距

目前主流负极产品有天然石墨与人造石墨两大类，硅基、硅碳复合材料等尚在研发。 锂电池负极材料种类较多，主要分为碳基材料（石墨）和非碳基材料两大类，其中硅基负极材料拥有高达4200m Ah/g的理论比容量（Li4.4Si相），约为石墨负极的10倍，商业应用潜力较大，但配套材料工艺技术至今尚未成熟，各负极厂商仍处于布局、中试或研发阶段。我们认为，石墨类负极材料凭借符合动力电池和储能电池对循环寿命、安全性等要求，在相当长一段时间内仍将是动力电池和储能电池的主流应用方向。根据高工锂电数据，2022年，石墨类负极材料市场占有率约98%，尤其是人造石墨负极材料，其市场份额超过80%。

负极厂商布局石墨化一体化，工艺迭代有望拉开成本差距。 人造石墨负极材料是将石油焦、针状焦、沥青焦等在一定温度下煅烧，再经粉碎、造粒、高温石墨化、碳化、筛分等工序制成。石墨化过程是充分利用电阻热把炭质材料加热到2300～3000℃，使无定形乱层结构的炭转化成有序的石墨晶质结构的过程，属于高耗能环节，我们测算石墨化成本占人造石墨成本占比约 50%。随着头部厂商石墨化自供率逐步提升，石墨化环节或将成为企业成本领先的来源。

图表：坩埚法石墨化费用在负极成本中占比近40%（2022年）

资料来源：高工产业研究院（GGII），华经产业研究院，中金公司研究部

图表：锂电负极用碳/碳复材产品

资料来源：金博股份官网，中金公司研究部

传统石墨热场主要有两种失效情况，需要定期更换： 1）电阻率下降：箱式炉法中，传统石墨箱板在高温石墨化后，电阻率可能会急剧下降，发热效果会降低，相同温度下需要消耗更多电能。2）开裂或破碎：由于强度问题，坩埚、匣钵、箱板等传统石墨热场部件可能会出现开裂或破碎的情况。因此锂电负极石墨热场部件必须定期更换。

降本测算：全方位性能提升，助力负极厂商降本增效

热场材料向碳碳迭代，能够有效帮助负极厂商降本增效，未来替换空间大。其优势如下：

►提高寿命： 碳/碳材料在高温工况下热应力小，不易开裂，且多次石墨化后仍有较高且稳定的电阻率，因此设计寿命可提升至石墨的2倍以上。

►提高力学性能： 碳/碳材料抗弯强度40MPa是石墨2倍，抗压强度90MPa是石墨1.5倍，在大尺寸下依然可以维持高力学性能。

►增加装料量： 碳/碳材料具有卓越的抗弯强度和抗压强度，因此可以制造更薄的匣钵、坩埚、箱板和立柱等热场部件。通过将碳/碳复材的厚度减小到传统石墨材料的三分之一，可以增加原材料的装料量，从而提高了产能和生产效率，预计产能可能提高10%到15%。

►降低能耗： 传统石墨材料在高温过程中，其电阻率可能会下降，而碳/碳材料电阻率稳定性较高，有望减少箱式石墨化炉在石墨化过程中的热量损失，单吨电耗减少10%以上。

►理论上可提高产品品质： 由于碳/碳材料电阻率稳定性高，热场温度波动小，对生产参数调节要求较低，有助于提升产品质量和生产的稳定性。

根据我们测算，锂电碳/碳热场将使锂电负极整体生产成本下降5-10%左右， 其中匣钵/坩埚/箱板折旧成本分别下降31%/10%/37%。（假设石墨匣钵、石墨坩埚、石墨箱板单价分别为12/2.5/2.2万元/吨，碳碳同类产品单价为30/25/15万元。）

