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2018年石墨烯产业发展现状分析报告

2018年石墨烯产业发展现状分析报告目录一 产业概况(一)产业规模(二)产业链分析1. 产业链上游2. 产业链中游3. 产业链下游(三)石墨烯产业区域分布1. 石墨烯产业全球分布2. 我国石墨烯产业区域分布(四)国内外重点企业动态二 产业技术进展(一)国外技术进展(二)国内技术进展三 产业发展问题及对策建议(一)石墨烯产业发展存在的问题(二)政策建议图表目录表1 石墨烯制备方法表2 石墨烯应用产品及相关企业表3 我国石墨烯主要产区企业分布表4 国内主要石墨烯企业动态表5 各国石墨烯技术动态表6 我国石墨烯技术动态图1 2011-2017年我国石墨烯企业增长情况图2 石墨烯技术专利申请数量的年度分析图3 我国受理的石墨烯专利公开数量年度变化趋势图4 全球石墨烯专利受理地区及机构分析图5 我国新注册石墨烯企业地区分布摘 要:㊀石墨烯作为最受关注的新材料,2017年产业化进程不断加快,但受制于制备技术工艺不成熟㊁应用市场缺少实质性产品,石墨烯突破产业化瓶颈尚需时日㊂与此同时,我国石墨烯产业在发展过程中逐渐显现出同质化发展的苗头㊂未来,需要进一步优化石墨烯产业市场环境,加强政策支撑㊁服务支撑㊁产业支撑,提高石墨烯市场集中度和产业竞争力,以推动石墨烯产业持续健康发展㊂一 产业概况总体来看,2017年石墨烯产业延续了近几年火热的势头,依然是社会关注度最高的新材料,产业规模不断扩大呈爆发式增长势头,技术专利数量快速增长,正在接近实现产业化㊂但是,从产业生命周期的角度看,石墨烯产业仍处在导入期:大量企业进入㊁中小企业为主㊁中上游产业发展速度相对较快㊁产业下游缺乏具有实质性应用产品,石墨烯产业化道路任重而道远㊂(一)产业规模石墨烯产业市场规模较小,但预期增长势头强劲㊂石墨烯作为新兴产业,尚缺少相应的产业统计口径和统计基础,目前只有少数行业组织㊁咨询公司给出了粗略的估算数据㊂不同机构的数据虽存在较大差距,但均显示石墨烯产业市场规模不大㊁市场增长空间大的特征㊂例如,中国石墨烯产业技术创新战略联盟发布的‘2017全球石墨烯产业研究报告“显示,2016年底全国石墨烯市场总体规模突破40亿元,2017年底有望突破100亿元,预计到2020年全球石墨烯市场规模将突破1000亿元人民币㊂咨询公司锡安市场研究发布的数据显示,2016年全球石墨烯市场价值仅为3200万美元,2022年预计增长至1 9368亿美元,2017 2022年的复合年均增长率达35%㊂企业大规模进入石墨烯行业,中小企业是主力军㊂统计数据显示,当前我国石墨烯行业共有企业407家,其中自2015年开始大量企业进入石墨烯行业,2015年有52家企业进军石墨烯领域,2016年呈现爆炸式增长,有151家企业布局石墨烯产业,新增企业数量增长了近两倍,2017年继续延续了2016年势头,截至12月19日已有137家企业进入石墨烯市场(见图1)㊂虽然石墨烯行业已云集了400多家企业,但整体而言,企业规模不大,以中小企业为主,规模在5000万元以下的中小企业占比87 5%㊂石墨烯专利申请呈逐年递增趋势,中㊁美㊁韩占据前三名㊂中国和全球的石墨烯专利申请情况再次印证了石墨烯产业的变化趋势和火热程度㊂2008年之前,石墨烯的专利申请数量微乎其微,到2009年后开始缓慢增长,且增速呈加速增长趋势,2014 