中国石墨烯应用及未来趋势展望

石墨烯规模化制备成本过高

随着世界石墨烯研究热潮引发了国内外制备科学家的关注，十年内共有十余种石墨烯制备方法问世，但机械剥离法、化学气相沉积法（CVD）、外延生长法和氧化石墨还原法这四种是目前石墨烯制备的主流方法。这四种方法各有优劣，制备成本也各不相同。

根据对石墨烯中上游企业的调研目前国内制备高质量石墨烯的方法是：机械剥离法和气相沉积法。机械剥离法主要是制备石墨烯粉体的方法，虽然成本低但其可控性差难以形成量产，目前通过该方法获取的单层石墨烯粉体价格在800至1000元/g之间；

化学气相沉积法是获取石墨烯薄膜的主要方法，是最有希望大规模生产大尺寸石墨烯的方法，但其工艺复杂、能耗较高和制备设备价值高昂导致其制备成本增加，

CVD法制备的单层石墨烯薄膜价格在600至800元/g之间。如此高昂的材料成本限制了高质量石墨烯材料应用的领域，只有具备经济实力的石墨烯下游企业才可以使用，而且很难从石墨烯初级应用转变成大规模推广应用。

因此目前石墨烯的应用材料多采用的是石墨烯微片，每克仅需要20元左右，成本虽然对比高质量石墨烯具备明显优势，但其性能仍然不能达到最理想的效果，因此只能满足石墨烯的中低端应用。

制备成本高导致高质量石墨烯材料价格维持一个较高的水平，这是限制其规模化应用的原因之一，而且可替代品价格低廉因此高纯石墨更多在市场中被使用。

替代品仍没有结束“历史使命”

石墨烯在新能源方面的应用一直是最受业内关心的问题，“石墨烯电池”通常与超级电池联系起来。但目前由于工艺、成本、等外在因素的影响下，往往“石墨烯电池”的噱头要大于实用。

因此高纯石墨仍是目前石墨资源高端产业化的主流应用产品,它和石墨烯的性能较为相近，具有良好的导热性、耐温性、自润滑性、传导性、抗热震性、耐腐蚀性等性能，广泛应用于冶金、化工、航天、电子、机械、核能等工业领域。

目前高纯石墨在市场中主要应用是：电池工业的电池负极材料、冶金工业的高级耐火材料与涂料以及电气工业的导电剂等。而且目前市场中高纯石墨已经不只停留于碳含量99.9%的水平，99.99%和99.999%碳含量的高纯石墨已经可以实现规模化生产，应对更高端的应用需求。

从上表可以分析出，石墨烯在新能源电池领域替代高纯石墨的过程中充满了困难。

其一，石墨烯电池和电极目前成本过高，价格是很难推广到普通用户中；

其二，电池和电极制造厂的技术在石墨烯超大的表面积中满足不了锂离子电池的分散均浆，此时又没有性能指标突破性进步带来的足够的利润空间驱动，因此这将是一项巨大的工程。

其三，石墨烯是高纯石墨成本的几万倍，但作为负极材料使用其理论容量仅为后者的两倍，性价比和效率都很低。

最后，石墨烯作为储能材料的能量密度很低，这导致其充放电速度非常快，但储能持续时间才到普通锂电池的十分之一。

而目前市场上“石墨烯电池”也只是在电极中添加石墨烯材料的电池，高纯石墨作为“被替代品”在现有的技术基础上显然还没有完成“历史使命”。

2015年我国高纯石墨总产量约为60000吨。其中高纯石墨作为锂电池负极材料占到其整体应用规模的25%以上。

我国是世界锂电池负极材料生产的主导国家，中国企业深圳贝特瑞和上海杉杉股份两家公司占了全球负极材料生产规规模的37%，同时，高性能大功率的电池制备技术是我国新能源汽车发展的关键，2015年我国新能源动力电池负极材料总产量为72800吨，其中以高纯石墨制作的高级负极材料占比达到了20.6%，剩下79.4%为低阶石墨和其他碳素材料。