图表：碳碳复/材助力负极成本下降

资料来源：高工产业研究院（GGII），华经产业研究院，中金公司研究部

图表：碳碳复/材性价比测算

资料来源：高工产业研究院（GGII），华经产业研究院，中金公司研究部

市场空间：负极热场迭代正当时，涌现蓝海机遇

我们认为2023年有望成为锂电负极碳/碳热场元年，明年起有望快速放量，2024-2026年市场规模分别为4.5/15.0/34.3亿元，CAGR达到177%。 测算逻辑为：首先参考高工产业研究院（GGII）的相关统计数据估算2023-2026年全球锂电池出货量，并据此对负极石墨的需求进行估算，预计人造石墨产能占比将保持为88%，从而得出碳化和石墨化产能需求。考虑到碳碳复/材对石墨从0到1的替代，需要估算渗透率，然后按照预测的渗透率计算实际数量空间。碳碳复/材需求由新增需求和更新需求构成，具有渗透率提高和更新消耗快速的双重逻辑。

锂电热场系统的碳碳产品类型包括碳碳匣钵、碳碳坩埚以及碳碳箱板。 对不同产品类型及其相关参数，我们进行如下假设：碳碳匣钵、碳碳坩埚以及碳碳箱板重量分别为8千克/个、50千克/个和55吨/单炉。此外，装料量方面，碳碳匣钵为12千克/个、碳碳坩埚为210千克/个，而碳碳箱板为220吨/单炉。在寿命方面，碳碳匣钵的寿命假设为单周期20小时，一年工作320天，寿命2年。碳碳坩埚的寿命假设为单周期20天，一年开工320天，碳碳坩锅寿命为18个月。最后，碳碳箱板的寿命假设为单炉周期35天，一年9个周期，箱板寿命为18个月。

图表：锂电热场系统市场空间测算

资料来源：高工产业研究院（GGII），中金公司研究部

汽车制动盘：发掘长线潜力，适用新能源汽车

需求分析：碳陶材料引领下一代制动系统升级

制动材料经历了铸铁、合成材料、粉末冶金材料、碳/碳复材、碳/陶复合材料的演变。 碳陶复合刹车材料是 20 世纪90年代发展起来的、在碳/碳复合刹车材料的基础上引入具有优异抗氧化性能的碳化硅（SiC）陶瓷硬质材料作为基体的一种刹车材料，较碳/碳复材又有所升级。

图表：碳陶制动盘示意图

资料来源：Brembo官网，中金公司研究部

图表：各类材料特性指标对比

资料来源：金博股份招股说明书，中金公司研究部

碳陶“上”车，新能源车风口将至： 碳陶刹车盘轻量化和制动性能上表现更优，天然适用于电动车。1）轻量化：碳陶制动盘重量仅为普通铁盘的一半，四个碳陶制动盘可以减轻车辆簧下部件的重量高达20公斤，可有效提升操纵感，降低电耗缓解里程焦虑。2）制动性能优越：碳陶瓷刹车盘在摩擦产生的热量下，其摩擦系数保持稳定，因此在需要频繁制动或下坡行驶时表现出色，特别是碳陶搭载的车型以加速度更大，车身载重高的性能车为主，故碳陶制动盘更为适配。此外在商用车、重卡、特种车辆、轨道交通等领域应用需求也较大，由于这些领域减重需求大、载重高、工况恶劣，制动盘更换频率和性能要求可能更高于乘用车。

价格制约碳陶盘应用，目前渗透率不到1%： 碳陶盘综合性能优异，但受制于高生产成本，目前主要应用于高性能跑车以及后市场改装车等领域，渗透率低。配置一套进口布雷博（Brembo）的碳陶制动盘，价格通常在8-10万元人民币左右；特斯拉Model S Plaid车型提供的碳陶制动系统，一套售价高达2万美元。而相比之下，国内供应商售价在1.0-1.5万元/盘左右，但较平均售价为1000元/套的普通灰铸制动盘经济性依然不足，因此目前广泛使用的制动盘材料仍为普通铸铁、铸钢低合金铸铁等复合材料。