2016年,中国和全球石墨烯专利申请数量以爆炸式速度增长,每年增长1000多件,其中,中国是石墨烯专利申请数量最多和增长速度最快的国家,目前中国石墨烯专利申请数量占全球总数的46%,美国㊁韩国分别占14%㊁13%㊂而我国机构虽然在专利申请数量上表现很好,但是基本上都以国内申请为主,专利质量总体不高,基础核心专利数量较少㊂具体见图2至图4㊂图1㊀我国石墨烯企业增长情况资料来源:Wind,2017年数据统计时间为2017年12月19日㊂图2㊀石墨烯技术专利申请数量的年度分析资料来源:‘2017石墨烯技术专利分析报告“㊂(二)产业链分析1 产业链上游石墨烯产业的上游主要包括用于制备石墨烯原材料的石墨矿藏以及相关制备装备㊂在石墨矿产方面,USGS资料显示,巴西㊁中国㊁印度和墨西哥图3㊀我国受理的石墨烯专利公开数量年度变化趋势资料来源:‘2017石墨烯技术专利分析报告“㊂图4㊀全球石墨烯专利受理地区及机构分析资料来源:‘2017石墨烯技术专利分析报告“㊂的石墨储量占全球92 77%㊂中国石墨储量占全球储量的33%,黑龙江㊁山东两地石墨矿资源最为集中,其中山东青岛黑龙石墨有限公司是国内比较著名的石墨生产公司,目前主要生产中碳石墨㊁高碳石墨㊁石墨散热片等产品㊂我国石墨虽然矿藏较大,但企业以中小企业为主,技术落后㊁产品同质化严重,导致石墨资源价格被压低㊁资源浪费比较严重㊂在石墨烯研制设备方面,欧㊁美㊁日是生产化学气相沉积设备(CVD设备)的国家和地区㊂我国上海㊁沈阳㊁青岛等公司均成功研制出CVD设备,在一定程度上打破了国外的垄断,但高端装备仍在一定程度上依赖进口㊂2 产业链中游石墨烯材料的研制是石墨烯产业链的核心环节,也是发展石墨烯产业的重要突破口,如何低成本规模化生产高品质石墨烯材料是石墨烯实现产业化的关键点㊂石墨烯材料主要包括石墨烯薄膜和石墨烯片①,石墨烯的研制主要包括液相和热剥离法㊁化学气相沉积法㊁氧化还原法等,具体见表1㊂目前韩国㊁美国㊁日本在石墨烯制备方面处于领先地位,如美国的ACSMaterial㊁GraftechinternationalLtd㊁AmericanGraphiteTechnologies等公司,韩国的GrapheneSquare㊁Samsung㊁LG等公司,日本的IncubationAlliance㊁Sony㊁GraphenePlatformCorp等公司均是世界著名的石墨烯材料生产企业,中国的墨希科技㊁二维碳素等企业也具有较强的石墨烯材料生产能力㊂表1 石墨烯制备方法制备方法制备过程制备用途优点缺点液相和热剥离液相剥离的石墨烯(或者其他的层状材料)是利用溶剂的表面张力增加石墨烯的结晶面积的方法制得石墨烯油墨和颜料将会被用于电子㊁电磁屏蔽㊁隔离涂层㊁散热㊁电容器等产业中是一种潜在量化生产高质量石墨烯的方法单层石墨烯的产量依然相对较低①根据‘石墨烯材料的术语㊁定义及代号“(征求意见稿),石墨烯材料还包括石墨烯量子点㊁石墨烯纳米带㊁三维石墨烯网络等㊂续表制备方法制备过程制备用途优点缺点化学气相沉积反应物质在气态条件下发生化学反应,生成固态物质沉积在加热的固态基体表面,进而制得固体材料的工艺技术薄膜已经用在透明的导电涂层中(例如接触屏)成本低㊁可控性好㊁可大规模制备存在晶界㊁片层过厚等缺陷氧化还原法将天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化石墨(GO),经过超声分散制备成氧化石墨烯(单层氧化石墨),加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