我的煤炭网新闻综合信息选矿知识中国石墨烯产业发展状况(石墨烯的发展现状与发展前景)

  石墨烯是碳原子sp2杂化形成的蜂窝状平面薄膜，厚度小于一纳米。诺贝尔奖得主、英国曼彻斯特大学的物理学家安德烈海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫首先用微机械剥离法将它从石墨中分离出来。石墨烯具备优秀能力的抗拉强度、透光性、导电性和导热性，被称为& ldquo新世纪的标志。材料之王& rdquo。

  近年来，石墨烯概念在全世界内受到追捧，各国政府、科研院所、企业和金融机构都给予了极大的关注。根据BCC Research的最新研究报告，2022年全球石墨烯市场将达到1.95亿美元，到2023年将超过13亿美元。

  中国的石墨烯产业也在加快速度进行发展。2015年全国石墨烯市场规模约610万美元，同比增长超过336%。据初步统计，2016年已突破2000万美元。然而，在加快速度进行发展的同时，中国的石墨烯产业也一直备受争议，有业内人士质疑其会& ldquo成为下一个光伏产业& rdquo，构成了行业后续发展的障碍。

  目前我国石墨烯产业由于技术进步和成本降低缓慢，还没有大规模产业化，政府的产业扶持政策体系也在完善中。但根据目前的市场需求预测，我国石墨烯产业化将在短时间内取得突破。

  中国石墨烯产业技术创新战略联盟发布的2016年多个方面数据显示，到2022年，全球石墨烯市场规模将超过1000亿元，新能源行业锂电池和超级电容器市场规模将超过534亿元，其中中国占50%-80%。

  上游的石墨等行业相对成熟。首先，资源储量大。根据中国地质调查局的报告，中国是世界第二大石墨资源国，其基本石墨储量约占世界总储量的33%。已探明资源储量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、山东等省。

  中国是世界上最大的石墨生产国。2015年，全国石墨产量达到86万吨，占世界总产量的67.7%。目前，我国共有石墨矿194处，其中大型矿40处，中型矿19处，小型矿135处，主要分布在内蒙古、黑龙江、河北、山东、湖南、四川等地。

  同时，中国也是世界上最大的石墨出口国和消费国，2015年出口量为25.1万吨，占世界贸易量的79.0%；消费量约为61.4万吨，占世界总消费量的53.4%。

  目前，我国从事石墨烯研发、生产和应用的相关企业超过400家，约占全球石墨烯企业总数的3/4。

  从企业的地域分布来看，北方以山东青岛为主，东部以江苏常州、无锡为主，南方以广东深圳、东莞为主，中西部和东北省份有零星石墨烯企业，但未形成产业集群。典型企业有江南石墨烯研究所、常州2D碳素科技有限公司、上海南江集团、重庆绿色智能技术研究院等。

  从企业类型来看:目前主营业务为石墨烯的企业有近70家，其中石墨烯粉体相关企业超过50家，石墨烯薄膜相关企业近10家。

  从企业生产的基本工艺来看:石墨烯生产的基本工艺方面，很多企业采用微机械剥离法、化学气相沉积(CVD)法、外延生长法等传统工艺，很少有企业采用乙氧基化钠裂解法、碳纳米管切割法等复杂工艺。

  从企业规模来看:目前从事石墨烯生产的企业80%以上是中小企业，年销售额大多在百万元级别。然而，一些上市公司已开始涉足石墨烯行业。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，其中主板的徐东光电、李和股份等6家，中小板的康得新等5家，创业板、新三板其他中小企业7家。

  从企业盈利能力来看:目前石墨烯生产企业整体盈利能力非常弱。一些号称年产能100吨的生产企业，产值和盈利能力都远未达到预期，大部分处于亏损状态。2016年年中企业业绩快报显示，常州第六元素材料科技股份有限公司上半年纯利润是-1367.27万元，常州2D炭素材料为-521.40万元，青岛高华Molene为-283.80万元。

  此外，石墨烯具备优秀能力的抗静电、防辐射功能、溶胀、吸湿性、抗菌等特性，使其成为生物医用纺织材料、抗菌医用材料、柔性传感器等的新材料。

  目前，石墨烯在复合材料、锂电池、超级电容器等方面的应用。在中国已经起步，而在柔性显示、传感器、超级电容器、散热材料、半导体器件和生物医学方面的应用仍处于探索阶段。

