石墨烯行业分析

材料之王石墨烯产业观察

石墨烯被誉为目前已知的材料之王，单层石墨烯只有一个碳原子的厚度，约为0.335nm，是目前已知的最薄的材料，在材料属性方面拥有多项世界之最(最强导电性、最硬材料、超高强度、超高导热率、超高透光率)，因此石墨烯材料在储能、电子元器件、复合材料等多个领域有望带来革命性应用。

由于石墨烯的潜力巨大，全球各大科研机构及企业纷纷投入石墨烯的研发和产业化浪潮中。从目前已经公布的消息来看，韩国、日本和中国在石墨烯的应用和产业化方面走在世界的前面。但总体而言，目前市面上还缺乏相关产品的销售，特别是石墨烯的薄膜的相关应用产品。尽管目前国内石墨烯研发技术已经能够做到部分产业化生产，但由于成本过高，市场需求不被看好，因此迟迟未有企业真正投产。石墨烯离真正的产业化尚有一定距离。

（1）行业主要特性（对该行业的基本描述）

石墨烯产业链

自2004 年第一次用机械剥离的方法得到石墨烯后，石墨烯优良的性能和广阔的应用前景吸引了世界各国研究者的关注，随之开发出众多石墨烯制备方法。目前，化学气相合成法、外延生长法、氧化还原法较为常见，上述方法各有优劣。此外还可以通过石墨插层、有机合成、晶膜生长、溶剂加热等方法制备石墨烯，在此不再赘述，只对目前主要的石墨烯制备方法加以介绍。

世界各国的石墨烯研发情况

美国国防部高级研究计划署于2008 年7 月发布碳电子射频应用项目，总投资2200 万美元。2014 年，国家自然科学基金和美国空军科研办公室投入2800 万美元对石墨烯及相关的二维材料开展基础研究。IBM 公司已成功研制出首款由石墨烯圆片制成的集成电路，该公司计划未来5 年内投入30 亿美元研究下一代芯片技术。

英国政府于2011 年宣布投入7150 万英镑支持石墨烯研究，包括建立国家石墨烯研究院。两位因发现石墨烯获得诺贝尔奖的科学家就职于曼彻斯特大学，2014 年，英国政府联合马斯达尔公司宣布继续投资6000 万英镑在曼彻斯特大学成立石墨烯工程创新中心，作为国家石墨烯研究院的补充。

欧盟委员会于2013 年1 月将石墨烯列为未来新兴技术旗舰项目之一，计划十年提供

10 亿欧元资助，将石墨烯研究提升至战略高度。该项目由瑞典查尔姆斯理工大学牵头、欧盟15个成员国的100 多个研发团队组成，其中包括4 名诺贝尔奖得主。

韩国预计2012 至2018 年间向石墨烯领域提供总额为2.5 亿美元的资助，其中1.24 亿美元用于石墨烯技术研发，1.26 亿美元用于石墨烯商业化应用研究。韩国三星在柔性显示、触摸屏以及芯片等领域投入巨大研发力量，在2011 年研发出40 英寸的石墨烯触摸屏面板。2014 年，三星与韩国成均馆大学宣布合成了一种能在更大尺度内保持导电性的石墨烯晶体，可用于制造柔性显示屏和可穿戴设备，三星还拥有有关石墨烯晶体管的工作方式和结构等9项核心专利。韩国还在2014 年11 月宣布发明最新的石墨烯超级手机电池，可存储与传统电池等量的电量，但充电时间只需16 秒。韩国专利量居全球第三，仅次于美国和中国，远高于欧洲其他国家。

日本科学技术振兴机构从2007 年就开始对石墨烯材料和器件的技术开发项目进行资助；经济产业省2011 年实施的“低碳社会实现之超轻、高轻度创新融合材料”项目，重点支持了碳纳米管和石墨烯的批量合成技术。日立、索尼、东芝等众多企业投入了大量资金和人力从事石墨烯的基础研究以及应用开发，并取得了显著进展。日本索尼公司2012 年就研发出了可以生成长度达120 米的石墨烯的透明薄膜化学气相生长技术。

中国的石墨烯产业发展之路

A、碳材料纳入国家新材料产业规划

国家在《新材料产业十二五发展规划》明确提出“新材料是重要的战略性新兴产业”，新材料中的碳材料包括新型无机非金属材料、高性能复合材料和前沿新材料。规划同时还提出产业发展方式为“促进新材料产业有序、集聚、快速发展”；“打造一批新材料小巨人企业。鼓励建立以优势企业为龙头、联合产业链上下游核心企业的产业联盟”。

B、科研投入大，成果跻身一流团队

从石墨烯刚刚成为科研界新星时起，中国各大科研机构就已经紧跟前沿科学的脚步，涉足石墨烯研究了。清华大学、中国科技大学、中科院北京物理所、中科院沈阳金属所、中科院宁波材料所、中科院山西煤化所等众多高校、研究所纷纷成立相关研究组，投入大量经费，引进众多海归人才，加强石墨烯领域的研究和探索，并取得了很多成果。