团,如羧基㊁环氧基和羟基,得到石墨烯制备成本低廉且容易实现宏量制备容易带来废液污染和制备的石墨烯存在一定的缺陷SiC上合成通过硅原子的升华使石墨层在碳化硅晶体中碳或者硅的表面上生长,从而得到一个石墨化的表面石墨烯样品可以作为电阻的测量标准,在较高温度下,相较于传统的六方结构的砷化镓,这种石墨烯已经具有更高的电阻精度这种石墨烯有着接近几百个微米的晶体,得到的质量比较好碳化硅晶体的价格比较贵,需要的温度较高㊀㊀3 产业链下游石墨烯因其独特的光㊁热㊁电㊁力等特性,在储能㊁电子器件㊁复合材料㊁涂层等领域拥有广阔的应用空间,这也是石墨烯被誉为 新材料之王 的主因㊂其中,储能方面包括将石墨烯用作添加剂生产锂离子电池㊁超级电容㊁燃料电池等,电子器件方面包括用石墨烯薄膜等生产显示屏㊁晶体管,石墨烯涂料可以应用于导电油墨㊁抗静电㊁电池屏蔽㊁气体屏障材料中,光子学领域包括生产光电探测器㊁光调制器㊁光学偏振控制器等㊂总体来看,石墨烯材料虽然拥有广阔的应用空间,但受制于石墨烯材料制备㊁消费市场认可度不高㊁研发进程相对缓慢㊁缺乏实质性产品等原因,目前石墨烯广阔的应用市场还处开辟阶段(见表2)㊂表2 石墨烯应用产品及相关企业应用类型相关企业触控显示屏二维碳素㊁格菲电子㊁重庆墨希科技㊁辉锐㊁三星㊁索尼㊁东芝电化学储能器件东旭光电㊁超威电池㊁海宝电池㊁正道集团㊁玉皇新能源㊁国轩高科㊁立方能源㊁中车集团㊁Grabat㊁三星㊁VorbeckMaterials㊁SkeletonTechnologies㊁ZapGocharger涂料中科院宁波材料技术与工程研究所㊁道森新材料㊁华高墨烯㊁AppliedGrapheneMaterials㊁Graphenstone电子纸奥翼电子㊁德国PlasticLogic导电油墨VorbeckMaterials㊁Hydale轮胎华高墨烯㊁第六元素㊁Vittoria水处理济宁利特㊁LockheedMartinLED照明山东晶泰星㊁GrapheneLighting㊁ExposureLights车辆工程Briggs㊁Dassi理疗产品二维碳素㊁烯旺科技㊁圣泉集团㊁凌拓科技纺织服装圣泉集团㊁烯旺科技㊁意大利DirectaPlus㊁OrosApparel运动器材胜利体育(Victor)㊁HEAD㊁Catlike㊁CenturyComposites㊁G⁃Rods导热膏Thermene电子标签SirenTechnology㊁GrapheneSecuriy㊀㊀资料来源:‘2017石墨烯技术专利分析报告“㊂(三)石墨烯产业区域分布1 石墨烯产业全球分布目前全球石墨烯产业基本形成了美㊁中㊁韩㊁日㊁欧五足鼎立的局面㊂石墨烯作为广受关注的新材料,受到了各国政府的高度关注,各发达国家纷纷出台了相应政策措施,以支持石墨烯产业发展,及时抢占石墨烯产业发展战略高地㊂如欧盟的 石墨烯旗舰 行动计划,英国着力打造 国家石墨烯研究院 和 石墨烯工程创新中心 ,美国充分利用国家自然科学基金资助石墨烯研究,韩国成立石墨烯联盟等㊂凭借雄厚的经济基础和大规模的研发投入,欧㊁美㊁日㊁韩㊁中已成为世界石墨烯研发和制备的中心㊂中国虽然在石墨烯研发和应用的总数上一直处于领先地位,但中国石墨烯研发以中小企业和科研机构为主,基础研发㊁战略研发较少,科技成果转化率有待提高;欧㊁美㊁日㊁韩等地区则主要是大型公司开展石墨烯研发生产,如三星㊁IBM等,企业研发不仅注重成果转化,同时也注重基础研发㊁战略性技术产品研发㊂2 