  江南石墨烯研究院等实现了石墨烯薄膜材料与现有ITO模组工艺线的对接，在国际上成功做出电容式触摸屏手机样机；

  中国科学技术大学利用石墨烯的功能，精确快速筛选离子，制作氧化石墨烯薄膜，用于海水淡化；

  中科院上海硅酸盐研究所研发出掺氮有序介孔石墨烯，可用作高性能超级电容器的电极材料，使汽车充电7s后仅续航35km。

  但整体来看，中国的石墨烯产业链还很脆弱，一个完整成熟的上下游产业链有待巩固。目前可以说大部分企业都将资金和精力投入到了石墨烯材料的生产上，而下游的应用都集中在低附加值的产品上。一些高的附加价值的产品，因为缺乏相关人才和技术，进展不大。

  目前石墨烯技术的国际研究热点是导电性、导热性、制备方法的优化和纳米材料的制备。

  我国石墨烯技术的研究热点集中在石墨烯的制备、石墨烯纳米材料和复合材料、石墨烯在锂离子和太阳能电池电极材料以及光电器件方面。

  中国科研管理机构更加重视石墨烯有关技术研究的经费投入。2009年以来，中国科学院、科技部、国家自然科学基金委等。先后启动了多个石墨烯研究项目，包括863项目& ldquo石墨烯的可控制备及其在光电领域的应用& rdquo还有973工程& ldquo石墨烯的可控制备、物理性质及器件研究& rdquo以及一系列自然科学基金项目。

  据统计，国家自然科学基金委员会先后拨款超过3亿元用于石墨烯相关基础研究项目，其中2014年石墨烯相关研究项目385项，2015年石墨烯相关研究项目396项。

  在技术进步的同时，我国石墨烯领域的专利申请也十分火热。《2017石墨烯技术专利分析报告》显示，中国石墨烯专利申请18931件，发明17306件，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，石墨烯原料、制备技术、生产技术、检测技术相关的发明专利有2152项。

  包括原材料粉末-浆料、石墨烯薄膜、石墨烯纤维、宏观组件、量子点、多孔石墨烯等。

  从石墨烯的应用领域来看，石墨烯应用研究的专利申请有12316件，大多分布在在以下六个领域。

  医疗健康:抗静电抗菌发热、药物载体、DNA基因检测、人工骨等功能材料和产品。

  本世纪初，中国政府提出发展新能源、新材料等七大战略性新兴起的产业。石墨烯作为一种新材料，虽然行业刚刚起步，但也受到了政府主管部门的重视，出台了一些政策予以扶持。

  2012年，工信部发布《新材料产业& ldquo十二五规划& rdquo发展”，其中明确提到& ldquo积极发展纳米粉体、碳纳米管、富勒烯、石墨烯等材料& rdquo；

  2014年，国家发改委(NDRC)等发布《关键材料提升工程实施方案》，提出& ldquo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种左右关键新材料实现批量稳定生产和规模应用& rdquo；

  2015年，工信部等部门联合发布《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》，提出& ldquo以石墨烯材料的优质稳定生产、石墨烯材料的标准化、系列化和低成本为重点，构建石墨烯材料示范应用产业链，引导和提高石墨烯材料生产集中度，加快规模化应用进程，推动石墨烯产业做大做强& rdquo；

  2015年，国务院发布《中国制造2025》，提出& ldquo重视颠覆性新材料对传统材料的影响，提前做好超导材料、纳米材料、石墨烯、生物基材料等战略前沿材料的布局和发展，加快基础材料升级& rdquo。

  2017年，四部委发布的《新材料产业高质量发展指南》精确指出，要突破石墨烯材料大规模制备、微纳结构测量与表征等共性关键技术，研发大规模石墨烯薄膜制备设备和石墨烯材料专用计量测试仪器，有效控制石墨烯层数、尺寸等关键参数。以防腐涂料、复合材料、触摸屏等应用领域为重点，重点发展储能器件、功能涂料、改性橡胶、热学产品和石墨烯改性特殊功能产品，打造一批基于石墨烯材料的传感器、触摸器件、电子元器件等石墨烯产业链，形成一批产业集群。

  俗话说，标准体系的完善对于一个行业的发展至关重要。2014年9月起，我国真正开始启动石墨烯相关国家标准的制定工作。2016年8月12日，国家标准《石墨烯材料的术语、定义和代号》预审会在常州召开，预计即将发布。