2007-2012 年，中国国家自然科学基金委员会对石墨烯项目累计资助经费达到3.30 亿元，科技部和中国科学院对石墨烯的累计资助经费分别达到了5915 万元和4605 万元。截至2015 年3 月，国家自然基金委已资助石墨烯相关研究2180 项，其中重大项目7 项共资助5124 万元，重点项目21 项共6215 万元。国家科技重大专项、国家973 计划也围绕“石墨烯宏量可控制备”、“石墨烯基电路制造设备、工艺和材料创新”等方向部署了一批重大项目，取得了一批创新成果。

目前，中国已成为全球范围内关于石墨烯的出版物和专利的领先者。中国申请的石墨烯专利数量已超过2200 项，占全世界的1/3，并位居全球首位。众多高水平科研工作者在研

究一线为中国在该领域研究水平保持在第一集团做出贡献。

（2）行业市场状况（供给与需求的现状和趋势）

石墨烯制备成本下降加速石墨烯产业化应用。

据介绍，目前石墨烯成本已从1000 元/平方米下降至100 元/平方米，为石墨烯产业化和规模化提供了可能。随“工业4.0”提升为国家战略，石墨烯量产将加快石墨烯在智能终端、新能源汽车、复合材料加工、智能穿戴、洁净能源、航天军工、智能家居等领域的应用，使石墨烯成为真正的“二十一世纪的新材料”。

图2：石墨烯产业化时间表

虽然目前石墨烯成本已大幅下降、能成功量产，但石墨烯的产业化应用仍需要成本的进一步下降。而石墨烯在更高端领域的应用需要进一步的研究。石墨烯产业化的不确定性主要在于成本下降和研发能力的提升能否符合预期。

（3）行业竞争态势（建议应用波特的五力模型进行分析）

A、行业新进入者的威胁

新进入者是行业竞争的一种重要力量，新进入者加入石墨烯行业，会带来生产能力的扩大，挤占现有企业一部分市场份额，这必然引起与现有企业的激烈竞争，使产品价格下跌，行业获利能力下降。石墨烯制备反应步骤多、工艺复杂、关键技术点多、装置投资大，属技术密集和资金密集型产业，高档石墨烯下游产品技术壁垒高。

对于新进入石墨烯行业的本土企业，则存在资金和技术方面的壁垒，初期单体规模通常不大，项目达产期长；由于高档下游产品技术壁垒较高，这些企业通常先期生产基础聚合物，进入下游产业的时间会较长。因此，对于新进入的本土企业，石墨烯行业进入壁垒较高。

B、供应商讨价还价的能力

原材料的议价能力弱

C、替代品的威胁

迄今为止，石墨烯产品一直是其他产品的替代品；由此可见，来自其他替代品的威胁很小。

D、现有企业的竞争

综上所述，我国有机硅单体和下游产品行业集中度高，竞争强度较弱。

E、客户讨价还价的能力

客户要求企业降低价格，提供更高质量的产品和服务，并使业内企业相互独立，从而导致行业赢利水平降低。对于石墨烯来说，虽然国内客户数量多且分散，行业集中度低，但客户更换供应者难度不大。有机硅下游产品的客户数量多且分散，一些行业还需要上游提供技术支持与服务。因此，石墨烯下游产品客户的讨价还价能力不强。

（4）行业内某家企业的简介（包括公司简介、组织结构、业绩等）

石墨烯相关公司简况

目前真正涉及石墨烯业务的企业有14 家，截至2015 年 5 月15 日，总市值已达2750 亿元。

中国宝安：子公司贝特瑞是全球最大的锂离子电池负极材料供应商

中国宝安是一家综合类股份制集团公司，主营业务是高新技术产业、房地产业、生物医药业。深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司是由中国宝安集团控股的一家致力于锂离子二次电池用正、负极材料及纳米应用的专业化生产制造商。公司是全球最大的锂电池负极材料供应商，是全球唯一拥有负极材料完整价值产业链的企业，公司客户包括三星、LG、日本三洋、比亚迪等。公司于2011 年完成了石墨烯项目的中试线建设和工艺优化，石墨烯日产量达公斤级。贝特瑞目前已取得6 项专利，并与中科院半导体所等7 家科研院共同起草了国内第一批四项石墨烯国家标准的第四项——“拉曼光谱法表征石墨烯层数”。2015 年3 月4 日，中国宝安宣布深圳贝特瑞具有超级电容量产能力。

在石墨资源方面，贝特瑞和中铁资源拟围绕萝北县云山石墨矿的开采、选矿以及鹤岗市的石墨深加工开展全方位合作，贝特瑞享有云山石墨公司30%的股权并与中铁资源共同设立了石墨选矿公司和石墨深加工公司。贝特瑞以云山石墨原材料供应为主要材料来源，以贝特瑞拥有的石墨深加工技术为技术支撑，以国际锂离子电池负极材料蓬勃的发展趋势为契机，开发具有全球影响力的锂离子负极材料研发和供应基地，计划最终形成负极材料、石墨乳、氟化石墨等多产品的天然石墨精深加工基地。

