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中国石墨烯产业发展现状与风险分析

发布时间:2019-10-28 18:09 发布者: 
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  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。

  1、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%。

  (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: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: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: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。

  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2.6亿吨,预测资源潜力18.7亿吨,主要分布在黑龙江、内蒙古和山东等省区。

  中国是世界第一大石墨生产国,2015年全国石墨产量达到86万吨,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。

  中国同时也是世界第一大石墨出口国和消费国,2015年出口量为25.1万吨,占世界贸易量的79.0%;消费量约为61.4万吨,占世界消费总量的53.4%。

  ②石墨烯生产加工业

  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。

  从企业地理分布来看: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。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、中科重庆绿色智能技术研究院等。

  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。

  从企业生产技术来看: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9月14日,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、力合股份等6家公司,中小板的康得新等5家企业以及创业板、新三板的其他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年年中的企业业绩报告,上半年常州第六元素材料科技股份有限公司净利润为-1367.27万元,常州二维碳素材料净利润为-521.4万元,青岛华高墨烯净利润为-283.8万元。

  ③下游应用业

  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。

  作导电添加剂,可进一步降低电池的内阻,提高电池倍率性能和循环寿命;

  作导热材料,对热导纤维和导热塑料等进行改性,可提升材料的散热能力;

  作新型导电油墨和塑料主填充料,可调节导电油墨的电阻率和附着性能;

  作防腐漆膜骨架,可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。

  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。

  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。目前可以这么说,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)石墨烯技术与专利

  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;

  中国关于石墨烯的技术研究热点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《2017石墨烯技术专利分析报告》,石墨烯中国专利申请 18931 件,发明数量 17306,实用新型 1616件,外观 9 件。其中 PCT 发明专利 737 件,数据检索时间为 2017 年 3 月 1 日。

  目前涉及石墨烯原材料、制备技术、生产工艺和检测技术的发明专利一共有2152件。

  原材料包括粉体-浆料、石墨烯膜、石墨烯纤维、宏观组装体、量子点、多孔石墨烯等;

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