我国石墨烯产业区域分布我国石墨烯产业基本形成以东南沿海为核心㊁内陆地区多点开花的格局㊂目前,我国江苏㊁广东㊁福建等东南沿海地区凭借其发达的产业支撑㊁雄厚的科研实力,在我国石墨烯产业发展过程中牢牢占据了第一集团,产业规模㊁企业数量㊁科研成果遥遥领先其他地区,形成了常州石墨烯科技产业图5 我国新注册石墨烯企业地区分布资料来源:Wind数据库,数据统计时间截至2017年12月19日㊂园㊁无锡石墨烯产业园㊁宁波石墨烯产业园等著名的产业集群㊂其中,江苏省是我国石墨烯产业最发达也是发展速度最快的地区,已经形成了 1+1+4 的产业创新格局㊂我国石墨烯企业数量分布见图5㊁表3㊂此外,山东㊁北京㊁河北㊁四川等地也因在资源㊁科研㊁产业政策方面具有一定的优势,形成了一些比较有特色的企业,如青岛国际石墨烯科技创新园,德阳烯碳科技有限公司是国内最早掌握石墨烯规模化制备的企业之一㊂表3 我国石墨烯主要产区企业分布地区公司名所在城市产品类型长三角宁波墨西科技有限公司浙江慈溪石墨烯微片㊁石墨烯涂料浙江碳谷上希材料科技有限公司浙江杭州氧化石墨烯上海碳源汇谷新材料科技有限公司上海石墨烯产品及其应用上海新池能源科技有限公司上海石墨烯微片常州第六元素材料科技股份有限公司江苏常州氧化石墨(烯)/石墨烯粉体,石墨烯防腐涂料常州二维碳素科技股份有限公司江苏常州大面积石墨烯透明导电薄膜及石墨烯电容式触控模组常州墨之萃科技有限公司江苏常州石墨烯粉体及导电和导热浆料苏州格瑞丰纳米科技有限公司江苏苏州经营氧化石墨烯粉体及浆料及其应用开发苏州恒球石墨烯科技有限公司江苏苏州经销各类石墨烯粉体㊁浆料和薄膜产品无锡格菲电子薄膜科技有限公司江苏无锡石墨烯薄膜研发㊁生产㊁销售江苏悦达新材料科技有限公司江苏盐城碳类新材料应用的开发㊁合作与经营南京吉仓纳米科技有限公司江苏南京CVD石墨烯膜系列南京先丰纳米材料科技有限公司江苏南京进口石墨烯㊁国产石墨烯㊁氧化石墨烯㊁氧化石墨珠三角鸿纳(东莞)新材料科技有限公司广东东莞石墨烯微片及其应用开发京津冀北京莹宇电子科技有限公司北京多孔石墨烯电极材料格雷菲尼(北京)科技有限公司北京以粉体技术设备和新型纳米材料为主导产品天津普兰纳米科技有限公司天津各类石墨烯唐山建华科技发展有限责任公司唐山氧化石墨烯㊀㊀资料来源:‘2017石墨烯技术专利报告“㊂(四)国内外重点企业动态目前,世界各主要国家和地区云集了一大批企业从事石墨烯研制以及应用产品的开发,这其中既包括美国的IBM㊁沃尔贝克材料公司,韩国的三星集团,日本的东芝㊁索尼㊁石墨烯平台公司等大型企业,也包括一些新进入的中小企业,如中国的宁波墨西科技有限公司㊁重庆墨希科技有限公司㊁上海碳源汇谷新材料科技有限公司㊁常州二维碳素科技股份有限公司等㊂本文选取其中具有代表性的公司,对其主要业务和最新石墨烯研制动态进行跟踪介绍,具体见表4㊂表4 国内主要石墨烯企业动态企业主要业务动态上海碳源汇谷新材料科技有限公司石墨烯研制及应用上海市第一个完成备案的全面㊁系统的关于石墨烯材料的企业标准常州二维碳素科技股份有限公司从事大面积石墨烯薄膜及石墨烯触控模组的研发㊁制造在石墨烯高导电复合膜方面取得重大技术突破重庆墨希科技有限公司石墨烯薄膜材料生产及相关应用产品开发成功申报石墨烯薄膜制造装备重庆市工业和信息化重点实验室宁波墨西科技有限公司石墨烯材料的生产㊁销售和应用技术研发,2015年石墨烯产能达到500吨公司总经理担任浙江省石墨烯制造业创新中心董事长;中标工信部工业强基石墨烯微片 