中国宝安通过资金介入支持贝特瑞在石墨及石墨烯领域的整合

华丽家族：墨烯集团资产将被注入其中

华丽家族是上海著名房地产开发集团之一，其控股股东是上海南江集团。南江集团同时

也是墨烯集团的控股股东。墨烯集团自成立之始，市场便有其资产可能通过被注入到华丽家族的方式来上市的猜测。而这种猜测在2015 年 5 月6 日成为现实。华丽家族该日发布公告：公司拟非公开发行股票不超过 4.76 亿股，发行价格为5.6 元/股，募集资金总额不超过26.65亿元，扣除发行费用后全部用于收购北京墨烯控股集团股份有限公司100%的股份并对其进行增资、投资智能机器人项目以及临近空间飞行器项目。

资产注入后华丽家族将持有墨烯控股100%的股权

北京墨烯控股集团股份有限公司成立于2013 年5 月，注册资本5 亿元人民币。旗下控股宁波墨西科技有限公司、重庆墨希科技有限公司等企业。

宁波墨西科技有限公司于2012 年4 月由南江集团与中科院宁波材料所合作合资成立。该公司主营石墨烯微片的生产、销售和应用技术研发，并于2013 年底建成了首期年产300 吨石墨烯微片生产线。

宁波墨西科技由中科院宁波材料所研究员刘兆平担任首席科学家兼总经理一职。刘兆平已发表论文70 余篇,申请发明专利80 余项,承担过国家省市科研项目十余项，实现了石墨烯、磷酸铁锂、锰酸锂等材料的产业化技术转移转化。

重庆墨希科技有限公司则于2013 年2 月由南江集团与中科院重庆绿色智能技术研究院合作合资成立。该公司主要从事石墨烯薄膜研发、生产与销售及石墨烯开发应用产品的解决方案。目前已基本建成年产100 万平方米石墨烯薄膜生产线。2015 年 3 月墨西科技与国际知名专业显卡及终端设备制造商嘉乐派（影驰）科技有限公司联合发布了全球首批3 万部石墨烯手机。这是全球首批量产的石墨烯手机。

重庆墨希科技首席科学家由中科院重庆绿色智能技术研究院研究员史浩飞担任。史浩飞曾带领团队实现我国首片15 英寸单层石墨烯的制备生产,实现了高质量、均匀单层石墨烯的生长,并成功地开发出转移工艺,将其完整转移到柔性PET等衬底上,尺寸达到国内最高水平。

北京墨烯控股集团依托宁波墨西和重庆墨希两个载体形成了石墨烯微片和石墨烯薄膜两大领域的系列产品。宁波墨西主要产品包括石墨烯浆液、石墨烯粉末、电池用石墨烯油性分散液、电池用石墨烯导电液、涂层铝箔专用石墨烯导电浆液、水性涂料专用石墨烯功能助剂等。重庆墨烯主要产品包括工业级和科研级的PET基底单层石墨烯、科研级铜基底单层石墨烯。

（5）分析行业的变化趋势对该家公司的影响。

我国在石墨烯产业化方面是具备一定优势的，应用于电池材料、功能涂料、导电油墨和散热膜的石墨烯产品均已经实现量产。我国石墨烯导电浆液、功能涂料等具备一定的产能，但存在下游市场尚未完全打开的问题：产品需求不足，生产线效益有限。目前能够量产的石墨烯触控屏为 5.5 英寸，适用于手机屏幕，江南设计院称其有约10 万片/年的产能，而全年手机产量在十亿台数量级。此外，目前我国石墨烯产品大部分为少层或多层石墨烯混合产品，高质量的单层石墨烯膜产品研发制备不足，主要依靠进口，石墨烯复合材料、石墨烯二次电池和石墨烯电子元件的应用研发也尚处技术攻关阶段。综上，石墨烯产业发展需要资金的支持和方向性的引导，以防错失先发优势。

随着石墨烯制备水平的发展和石墨烯应用技术水平的发展，石墨烯材料能够应用在更多的下游产品和领域中。中国科学院预计，到2024 年前后，石墨烯器件有望替代互补金属氧化物半导体（CMOS）器件，在纳米电子器件，光电化学电池、超轻型飞机材料等研究领域得到应用10。石墨烯制备水平和应用技术水平的发展是相辅相成的，以目前的发展水平看，电子元件领域的应用对石墨烯的质量和技术要求最高，也最难以实现，我们预计其应用在10年左右。石墨烯在消费电子类的应用主要需克服制备技术的难关，这也是目前石墨烯研究中最热点的方向，我们预计制备技术在未来1-2 年内会有所突破。石墨烯复合材料和石墨烯能源类产品对石墨烯质量和应用技术均有一定要求，我们预计其在3-5 年内会有所突破。

石墨烯产业发展趋势示意图