石墨烯产业发展概况

石墨烯产业概况 一、概况 石墨烯是一种由碳原子以sp2 杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，厚度在一个纳米以下，最早是由诺贝尔奖获得者——英国曼彻斯特大学物理学家AndreGeim 和Konstantin Novoselov 用微机械剥离法从石墨中分离得到的。石墨烯具有非常良好的抗拉强度及透光、导电和导热性能，被誉为新世纪的“材料之王”。

近年来，石墨烯概念在全球受到追捧，各国政府、科研院所、企业和金融机构等都对此给予了较大关注。根据BCC Research 最新研究报告预测，2018 年全球石墨烯市场规模将达到1.95 亿美元，到2023 年将超过13 亿美元。中国石墨烯产业发展也较快，2015 年全国石墨烯市场规模约610 万美元， 同比增长超过336%，初步统计2016 年已突破2000 万美元。然而在快速发展的同时，中国的石墨烯产业也饱受争议，业界有人质疑其将“沦为下一个光伏产业”，给产业的后续发展构成障碍。

二、中国石墨烯产业发展现状 由于技术进步和成本下降速度不够快的原因，目前中国的石墨烯行业还没有出现大规模产业化，政府的产业扶持政策体系也在完善过程中。但依据目前的市场需求预测，中国的石墨烯产业化将会在较短时间内取得突破。中国石墨烯产业技术创新战略联盟发布的2016 年数据显示，到2020 年，全球石墨烯市场规模将超过1000 亿元， 新能源行业的锂电池和超级电容市场规模将突破534 亿元，其中中国占比50%～80%。

2.1 产业链发展现状 按照产品属性进行划分，石墨烯产业可分为上游、中游和下游三个部分。上游为石墨烯的原材料产业，包括石墨开采和烃类物质加工等；中游是石墨烯的生产加工产业，包括石墨烯薄膜、石墨烯粉体等产品的加工等；下游是石墨烯的应用，主要包括半导体、柔性电子、生物医药、环保等领域。总体来看，石墨烯产业的上中下游发展程度不同。

2.1.1 石墨产业 上游的石墨等产业发展较为成熟。首先，资源储量较大。据中国地质调查局的报告，中国是世界第二大石墨资源国，石墨基础储量约占世界总储量的33%，已查明资源储量2.6×108t，预测资源潜力18.7×108t，主要分布在黑龙江、内蒙古和山东等省区。从产量来看， 中国是世界第一大石墨生产国，2015 年全国石墨产量达到86×104t，占世界总产量的67.7%。目前国内有石墨矿山194 座，其中大型矿山40 座，中型19 座，小型135 座，主要分布在内蒙古、黑龙江、河北、山东、湖南及四川等地。

中国同时也是世界上最大的石墨出口国和消费国，2015 年出口量为25.1×104t，占世界贸易量的79.0%； 消费量约为61.4×104t，占世界消费总量的53.4%。

2.1.2 石墨烯生产加工业 石墨烯生产加工是产业链的中游，目前中国从事石墨烯研发、生产和应用的相关企业数量超过400 家，约占全球石墨烯从业企业总量的3/4。典型的从业企业有江南石墨烯研究院、常州二维碳素科技有限公司、上海南江集团( 技术由中科院宁波材料所提供)、中科重庆绿色智能技术研究院等。在企业的地理分布上，北部以山东青岛为主，东部以江苏的常州、无锡为主，南部以广东省的深圳、东莞为主，在中西部地区和东北各省份有零星的石墨烯从业企业，但未形成产业集群。从企业类型上看，目前将石墨烯作为主营业务的企业有近70 家， 其中包括石墨烯粉体相关企业50 多家，石墨烯薄膜相关企业近10 家。在石墨烯的生产技术方法上，采用微机械剥离法、化学气相沉积法(CVD)、外延生长法等传统技术的企业较多，采用乙氧钠裂解法和切割碳纳米管法等复杂技术的较少。从企业规模上看，目前从事石墨烯生产的企业80%以上为中小型企业，年销售额多数在百万元级别。不过已有一些上市企业开始涉足石墨烯产业。据初步统计，截至2016 年12月，共有18家上市公司参与石墨烯产业链布局，其中包括主板的东旭光电、力合股份、新华锦、方大碳素、中天科技等6 家公司，中小板的康得新、中科电气等5 家企业以及创业板、新三板第六元素、二维碳素、凯纳股份、华高墨烯等7 家中小企业。从企业盈利情况来看，目前石墨烯生产企业的总体盈利能力很弱。一些宣称具备百吨年产能的生产企业， 企业产值和盈利能力远远没有预期的高，多数企业处于亏损状态。根据2016 年的企业业绩报告，上半年常州第六元素材料科技股份有限公司净利润为-1884.85 万元，常州二维碳素材料净利润为-938.74万元，青岛华高墨烯净利润为-314.5万元。

