2017年中国石墨烯产业化进程、市场规模、行业最新进展及行业投资状况分析【图】

石墨烯李玲玲 2017-07-26 05:20 来源：智研咨询

一、石墨烯产业化进程分析

石墨烯优异的性能使其在众多领域具有应用价值，是未来最具潜力的先进材料之一。基于石墨烯材料独特的二维结构，它具有众多普通材料不具备的优异性能：它是人类已知的最坚硬的纳米材料，同时具备透光性好（几乎完全透明）、导热系数高（5300W/mK·）、电子迁移率高（1.5×104 cm2/ Vs）、比表面积大（2630 m2/g）、机械强度高等性能。石墨烯超强的性能使其在各个领域都具有较大应用潜力，如高电子迁移率的特点使其可以用于晶体管、传感器、超级电容器等；低吸光率的特点使其成为透明导电膜的不二选择；优异的柔韧性使其在柔性显示、可穿戴设备等领域大有可为；作为导热性能最强的材料，石墨烯在电子产品散热材料领域也具有广泛的应用前景；另外石墨烯作为添加剂在功能涂料、塑料、橡胶、海水淡化、催化剂等众多领域具有应用价值。因此，可以说石墨烯是未来最具应用前景的先进材料之一，是主导未来高科技竞争的超级材料，市场前景广阔，有望催生千亿元规模的产业。

石墨烯的性质及其对应的下游用途

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中国抢滩石墨烯市场，多政策推动石墨烯产业化

国家政策不断加码石墨烯，引导行业发展方向。随着石墨烯概念的升温，我国也将石墨烯产业发展列入重点支持项目，从政策层面给予前所未有的扶持力度，开启“速跑”模式。 2012 年工信部发布的《新材料产业“十二五”发展规划》首次明确提出支持石墨烯新材料的发展； 2014 年 11 月，发改委等部门发布的《关键材料升级换代工程》提出，到 2016 年实现石墨烯的批量稳定生产和规模化应用； 2015 年 10 月 23 日，习近平主席参观英国曼彻斯特大学石墨烯研究院，为石墨烯行业发展站台； 2015 年 11 月，发改委、工信部、科技部三部门联合发布《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》，强调要突破石墨烯材料规模化制备共性关键技术，到 2018 年实现石墨烯材料在部分工业产品和民生消费领域的产业化应用；《中国制造 2025 重点领域技术路线图》进一步明确了未来十年我国石墨烯产业的发展路径，总体目标是“2020 年形成百亿产业规模， 2025 年整体产业规模突破千亿” ，重点发展领域包括：动力电池用石墨烯基电极材料、海洋工程等石墨烯基防腐涂料、柔性电子用石墨烯薄膜等，引导行业发展方向。随着石墨烯产业化的不断推进，国家针对该产业的政策有望再度加码，石墨烯有望成为“十三五” 新材料规划的重点扶持行业。

国内政策大力扶持石墨烯产业的发展

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中国石墨烯制造引领世界，在研发和产业化方面都取得了一定的进展。

从研发的角度看，目前我国石墨烯技术专利的数量已经超过1万件，位居全球之首，这从一定程度上反映出我国在石墨烯技术方面投入了巨大的研发力量，并且也取得了不错的成绩。但部分石墨烯核心专利依旧掌握在少数大国手中，国内石墨烯研发实力还有待进一步提升；从产业化角度来看，国内石墨烯行业中小型、初创型企业占比较大，大部分是处于下游的生产企业，且还处于中试阶段，能够规模化量产石墨烯的企业只有少数，且工艺并不足够成熟。尽管如此，作为新兴产业，中国石墨烯产品的产业化仍旧呈现出蓬勃发展的势头，与发达国家基本处于同步甚至领先阶段，特别是在触摸屏、石墨烯基锂离子电池、功能涂料等领域，中国石墨烯企业率先推出相关产品并推动其产业化，引领行业发展潮流。

综上来看，从材料本身的属性来讲，石墨烯毫无疑问是“材料之王”，无论电学、力学、热学还是量子性能都具有其他材料不可比拟的优势；从理论论证的角度来讲，小到添加剂，大到电子产品触摸屏、散热膜、集成电路芯片等，石墨烯都有大展身手的空间。但从产业化推进的角度来讲，虽然很多企业已经推出了相关产品，但大都还无法实现规模化生产。所以，从投资的角度，我们更加关注的是离产业化最近的领域，而石墨烯产业化的关键在于上游石墨烯生产技术、下游应用技术及市场开拓的结合，同时还在于石墨烯自身材料特性和现有材料体系的有机融合。