竞争格局：国产替代+渗透率提高进展可期

目前全球碳陶复合材料刹车盘供应商主要包括意大利Brembo、英国SurfaceTransformsPlc、美国Fusionbrakes等，产品单价较高，限制了碳陶刹车盘的应用。 国内参与碳陶刹车盘研发的主要企业有天宜上佳、金博股份、世鑫新材、勒迈科技与道普安等，但均无大批量出货经验。Brembo等国外品牌的优势在于能够提供系统级的刹车解决方案，包括各种性能参数的量化导入，确保刹车盘、刹车片、刹车卡钳等系部件彼此协调匹配，满足不同车型和驾驶条件下的需求。相比之下国内碳陶盘欠缺系统性匹配方案，但部分国内碳陶盘领先企业现已掌握低成本制备技术，并开始与下游车厂建立定点合作关系，正在快步追赶之中。

图表：碳陶制动盘实用性优势

资料来源：LeMyth勒迈科技，中金公司研究部

图表：国外碳陶制动盘及普通灰铸铁刹车盘主流售价

资料来源：华经产业研究院，中国复合材料工业协会，中金公司研究部

行业趋势：唱响降本主旋律，突破价格瓶颈

当价格下降至4,000元/辆时，经济性可对标铸铁刹车盘。 中国复合材料工业协会官网的数据显示，每减轻车身100kg，可提升电动车续航里程约25公里，或降低电池包3-5度的电能消耗，从而带来约3,000元电的池成本的节省。而碳陶刹车盘作为汽车簧下部件轻量化效果尤为显著：每减轻1kg的簧下部件重量，相当于整车减轻5kg。假设传统的铸铁刹车盘相比，四个碳陶刹车盘共减重20kg，相当于整车减轻了100kg，我们换算成电池成本节约预计可达3,000元左右。目前传统铸铁刹车盘的价格通常在1,000元/辆左右，我们认为，在理想情况下，碳陶刹车盘的价格降至4,000元/辆则经济性上可全面对标铸铁刹车盘。

按工艺路径，碳陶盘有长纤、短纤之分

碳陶盘按工艺路径分为长纤盘和短纤盘，国内主流长纤工艺，国际龙头布雷格采用短纤工艺。 天宜、金博所推广的长纤维刹车盘，其工艺流程与光伏热场材料近似，即制备碳纤维预制体，后通过致密、石墨化一系列碳碳工艺流程将其转化为碳/碳复材，最后经陶瓷化加工为碳陶刹车盘。而国际龙头布雷格所采用的短纤技术路线是通过将碳纤维与树脂混合，直接磨压成型。

长纤、短纤盘密度相近，但各具优劣。 综合而言，短纤盘由于直接磨压成型，原材料利用率高，制备周期短，因此制备成本较低，但其强度低、韧性差，使用过程中容易出现断裂等风险。长纤盘的优势在于其更高的强度、更好的导热性、更好的耐磨性以及更好的抗疲劳性，美中不足是制造成本相对较高，两类产品可分别匹配不同客户档次的客户需求，共同促进碳陶盘装车率提高。

长纤复制光伏热场降本路径，短纤自成体系

天宜上佳坚持采用长纤路线， 着重通过规模化生产、全流程自动化、以及与热场产能协同等方法来降低成本，迅速提高碳陶盘在各种车型中的市场占有率。从预制体的成型、预制体长纤编制、沉积、高温处理、表面加工到最终装配，公司全程自制，并为整个生产线设计了自动化和连续化设备，以逐步降低制造成本。其中，沉积设备的大型化是核心竞争力之一，公司借此充分发挥后进者的先发优势，成本竞争力较强。

金博股份形成三大产品系列， 1）目前首推长纤维刹车盘，其成本降低路径类似于光伏热场，依托于原材料节约与工艺技术优化。2）采用涂层技术，在长纤维刹车盘的表面涂覆碳化硅涂层。3）研发短纤盘技术路线，通过将短纤维与树脂混合，并经过磨压成型的方式，形成短纤磨压盘，无需经过气相沉积环节，因此边际成本较低，但短纤强度弱于长纤，如何保证强度体现know-how积累，将会形成一定壁垒。

碳陶盘降本需要行业协同发力，两家降本路径稍有不同，但最终殊途同归。 我们认为如果一旦有新能源车型开始标配碳陶盘，新能源车企的内卷属性将促使其他车企竞相配置以保持竞争力，从而促使碳陶盘快速放量，规模效应凸显后成本将进一步降低，为下游渗透率提高形成良性的正反馈，届时全行业均将受益，是一片广阔的蓝海市场。