  此外，江南石墨烯研究院起草的首个石墨烯检测的新方法标准《石墨烯层数测定扫描探针显微镜》(草案)也已获得国家标准委批准。

  2016年12月，广西质量技术监督局正式对外发布了《石墨烯三维结构粉体材料的检测与表征方法》、《石墨烯三维结构粉体材料的术语与定义》、《石墨烯三维结构粉体材料生产用聚合物》、《石墨烯三维结构粉体材料生产的基本工艺》、《石墨烯三维结构粉体材料生产用高温反应炉设计规范》等五项石墨烯地方标准。

  石墨是制备石墨烯的重要原料。中国石墨储量大，但同时有190多家石墨开采企业，每年开采结晶石墨和隐晶质石墨超过百万吨。由于种种原因，一些企业滥采滥挖，劫富济贫，造成了大量石墨资源的浪费。

  据中国石墨工业协会测算，按照目前的开采方式和速度，中国已探明的石墨资源最多20年就将枯竭。届时，中国将从国外进口高价石墨，从石墨大国变成石墨穷国。这给我国石墨烯产业的后续可持续发展带来严重隐患。

  尽管中国拥有全球近一半的石墨烯专利，但与发达国家相比，研发技术仍存在诸多问题。

  一是基础研究多，原始创新少。目前，国内对石墨烯的研究大多集中在电学和化学等基础领域，其中前沿的原创性成果并不多见，大多是在追赶国外的创新成果。

  二是技术强调的经济适用性差。目前国内的研究多集中在基础研究领域，如自下而上的方法制备、石墨烯在锂离子电池电极中的应用、石墨烯复合材料等。欧美发达经济体的研究大多分布在在光电器件、传感器、医药、环保材料等高端应用领域。相比之下，中国的石墨烯研发技术成果未来经济前景不佳。

  三是企业作为研发技术主体的责任没有体现。一个行业只有员工拥有强大的R&D实力，才能不断前进。遗憾的是，目前我国石墨烯研究主体多为高校和科研院所，更注重理论基础研究，成果碎片化、同质化。真正有R&D实力的公司只有几家，如深圳鸿海，但其拥有的专利数量远不如IBM、英特尔、陶氏化学、通用汽车、杜邦、东芝等跨国公司。

  中国有100多家石墨烯企业，但与三星、IBM、诺基亚、英特尔、陶氏化学等海外公司推动石墨烯材料的工业应用不同，中国企业主要是将石墨烯材料作为添加剂用于修复传统产业。

  目前国内真正能大规模量产单层石墨烯的企业不到10家。一些企业和事业单位出于通过资本炒作获取利润的投机心理，盲目夸大行业产能和产值，导致市场盲目跟风。

  还有的公司将单层与多层混为一谈，将厚度远超10个原子层的石墨烯微芯片或石墨烯纳米片产品也称为石墨烯，引起业内混乱。

  一些地方政府也推波助澜，不管有没有条件，都急于建设石墨烯产业园。据初步统计，目前国内已建成或在建的石墨烯产业园有近20个，但功能大同小异。未来同质化竞争严重，低价格局导致企业纯收入能力变弱，不利于行业发展。

  石墨烯产业是典型的& ldquo技术+资本密集型产业& rdquo研发技术和市场拓展需要大量资产金额的投入，但目前我国石墨烯产业面临着严重的资金不足问题。

  一是技术研发资产金额的投入相对薄弱。目前，全球已有80多个国家、近300家公司投入石墨烯材料的研发。英国、韩国和欧洲已经将石墨烯研究提升到战略高度。

  据了解，英国在2011-2016年投入至少2.37亿美元用于石墨烯研究，韩国计划从2012年起在7年内提供总计2.5亿美元用于石墨烯研究，而欧盟委员会甚至将石墨烯列为& ldquo未来新兴技术旗舰项目& rdquo一，并将在2013年起的10年内为石墨烯应用研究提供10.5亿美元的资助。相比之下，中国政府在石墨烯相关研究领域的投资只有近5000万美元，少得多。

  第二，企业融资困难。目前国内的石墨烯企业主要是中小企业和初创企业，骨干大多是科研院所的科研人员。他们的市场开拓和维护能力弱，导致盈利能力低，风险系数高。据此，大部分金融机构持观望态度，企业都会存在融资困难。如果后续仍然缺乏外资介入，国内这些中小型石墨烯企业最终会因为金融危机而退出市场。