国内石墨烯产业化发展进程

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二、石墨烯市场规模分析

2015年中国石墨烯的市场规模约为3843万元，比2014年的868万元增长超过336%。近几年我国石墨烯的市场规模情况如下图所示：

2013-2015年中国石墨烯的市场规模情况

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三、石墨烯行业最新进展

石墨烯独特的特性使科研人员和产业资本均对其趋之若鹜，但这样美妙的产品对其质量要求非常高，要获得电学、机械性能等各项指标俱佳的石墨烯样品，难度亦很大。现阶段制约石墨烯广泛应用的瓶颈在于难以大规模、低成本制备出高品质的石墨烯材料，层数较厚。尽管近几年石墨烯的制备方法不断被改进，但离大规模产业化还是有一定的距离。目前，石墨烯主要的制备方法有：剥离法、氧化还原法、化学气相沉积法（CVD 法）、外延生长法等，不同的制备技术的原理和最终产品不可同一而论，各有千秋。

石墨烯的制备工艺对比

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剥离法工艺简单、成本低，但不适合大规模生产

剥离法是从堆积的石墨中剥离获得石墨烯，主要的剥离法有机械剥离、电化学剥离、溶液剥离法和热膨胀剥离等。其中，机械剥离法最为常用，通过外力作用将石墨晶体表面剥离出石墨烯层，转移到载体表面获得石墨烯，目前国内采用这种工艺的企业有凯纳股份、宁波墨西等。机械剥离法的工艺简单、制作成本低，是最经济的方式；但可控性较差、效率低，制得的石墨烯尺寸较小且存在很大的不确定性，不适合大规模生产。

氧化还原法是目前石墨烯粉体规模化生产的最佳选择

氧化石墨还原法是先用强氧化剂将石墨氧化成氧化石墨，氧化过程即在石墨层间穿插一些含氧官能团，从而加大了石墨层间距，然后经超声处理一段时间后，就可以形成单层或数层氧化石墨烯，再用强还原剂水合肼、硼氢化钠等将氧化石墨烯还原成石墨烯，目前国内石墨烯企业第六元素掌握此种工艺。

氧化还原法制备石墨烯的原理及过程

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氧化还原法的操作简单、制备成本低，可以大规模制备出石墨烯，同时可以生产出具有广泛应用前景的氧化石墨烯。氧化石墨烯是一种性能优异的新型碳材料，具有较高的比表面积和表面丰富的官能团，氧化石墨烯复合材料具有广泛的应用领域，因此氧化还原法被认为是目前制备粉体石墨烯的最佳方法之一。

但氧化还原法以有毒的肼作为还原剂，对环境存在危害，虽然能够成吨的制备出石墨烯，但制备的石墨烯中含有一定量的残余化学基团，缺陷也较多，并且制得的粉末产品中单层率偏低，粉末样品比表面积一般在几百，远远低于石墨烯理论值 2630 m2/g，所以利用氧化还原法实现石墨烯粉体的产业化生产还需要技术水平的进一步突破。

外延法可制得高质量石墨烯，但工艺不成熟

SiC 外延法是最有可能实现 C 基集成电路的有效途径之一。外延生长法主要是指碳化硅外延生长法，在高温下加热SiC单晶表面，脱附 Si 原子，剩下的C原子通过自组形式重构，从而得到基于 SiC 基底的石墨烯。该方法可以得到单层或少数层较为理想的石墨烯，且SiC本身就是一种性能优异的半导体材料，与目前的Si 基半导体工艺相兼容（不需要转移），因此这种方法生长的石墨烯是最有可能实现C基集成电路的有效途径之一。缺点是碳化硅单晶表面结构复杂，很难得到大面积、厚度均匀的石墨烯，SiC 外延生长的温度一般都高于 1200℃，能耗高，SiC 单晶价格昂贵，需要转移的时候如何去除惰性的SiC 基底而不破坏石墨烯也是个问题，所以其产业化还有较多困难需要克服。

CVD 法是实现石墨烯薄膜产业化最具潜力的工艺

CVD法是最有希望制备出高质量、大面积的石墨烯工艺，产业化前景最乐观。CVD法的具体过程是：将碳氢化合物甲烷、乙醇等通入到高温加热的金属基底Cu、Ni 等表面，反应持续一定时间后进行冷却，冷却过程中在基底表面会形成数层或单层石墨烯，此过程中包含碳原子在基底上溶解及扩散生长两部分。石墨烯与基底可以通过化学腐蚀金属方法分离，可实现石墨烯规模化大面积生长，因此该方法被广泛用于制备石墨烯晶体管和透明导电薄膜等。