市场空间：碳陶盘剑指百亿元市场，释放想象力

碳陶制动盘在汽车市场主要可以分为两部分，新装车和改装车，其中新装车又可以分为新能源汽车、中高端乘用车和商用车。（1）新能源汽车： 2021年11月特斯拉发布公告，将在新一代Model S Plaid中使用碳陶制动系统，金博股份也在2022年7月公告了将为比亚迪开发和供应碳陶制动盘等产品，打开了新能源汽车应用碳陶制动盘的空间；（2）中高端乘用车： 由于成本较高，碳陶制动系统最早主要应用于跑车和赛车，预计未来会逐渐从超豪华车向高端车渗透；（3）商用车： 商用车对车速要求相对较低，但考虑到路况和载重需求，我们估计碳陶制动盘在商用车的渗透率也会迎来提升。

根据我们测算，2023-2025年碳陶制动盘的市场规模有望达到32.9/65.2/91.7亿元，CAGR达到62.4%，新装车市场的占比会逐年提升。

图表：碳陶制动盘市场空间测算

资料来源：Wind，国家统计局，《汽车工业蓝皮书：中国商用汽车产业发展报告（2023）》，中金公司研究部

风险提示

产业化进度不及预期

依托于高耐热和力学性能，碳/碳复合材料横向延伸至其他行业是大势所趋，然而，其广泛应用的前景将受制于原材料和工艺的成本降低速度。如果国内企业在成本降低方面遇到挑战，导致降本进程不如预期顺利，那么锂电负极热场、碳陶刹车盘等市场的增长可能会面临低于预期的风险。

竞争格局恶化

碳/碳复合材料的两家龙头企业目前均在积极扩产以满足市场需求。碳陶制动盘、锂电负极热场等新兴产品因其较高的毛利率吸引了众多资本的关注，这可能导致更多的厂商涌入市场，从而导致供应过剩问题，故存在竞争格局恶化风险。

新能源车渗透率提升不及预期

中国乘用车市场电动化渗透率在过去几年快速提升，增长势头良好。新能源车渗透率的爆发是碳陶刹车市场扩容的重要前提，如发生不利变化，可能会影响碳/碳复材的整体需求。

文章来源

本文摘自：2023年10月12日已经发布的《碳/碳复合材料：从热场走向多领域应用》

陈显帆 分析员 SAC 执证编号：S0080521050004 SFC CE Ref：BRO897

张梓丁 分析员 SAC 执证编号：S0080517090002 SFC CE Ref：BSB840

严佳 分析员 SAC 执证编号：S0080522090006

北摩高科：航空刹车制动龙头 成长空间广阔

　　中宏网股票11月30日电 北摩高科主要从事军、民两用航空航天飞行器起落架着陆系统和刹车制动产品，产品广泛应用于歼击机、轰炸机、运输机、教练机、军贸机、直升机及航天高空飞行器等重点军工装备，服务范围遍及5大战区，部分产品独家生产、不可替代。近年来，公司大力拓宽民航市场，民航业务同比增速较快，未来将成为公司业务重要的组成部分，同时，公司多种型号起落架产品达到重要应用节点，并且持续进行业务相关多元化布局，未来有望迈上更高增长台阶。

　　高端人才聚集创新优势显著

　　具有丰富的刹车制动领域相关技术积累

　　通过多年来在行业内稳步发展，北摩高科培养了一支以董事长、总经理为核心的极具竞争力的核心团队，在刹车制动领域积累了丰富的研发生产及管理经验。

　　同时，公司形成了以总工程师、副总工程师为核心技术骨干的研发团队，核心科研团队大部分在公司工作10年以上，涵盖材料、机械、自动化、航空制造等专业，在航空制动领域积累了丰富的技术研发经验，保证了公司产品、技术不断创新和迭代，获得了多项国防专利、发明专利及其他重要奖项。