2.1.3 下游应用业 下游产业是石墨烯的应用领域。石墨烯特殊的平面二维结构，有利于电子的传输，因而有多方面的应用。其可以作为导电添加剂，进一步降低电池的内阻，从而提高电池倍率性能和循环寿命；可以作为导热材料，对热导纤维和导热塑料等进行改性，提升材料的散热能力；可以用作新型导电油墨和塑料的主填充料，调节导电油墨的电阻率和附着性能；可在防腐漆膜中承担骨架作用，提高膜的抗腐蚀效能。另外，石墨烯优异的抗静电、防辐射功能和溶胀性、吸湿性、抗菌性等其他方面特性，使之可以为生物医用纺织材料、抗菌医用材料、柔性传感器等提供新材料。

目前来看，中国在复合材料、锂电池、超级电容等方面的石墨烯应用已开始起步， 而在柔性显示、传感器、超级电容器、散热材料、半导体器件及生物医药等领域的应用还处在探索阶段。近两年来，国内一些科研机构在石墨烯材料的应用上取得了一些突破。其中江南石墨烯研究院等实现了石墨烯薄膜材料和现有ITO 模组工艺线的对接，在全球成功制成电容触摸屏手机样机；中国科技大学利用石墨烯精确快速筛选离子的功能，制成用于海水淡化的石墨烯氧化薄膜；中科院上海硅酸盐所研制出氮掺杂有序介孔石墨烯，用作高性能超级电容器电极材料，使汽车只需充电7s，续航就能达到35km，等等。

不过从整体来看，中国石墨烯产业链还很脆弱，完整的、成熟的上下游产业链有待巩固。目前，大部分从业企业把资金和精力都投在石墨烯的材料生产上，而下游应用集中于低附加值产品上，一些高附加值产品因为缺乏相关人才和技术，进展甚微。

2.2 技术与专利 目前，国际上关于石墨烯的技术研究热点是导电性、导热性、制备方法优化以及纳米材料制备等，而中国的研究则集中在石墨烯制备、石墨烯纳米材料及复合材料、石墨烯在锂离子与太阳能电池电极材料及光电器件等方面。

中国的科研管理机构较为重视对石墨烯相关技术研究的资助。从2009 年开始，中国科学院、科技部、国家自然科学基金委等相继启动了多个石墨烯研究项目，其中包括863 计划课题“石墨烯的控制制备及其在光电领域的应用”和973 计划课题“石墨烯的可控制备、物性与器件研究”，以及一系列的自然科学基金项目等。据统计，国家自然科学基金委已陆续拨款超过3 亿元，用于资助石墨烯相关基础研究项目，其中2014 年资助石墨烯相关研究项目385 项，2015 年资助石墨烯相关研究项目396 项。

在技术进步的同时，中国石墨烯领域的专利申请也很火热。根据中国石墨烯产业技术创新战略联盟和中科院宁波材料技术与工程研究所等联合发布的《2015 石墨烯技术专利分析报告》， 截至2015 年4 月3 日， 共检索到中国石墨烯专利申请7955 件，其中发明数量7690 件，实用新型444 件，外观1 件。从专利申请的国别看，属于国内申请的有7612件，占95.7%；属于国外申请的有343 件，占4.3%。从专利申请主体看， 国内共有专利申请主体1614 个，其中包括881 家企业(占比54.6%)、325 个大学( 占比20.1%)、280 名个人( 占比17.3%) 和128家其他研究机构(占比7.9%，含中科院)。但从专利归属看，企业并不是专利申请最多的主体，其中中科院占有专利申请总量的9.2%， 其他大学占有专利申请总量的46.6%，而企业和个人只占专利申请总量的38.5%。

从专利分布领域看，以石墨烯应用研究方面的专利申请为主，共5086 件。国内石墨烯应用研究主要集中在储能(锂离子电池、超级电容器、太阳能电池、燃料电池等)、复合材料( 催化剂、导电/导热材料、吸波材料等)、电子信息(透明导电薄膜、信息存储、光电器件等)和传感器(生物及化学传感器、物理传感器)等八大领域，其中申请量较多的主要有储能(专利申请量1432 件，占总申请量的28%)和复合材料(专利申请量1675 件，占总申请量的33%)。

2.3 产业政策 中国政府在本世纪初提出要发展新能源、新材料等七大战略新兴产业。石墨烯作为新材料中的新贵，虽然产业刚起步，但也受到了政府主管部门的重视，出台了一些政策予以支持。2012 年，工信部发布《新材料产业“十二五”发展规划》，明确提到“积极开发纳米粉体、纳米碳管、富勒烯、石墨烯等材料”；2014 年， 国家发改委等发布了《关键材料升级换代工程实施方案》，提出“到2016 年，推动新一代信息技术、节能环保、海洋工程和先进轨道交通装备等产业发展急需的大尺寸单晶硅、宽禁带半导体及器件、新型平板显示玻璃、石墨烯……等20 种左右重点新材料实现批量稳定生产和规模应用”；2015 年， 工业和信息化部等部门联合下发《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》，提出“着力石墨烯材料高质量稳定生产，着力石墨烯材料标准化、系列化和低成本化，着力构建石墨烯材料示范应用产业链，着力引导提高石墨烯材料生产集中度， 加快规模化应