在 Cu基底上制备石墨烯的 CVD法原理图

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目前国内企业如二维碳素、第六元素等均实现了石墨烯薄膜产品的工业化生产，也充分显示出 CVD 法作为产业化生产工艺的巨大潜力。但 CVD 生长大面积石墨烯薄膜的难点在于：生长的石墨烯是多晶薄膜，载流子的迁移速度受到影响；将石墨烯从 Cu 基底转移到别的衬底的过程中，杂质和缺陷的引入无法避免，因此产品稳定性差，但随着工艺的逐步完善，其产业化之路逐渐明朗。

重点关注 CVD 法和氧化还原法的产业化潜力

石墨烯产品的成本已经实现大幅下滑。除了技术水平的发展以外，价格也是石墨烯产业化发展过程中至关重要的因素。数年前，石墨烯的价格曾高达每克 5000 元，远超黄金价格。近年来，很多公司（如二维碳素、第六元素、华高墨烯等）已经具备生产制备高质量石墨烯的能力，研发重点也已经转移到了下游应用，因此价格也出现了大幅下降，目前市场上的石墨烯粉体成本可以做到每公斤几百元，石墨烯薄膜的价格也降到了每平米几百元，虽然与石墨等传统产品相比仍不具备价格优势，但其大幅降低也有利于石墨烯产业化的推进。重点关注 CVD 法和氧化还原法在石墨烯制备工艺上的突破潜力。综合以上几种石墨烯的主要制备工艺来看，现阶段制备出大面积、高质量的石墨烯仍然是一个较大的挑战，成本也还有进一步降低的空间。但综合考虑各工艺的技术发展水平、开发潜力和成本情况，我们更看好化学气相沉积法和氧化还原法未来产业化的潜力，因此重点关注这两种制备技术的投资价值。

四、石墨烯行业投资状况

石墨烯相关企业：石墨烯产业如火如荼的发展趋势吸引了大量企业参与到其产业化的浪潮中。目前，绝大多数股上市公司通过并购或参股的形式进入石墨烯产业链。而新三板开放的市场也孕育了众多质地纯正的石墨烯企业，且部分在行业内具有很高的影响力，如第六元素、二维碳素、凯纳股份、华高墨烯等。

第六元素：石墨烯行业领军者。公司主要从事石墨烯粉体及其他新型碳材料的研究、开发、生产和销售，是国内唯一一家同时拥有氧化还原法和 CVD 法制备石墨烯产品的企业。目前公司拥有 100 吨 /年的石墨烯粉体产能和 8 万平方米/年的石墨烯薄膜产能。公司已成功研发并试生产了 6 大系列石墨烯粉体产品，包括氧化石墨烯、储能型石墨烯、防腐型石墨烯、导电型石墨烯、导热型石墨烯和增强型石墨烯。公司现不断开拓下游应用客户，目前已经参股 6 家下游子公司，涉及涂料、橡胶、电缆等领域，从而为公司石墨烯产品的市场推广奠定基础。

二维碳素：石墨烯薄膜及触控领域的佼佼者。公司是一家专业从事大面积石墨烯薄膜及石墨烯触控模组的研发、生产和销售的企业，已成功将石墨烯薄膜应用于触摸屏领域并实现批量生产和销售。公司率先采用 CVD 法生长出世界上第一张大尺寸的高质量石墨烯薄膜，2015 年公司的石墨烯薄膜生产能力达到 20 万平米/年；2015 年 11 月公司发布世界首款石墨烯压力触控传感器，并在智能穿戴、车载触控等领域实现规模销售；同时，公司开发了石墨烯发热产品，在发热坐垫、健康理疗等领域具有广泛的应用潜力。目前公司已经与维信诺、西蒙子等多家国内外知名厂商建立合作关系。

华高墨烯：掘金海洋和军工两大领域。公司的石墨烯产品主要面向“海洋”与“军工”两大领域。公司已自主研发出化学法单层石墨烯粉体、机械法石墨烯粉体、单层石墨烯分散液、氧化石墨烯分散液等系列产品；在下游应用领域，公司研发出石墨烯气凝胶、石墨烯导静电轮胎、石墨烯防弹材料、石墨烯防腐涂料、石墨烯高导电添加剂等应用产品。

凯纳股份：机械剥离法制备石墨烯的企业。公司采用机械剥离法制备石墨烯，主要用于涂料、塑料等复合材料领域，截止 2016 年半年报，中泰化学共持有公司的 28%的股份，为公司的第一大股东。公司目前的中试生产线可以实现年产石墨烯粉体 1 吨、石墨烯微片粉体10 吨、锂电池专用石墨烯浆料 2 吨、涂料专用石墨烯浆料 2 吨以及塑胶专用石墨烯微片粒料 2 吨，正在分期建设年产 2200 吨和 21000 吨的石墨烯产品建设项目。公司产品应用定位于涂料、塑料、橡胶等领域的复合，并采用“与客户合作应用开发”的销售模式，未来将市场空间将逐步打开。

石墨烯相关上市公司情况简介