  相比之下，欧美发达国家的情况要好得多，因为他们的员工多为三星、LG、IBM等大型跨国公司。企业本身有实力投入大量的人力物力对石墨烯进行长期系统的研究，政府也对此全力支持。石墨烯享有很高的市场青睐，融资渠道畅通。

  石墨烯产业是战略性新兴起的产业。要促进行业健康发展，良好的产业规划必不可少。而我国在石墨烯领域还没有国家宏观规划。建议做好石墨烯产业中长期发展规划，明确产业高质量发展的阶段目标、重点任务和保障措施，使产业高质量发展总体有序。

  一是做好上游原材料的开发调配，坚持& ldquo集约高效& rdquo原则，统筹开发石墨资源，改变目前乱采滥挖的现象，为石墨烯产业后续的可持续发展提供充足的资源保障。

  二是要做好石墨烯加工应用领域的市场引导，减少市场的浮夸和盲目跟风，确保行业的稳定和有序。

  第三，要站在国家科技战略的高度，合理的安排石墨烯研发技术流程，改变& ldquo散而单枪匹马& rdquo研发技术模式，集中有限的科研经费和人力，向高端石墨烯技术应用领域进军，奠定中国在全球石墨烯产业竞争格局中的有利地位。

  我国石墨烯产业尚处于起步阶段，急需产业政策的支持。建议各级主管部门对本地区石墨烯产业高质量发展现在的状况进行摸底调查，找出产业高质量发展的主要方向和主要瓶颈，出台政策鼓励企业走差异化发展之路。

  在用地、用电、科研投资方等方面给予支持，减轻中小企业金钱上的压力，使其轻装上阵。同时，也要注重财政补贴机制的完善，借鉴我国光伏产业高质量发展的经验教训，培养人才& ldquo迷失的行走& rdquo以企业集群为目标，逐步减少企业对财政补贴的依赖，最终形成自己的核心竞争力，融入市场发展的大潮，成为产业高质量发展的中坚力量。

  中国的石墨烯产业正处于从实验室走向产业化的过程中。行业发展趋势和盈利模式尚不明确，制约因素较多。政府要及时介入和引导，帮助行业突破瓶颈。

  首先是突破市场规模小的瓶颈。要培育有突出贡献的公司，深入实施& ldquo发布、管理和服务& rdquo理念，找出关键的几个，精准扶持，帮他们做大做强，产生行业示范和引领作用，推动整体市场规模做大。

  二是突破高品质人才短缺的制约。要注意吸引、聚集和培养智慧，一方面在全国& ldquo千人计划& rdquo在实施过程中，加大引进世界级石墨烯研发技术人才；另一方面，要培养本土顶尖人才，大力实施& ldquo创新人才推进计划& rdquo等等，培养青年领军人才，逐步建立具有较强R&D能力和创造新兴事物的能力的全球顶尖石墨烯技术R&D梯队。

  三是突破的障碍。要搭建好融资发展平台，用政策措施激发市场热情，开发符合石墨烯产业特点的金融理财产品和服务，让天使投资、科技保险、科技小贷等新型金融业态，将成为保障石墨烯产业高质量发展的有力资金渠道。

  任何行业的发展不能离开良好的市场环境和完善的标准和技术服务体系。政府应发挥主导作用，为石墨烯产业营造良好的发展环境。

  一是建立健全行业规范，设立准入门槛，加强行业自律，整合& ldquo麻烦制造者& rdquo淘汰，净化市场发展环境，增强行业信心。

  二是要依托相关协会、学会等行业中介组织，加快完善行业标准体系，使行业发展有章可循。同时，应热情参加石墨烯国际标准制定的分工，使中国在石墨烯研发方面积累的优势转化为标准优势，努力掌握全球石墨烯产业高质量发展的主导权。

  中国的石墨烯产业起步了，但是产业链还很脆弱，存在& ldquo原材料开采无序，高端应用技术研发薄弱，产业秩序混乱，企业融资困难& rdquo以及其他诸多问题和风险影响行业后续健康发展。有关部门应该& ldquo做好产业高质量发展规划，完善有关政策，着力突破市场规模小、高品质人才短缺、发展资金不足等问题，努力构建良好的市场发展秩序环境& rdquo促进中国石墨烯产业的可持续发展。