项目厦门凯纳石墨烯技术股份有限公司集石墨烯的研发㊁生产㊁销售和应用开发于一体建成福建省内首条千吨级石墨烯锂电池导电浆料生产线烯旺集团专注石墨烯发热技术研发及应用2017年12月,深圳市龙岗区人民政府与烯旺科技签署战略合作协议IBM石墨烯薄膜生产及在集成电路㊁晶体管等电子元器件的应用利用晶圆级石墨烯合成出最先进的多功能集成电路美国沃尔贝克材料公司专注石墨烯在导电油墨㊁复合涂料等领域应用研究同蓝水防务公司合作推出具有军事性能的可穿戴式石墨烯天线韩国三星集团石墨烯制备及在储能㊁电子器件㊁导电薄膜的应用研究研发出基于石墨烯材料的新电池技术,将电池速度提升5倍㊁容量增加到45%续表企业主要业务动态韩国电子通讯研究院从事OLED面板研制利用由石墨烯生产出的透明电极,制造出一块OLED面板日本石墨烯平台公司从事石墨烯研制与应用开发通过向离子液体中照射微波造石墨烯,能够快速高效获得浓度和品质的石墨烯英国Dassi公司从事自行车生产发布了第一款石墨烯自行车英国Briggs汽车公司汽车及零部件生产生产出石墨烯壳体用于车尾后轮拱位置㊀㊀资料来源:笔者根据相关资料整理㊂二 产业技术进展当前石墨烯产业技术进展主要集中在两方面,一方面是沿着大规模量产的方向推动石墨烯研制技术和工艺的改进,例如改进化学气相沉积法制备石墨烯及其转移技术,另一方面是利用石墨烯的物理化学性能,不断拓展石墨烯的应用领域,这方面的技术研究进展主要集中于石墨烯在储能㊁复合材料㊁热管理㊁传感器㊁触摸屏㊁高性能计算机等领域的应用㊂(一)国外技术进展美㊁韩是除中国外申请石墨烯专利最多的国家,这些国家在石墨烯领域的技术进展代表了全球石墨烯技术研究的主要方向和最高水平㊂美国在石墨烯领域的研发主要依托大学和公司,其中大学主要集中在石墨烯制备技术上的突破,如威廉马歇莱思大学在氧化石墨烯制备及掺杂技术上取得了突破并申请了相应专利;IBM和沃尔贝克材料公司则集中精力探索利用石墨烯改进其公司产品性能㊂韩国的石墨烯进展主要集中在三星集团㊁LG集团及成均馆大学,其中三星集团不仅在石墨烯研制方面取得了重要进展,在石墨烯应用领域也取得了不少新突破(见表5)㊂表5 各国石墨烯技术动态主要国家及研究机构技术动态制备技术应用技术美国威廉马歇莱思大学利用富勒烯及碳纳米管领域的研究优势,开展石墨烯制备研究,如氧化石墨烯制备及掺杂技术应用研究领域机制柔性显示㊁传感器及存储器,如制造碳纳米管薄膜,用于触摸屏得克萨斯大学集中在氧化石墨烯制备技术㊁石墨烯薄膜的CVD制备技术,如制造石墨烯导电层堆叠OLED集中在电化学储能器件领域,如制造用于半导体涂层的石墨烯涂料IBM公司 开展石墨烯场效应晶体管(FET)和介电层相关研究;利用主流CMOS工艺制备成功首个多级石墨烯射频接收器沃尔贝克材料公司在导电油墨㊁印刷电路㊁增强复合材料等领域开展研究,例如制造导电油墨用于印刷集成电路和电路板韩国三星集团利用化学气相沉积法㊁氧化还原法㊁有机合成等方法制备石墨烯,如采用化学气相沉积法催化金属表面制备石墨烯薄膜储能㊁透明导电薄膜㊁电子器件等,如利用石墨烯作为沟道研制半导体发光装置LG集团采用化学气相沉积法㊁氧化还原法㊁插层剥离法制备石墨烯㊁石墨烯分散液制备石墨烯,如制造一种功能层包含石墨烯复合物的反渗透膜储能㊁LED&OLED㊁透明导电薄膜㊁复合材料㊁传感器㊁电磁屏蔽㊁电缆,如石墨烯作为燃料电池催化剂材料成均馆大学利用化学气相沉积法和氧化还原法制备石墨烯,如石墨烯的卷对卷转移方法透明导电薄膜㊁电子器件等,如制造用于电子器件的三维石墨烯三星集团