这说明高纯石墨已经可以满足目前高性能大功率的电池制备技术的需求，正在逐步替代其他负极材料。

由于碳材料电极材料目前生产规模将随着新能源汽车高新技术领域的发展而继续扩大，我国新能源电池负极材料重点企业的产能在2016年又进一步增加，因此高纯石墨在电池负极材料方面的应用仍然具有发展空间，估计在未来2年，高纯石墨在负极材料中的占比将超过50%。

同时，电气工业中光伏、核电等战略新兴产业的复苏和快速发展，高纯石墨作为导电剂和硅晶生长设备方面的应用在未来的需求或将超过预期。

大规格高质量的高纯石墨,作为替代性材料,随着高科技、新技术的领域发展，具有广泛的应用空间和前景。

小结，目前我国石墨烯在发展中受到应用的技术不足和制备成本过高等因素的限制，这两点也导致石墨烯在替代其他材料中遇到了阻碍。

高质量高纯石墨更多作为重要的替代原材料应用到高新和战略新兴产业，因此在未来两年高质量高纯石墨的需求潜力有望得到释放。

但是，目前高纯石墨主要生产工艺“酸碱法”能耗较大而且废水污染严重，因此在环境友好型社会中进行高纯石墨应用也不是最好的选择。

石墨烯在我国的应用及市场分析

我国石墨烯应用现状

目前全球对石墨烯性能关注点主要集中在其优良的光电特性，我国和其他重点石墨烯研究国家都制定了长远的发展目标，并将石墨烯产业化应用分为三个阶段。石墨烯在不同的产业化阶段具有不同的重点应用领域。

第一阶段主要为低端石墨烯材料的产业化，此时石墨烯制备技术日趋成熟，石墨烯下游需求逐渐打开，石墨烯的量产化及石墨烯材料对传统材料的替代正在进程中。

随着下游应用市场的打开、中高端石墨烯材料研究技术的成熟，石墨烯作为优质材料的特性将得到更充分挖掘，产业化将会逐步进入第二阶段。石墨烯在制备和应用上不断有技术突破，主要集中于石墨烯的薄膜的制取和应用。

通过前两个阶段的应用的不断成熟，高端石墨烯制备技术已经普及，下游需求将会更加强烈，石墨烯产业化将进入第三阶段。这一阶段将会让石墨烯应用真正渗透到普通用户身边，不管是柔性屏幕手机，还是人体生物器件。

目前我国不管是石墨烯原料、产量、销量还是石墨烯专利技术都处于全球第一位，因此我国在发展石墨应用具备绝对的优势。

我国石墨矿产储量为20亿吨，占全球石墨矿产资源总储量的72%，占全球总产量的80%。另外，我国石墨烯专利除去石墨烯制备相关专利以外，石墨烯专利主要集中在电子行业储能器件和复合材料领域，总占比73.5%。

与此同时，国家政策层面通过《中国制造2025》对石墨烯的未来十年的发展也规划出了具体路径。2016年，我国首个单层石墨烯量产化基地的落户厦门，计划在2020年可实现高质量石墨烯的产业化生产。石墨烯电子纸、柔性屏及石墨烯手机的问世，都预示着我国石墨烯已经踏入石墨烯产业化第一阶段。

综上所述，全球重点国家多数仍处于石墨烯产业化的应用第一阶段，我国凭借资源和专利优势也踏入这一阶段。结合我国石墨烯下游企业需求和我国石墨烯专利特点，目前在我国最可能实现也是最具有优势的石墨烯产业化应用领域是电子储能器件和石墨烯复合材料领域，其他领域的应用受到专利的限制还需要石墨烯中游研发继续深耕。

目前世界还处于石墨烯专利布局时期，下游应用需求不足是很正常的事情。中国虽然在石墨烯专利数量上位列世界第一位，但是企业参与主体和石墨烯应用技术多方面布局还需加强。国内企业虽然积极相应国家政策，但石墨烯下游产业链仍未形成，国内石墨烯应用处于第一阶段。随着国家政策导向影响，石墨烯的基本应用也将逐渐推进产业化应用，对于我国石墨烯产业在未来更深阶段应用的发展具有助推作用。