　　公司高度重视高端技术人才的引进和培养工作，与清华大学、北京航空航天大学等积极开展产学研合作，吸引了一批实干型高端技术人才，研发团队核心骨干主要来自清华大学等国内一流学府，成为公司技术底蕴丰厚、攻关能力突出的科研人才队伍。

　　凭借深厚的技术积累和丰富的应用经验，北摩高科形成了一系列具有自主知识产权的核心技术。公司获得了“国家重点新产品奖”“北京市科学技术奖三等奖”等多项荣誉奖项，拥有多项国防专利、发明专利、实用新型专利、国际专利、非专利技术。公司积极响应国家“中国制造2025”等战略规划，自主创新的多项刹车制动技术和产品填补了国内空白，打破国际技术垄断、解决进口替代问题。

　　相关业务多元化拓展复合材料应用场景

　　北摩高科打造第二增长曲线

　　作为国内首家掌握碳/碳复合材料从预制体编织技术到快速沉积工艺并具有全部自主知识产权的企业，北摩高科的碳/碳、碳/陶产品已经广泛应用于航空航天重点军工装备，具备高可靠性、高门槛的军工产品品质。同时，公司新型炭/炭复合材料制备技术具有从预制体编织到快速沉积工艺全部自主知识产权，使炭/炭复合材料性能指标达到国际先进水平。

　　值得市场关注的是，近期特斯拉官网发布消息，Model S Plaid碳陶刹车套件现已正式上架，有望催化需求放量。在近期回复投资者时，北摩高科表示，“公司的碳陶刹车盘技术研制较早，已在军用飞机上成功应用。目前，该技术与汽车领域的碳陶盘相比不存在较大技术壁垒，并已与部分客户展开合作”。

　　目前碳/陶复合材料刹车盘供应商主要包括意大利Brembo、英国Surface Transforms Plc、美国Fusionbrakes等，国内掌握高性能碳/陶复合材料刹车盘制备技术的企业较少，国产替代的空间较大，北摩高科有望显著受益。

　　多种型号起落架产品达到重要应用节点

　　助力公司实现跨入新一轮增长阶梯

　　作为军工领域高端装备制造的高新技术企业，公司自设立以来专注于军、民航空航天飞行器起落架着陆系统及坦克装甲车辆、高速列车等高端装备刹车制动产品的研发与制造，主要产品及服务包括飞机刹车控制系统及机轮、刹车盘(副)、元器件检测等，是国内军民用航空制动领域最具竞争力的企业。

　　11月1日，北摩高科发布公告称近期收到用户通知，公司多种型号起落架产品达到重要应用节点，进入科研或小批试生产阶段，公司将积极配合主机承制单位，做好军品配套生产供应。此外，公司的控股孙公司天津全顺金属表面处理有限公司军民两用大型飞机起落架的表面处理生产线已正式投产使用，其能够满足波音747系列、空客380系列、商飞929系列及军机等大型飞机起落架科研、生产和维修项目的表面处理工艺。

　　公开资料显示，北摩高科于2021年正式完成起落架着陆系统的交付，实现了从零部件供应商、材料供应商向系统供应商、整体方案解决商的跨越式转变，形成跨度纵深的产业链综合竞争力，系统集成优势明显，配套层级显著提升，未来随着起落架产品的销售，有望增厚公司利润。

　　起落架着陆系统作为飞机的起飞和着陆过程中的关键受力部件，其设计和集成过程融合了多种工程技术，具有极高的技术壁垒。根据近期公司发布的《关于部分募投项目结项暨变更募集资金用途的公告》显示，北摩高科拟将原募投项目“飞机机轮产品产能扩张建设项目”及“飞机着陆系统技术研发中心建设项目”变更为“民用大飞机起落架着陆系统综合试验项目”及“永久补充流动资金”。

　　公司航天飞行器起落架着陆系统及刹车制动产品主要应用于军工装备领域，未来伴随我国民用航空市场的不断成熟，公司将立足现有产品及技术基础，持续向大飞机起落架着陆系统领域拓展。该项目建设将有助于扩展公司产品在民航飞机起落架着陆系统领域的应用，符合未来发展的战略导向，同时有利于优化产品结构，助力北摩高科实现跨越式增长。

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