㊁韩国首尔国立大学㊁韩国电气研究院㊁SDI研发中心研制出一种石墨烯-SiOx组装的石墨烯球作为涂层材料用于高容量富镍层状正极材料和锂电池负极材料续表主要国家及研究机构技术动态制备技术应用技术英国剑桥大学通过对器件增加一个增强型光学谐振器,成功增强了石墨烯/硅界面的光吸收能力,将器件的响应度从原来的5mA/W增强至240mA/W曼彻斯特大学利用石墨烯㊁六方氮化硼(hBN)和二硫化钼(MoS2)制成小尺寸狭缝,用来开发高通量过滤器㊀㊀资料来源:笔者根据‘2017石墨烯专利技术分析报告“及相关资料整理㊂(二)国内技术进展我国石墨烯技术进步主要集中在石墨烯制备和应用两个领域,涉及石墨烯原材料㊁制备技术㊁生产工艺及检测技术和石墨烯应用产品㊂我国石墨烯研发力量有三块,一是大学,如浙江大学㊁哈尔滨工业大学㊁清华大学㊁东南大学等,二是中科院系统,如中科院宁波材料所㊁重庆绿色智能研究院㊁上海微系统与信息技术研究所,三是企业系统,如成都新柯力化工科技有限公司㊁中国航空工业集团公司北京材料研究院㊁重庆墨希科技有限公司㊁常州二维碳素科技有限公司等㊂我国石墨烯技术动态详细情况见表6㊂表6 我国石墨烯技术动态制备方法领域主要技术动态通过Top⁃Down途径制备石墨烯石墨烯原材料㊁制备及检测技术原材料主要包括粉体 浆料㊁石墨烯膜㊁石墨烯纤维㊁宏观组装体㊁量子点㊁多孔石墨烯等产品的研制制备技术主要分为机械剥离㊁插层剥离㊁化学氧化还原㊁电化学制备技术等技术方向生产工艺分离 提纯 分散㊁功能改性㊁检测㊁设备续表制备方法领域主要技术动态通过Top⁃Down途径制备石墨烯应用领域储能主要集中在锂离子电池㊁超级电容器㊁太阳能㊁铅酸电池㊁燃料电池等领域的应用研究㊂其中,超级电容主要分布在石墨烯/导电高分子复合材料㊁石墨烯/金属氧化物复合材料㊁石墨烯/碳(碳纳米管)复合材料以及多孔石墨烯等方面;锂离子电池应用则主要集中在石墨烯复合正极材料㊁负极材料㊁集流体以及电池器件等方面复合材料复合材料领域的技术进展主要发生在导电材料㊁导热材料㊁散热材料㊁增强/增韧㊁催化剂等领域㊂石墨烯导热 散热复合材料方面技术进展有LED散热㊁导热胶㊁复合材料研究;导电复合材料主要为导电添加剂㊁导电聚合物㊁导电油墨㊁导电涂料研究;石墨烯增强复合材料技术进展主要集中在增强碳纤维㊁聚合物㊁陶瓷研究电子信息电子信息领域技术进展主要分布在透明导电薄膜㊁柔性显示㊁光电材料等领域医疗健康技术进展主要集中在抗静电 抗菌 发热等功能材料及产品㊁药物载体㊁DNA基因检测㊁人造骨骼等传感器主要是生物化学传感器㊁物理传感器研究进展较多水 气体处理主要表现在催化降解㊁吸附㊁过滤㊁空气净化等领域,如有机物吸附㊁重金属吸附㊁过滤分离等通过Bottom⁃up途径制备石墨烯石墨烯原材料㊁制备及检测技术应用领域原材料主要包括对石墨烯薄膜㊁石墨烯单晶㊁三维宏观体㊁复合结构的研制制备技术包括对转移技术㊁掺杂生长及相关设备的技术研究,检测技术包括对石墨烯缺陷㊁导电性能的检测石墨烯改性产品及技术主要为掺杂改性㊁复合材料㊁图案化等技术方向石墨烯基应用产品基应用产品的技术突破主要发生在集成电路㊁传感器㊁储能㊁显示屏&面板㊁电磁波&光调制㊁LED&OLED等领域终端应用产品在加热产品㊁太阳能电池㊁显示器㊁传感器等领域取得了相应技术进展㊀㊀资料来源:笔者根据‘2017石墨烯专利技术分析报告“及相关资料整理㊂。

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