石墨烯行业应用（概念）重点企业分析

石墨烯作为公认的“新材料之王”，下游应用场景众多，同时在“十三五”规划的政策影响下，相关企业纷纷基于主营业务或拓展石墨烯相关研究或将已有的研究成果应用于传统产品。

我们选取的主板上市公司东旭光电和德尔未来是非石墨相关主营业务拓展石墨烯研究的代表企业。通过对石墨烯概念的发酵，在二级市场中有着优异的表现，但其石墨烯产品的实际应用还有待市场的检验。

另外，对比主板上市的两家公司其他6家新三板企业在石墨烯的下游应用的发展方面更值得关注。因为不管是在石墨烯制备技术上还是石墨烯产品的实际应用方面新三板的6家企业均具备不同的优势。例如，第六元素与风电设备和涂料企业共同成立了道蓬科技，建设了5万吨石墨烯防腐涂料生产线，这说明石墨烯产品在垂直领域的应用受到了下游企业的认可。

通过对石墨烯重点企业的财务数据的对比，单纯靠石墨烯为主营业务的新三板企业普遍市值较低，而且盈利能力较弱，净资产收益率均为负值。

原因在于企业前期的固定成本投入较大，而石墨烯行业发展处于初级阶段，产业链尚未完全形成，人工和销售成本与销售收入形成“倒挂”，因此行业内企业基本上都处于亏损状态。

而从市盈率方面来看，尽管石墨烯概念在近两年内炒的火热，但三板石墨烯企业市盈率对比主板企业整体还是偏低，导致这原因还是石墨烯下游应用的实际价值还没有凸显。

总结

石墨烯在力学、热学、光学和电学领域表现突出，但受到制备技术影响，高质量石墨烯成本居高不下。

另外，全球石墨烯产业仍处于中游专利布局阶段，下游产业链尚未形成，石墨烯需求以初级低端应用和概念炒作为主。这两点共同导致目前石墨烯在全球石墨矿产资源应用中仍属于非主流应用。石墨烯作为“替代材料”还有很长的道路要走。

随着全球对石墨烯深入研究，以及各重点国家对石墨烯产业的持续投入，重点国家和我国都已经从石墨烯低端应用着手，进入石墨烯产业化应用的第一阶段。

我国在不少工业领域都已经实现产业化应用：锂电池电极导电剂领域和石墨烯复合材料领域。同时，在这两个方面我国的水平也是世界领先地位，不管对于我国在全球石墨烯研究方面的影响力，还是在石墨烯应用技术阶段更进一步方面都具有积极的作用。

另外，石墨烯未来潜在应用更是充满想象空间，而且我国自研的石墨烯柔性屏幕和超级电容器产品已经出现。如果假以时日将瓶颈问题突破后，对可替代的传统产业来说是一个颠覆性变革，因此市场空间更加巨大，预计在未来10年石墨烯在各个领域应用的总市场规模至少将是一个千亿级别的市场。

可以看出我国在石墨烯第一阶段应用具备一定的市场发展空间，而且石墨烯未来潜在发展应用技术充满想象空间和更大的市场空间。

随着下游应用技术的进展，全球对于石墨烯的需求将会逐年增加，石墨作为不可再生资源，我国企业还是应当适当控制石墨的野蛮开采，应当制备高质量石墨烯从而提高产品附加值，增加中国石墨烯产品在全球石墨烯市场中的竞争力。

综上所述，石墨烯目前已经可以实现低端的产业化应用，未来更进一步的产业化应用虽然想象空间很大，但还需等待石墨烯产业进一步成熟。

相关阅读：

用于电化学储能装置的石墨烯材料：机遇与挑战

只有想不到 没有做不到 浅谈神奇的功能化石墨烯