1、石墨烯 应用前景广阔，产业 格局 初步形成 一、 石墨烯 横空出世 ，新材料重新布局 1 石墨烯 碳家族新材料 2 应用前景广阔，市场空间巨大 二、产业发展、烯望无限 1 我国石墨烯 产业发展现状 ：资源禀赋价值凸显 2 石墨烯产业链结构 ：格局初成 3 石墨烯 产业化水平 ： 中低端，小规模 4 未来发展，关注石墨烯制备和下游高端应用 5 重点公司推荐 石墨 烯 应用前景广阔，产业 格局 初步形成 日前，经中国工程院院士薛群基、中国科学院院士钱逸泰等 13 位材料专家组的专业评审，宁波墨西“年产 500 吨石墨烯生产线技术改造及扩建工程项目”顺利通过验收。现场，宁波墨西宣布石墨烯产业化应用成
2、本瓶颈获得打破，石墨烯降到了最低每公斤 700 元；同时，上海隆振股份与宁波墨西签订了 3960 万石墨烯产品购销合同，石墨烯产业首个超千万元单笔购销合同产生。 有着 “新 一代 材料之王”、“硅时代的颠覆者”等光环 的石墨烯迈出了产业化下游应用的重要一步。 一、 石墨烯横空出世 ，新材料重新布局 1 石墨烯 碳 族 新材料 石墨烯 是什么？ 石墨烯 是 一种最新发现的碳族新材料，是 从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的 二维晶体 。 这种 晶体， 看似 结构 简单 ，却填补了整个碳 家族最后一个维度 空白 。在石墨烯被分离之前，碳 家族 存在零维 富勒 烯，一维的碳晶体管，
3、三维的金刚石和石墨，唯独缺少一种二维同素异形体，各个维度之间缺乏有效的衔接，碳体系理论研究和应用始终不充分不完整。在被分离之后，这一体系终于形成了一个密切的整体。 石墨烯发展历程。 2010 年，两位英国 物理学家安德烈盖姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫被授予诺贝尔物理学奖，以表彰他们 二维空间材料石墨烯（ graphene）方面的开创性实验 ，由此，石墨烯在业界一举成名 。 2004 年，两位科学家通过简单的方法制备出了具有划时代意义的新材料石墨烯， 石墨烯世界大门从此被打开。 随后在世界范围兴起一股石墨烯研究热潮。 早在 20 世纪 30 年代， 科学家们 就 对类似石墨烯的结构进行过理论研究 。
4、基于当时科技水平的限制，并没有能够制备出单层石墨烯，科学家预言这样的二维材料在常温之下难以稳定存在。 至今天，预言已被证明不正确，不仅如此， 因为具有极其优良的特性，石墨烯还不负众望，惊喜连连，在多个领域获得成功应用。 表 1 石墨烯发展历程 人物 时间 成果 朗道和佩尔斯 1934 年 通过研究指出准二维晶体材料由于其自身的热力学不稳定，在常温下会迅速分解 菲利普华莱士 1947 年 研究了石墨烯的电子结构 林纳斯 鲍林 1956 年 推导出相应的波函数方程 大卫莫明和赫伯特瓦格纳 1966 年 提出 Mermin-wagner 理论，指出表面起伏会破坏二维晶体的长程有序 谢米诺夫 1984
5、 年 得出与波函数方程类似的狄拉克方程 穆拉斯 1987 年 首次使用“ graphene”这个名称来指定石墨烯 安德烈盖姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫 2004 年 从石墨中成功分离出石墨烯，方法为简单的胶带分离法，把石墨薄片粘在胶带上，把有粘性的一面对折，再把胶带撕开，石墨片一分为二，不断重复这个过程直至得到单层石墨烯 资料来源： 中国中投证券研究总部 石墨烯为 碳体系不同维度之间 建立了桥梁 。 直观上来讲 ，石墨可以看成是多层石墨烯片堆垛而成，碳纳米管可以看作是卷曲圆筒状的石墨烯，富勒烯可以看作通过多个六元环和五元环按照适当顺序排列得到的。实际中，通过二维的石墨烯可以形成球状的富勒烯，一维的碳
6、纳米管和多层的三维石墨，这个过程也可以逆转过来。这种转化能力，丰富了碳材料的制备方式，拓展了碳体系和石墨烯的功能和用途。 图 1 石墨结构体系 资料来源： 中国中投证券研究总部 石墨烯 本身 具有优异的 性能。 十余年来，各国科研人员针对石墨烯 的性能 开展了大量研究 和测试工作。 发现二维单层石墨烯可谓特性全优，几乎全面超越当前所有传统材料和新材料。 单层石墨烯仅有一个原子层的厚度，其值约为 0.34 纳米，通过理论计算，比表面积达到 2630 m2/g， 是最薄的新型纳米材料；其硬度超过钻石，也是目前为止强度最大的新型纳米材料；利用原子显微镜对石墨烯的强度进行研究的结果表明，其强度是钢材强
7、度的 200倍；类似于弹道运输的内部载流子迁移率高达 200000 cm2/v s，电阻 率比铜和银均小；在导热性能方面，导热系数高达 5300W/m K，优于碳纳米管和金刚石；在其它 很多方面也都具备优异特性，十分具有商业价值 。 表 2 石墨烯特性 参数 性能 厚度 只有一个原子层，约 0.34 纳米，为最薄新型纳米材料 理论比表面积 2630 m2/g，可以媲美活性炭 硬度 超过钻石，为硬度最大新型纳米材料 断裂强度 125GPa，比最好的钢材高 200 倍 导电性 电阻率比铜和银更低，为世上电阻率最小的材料 导热性 导热系数 5300W/m K，高于碳纳米管和金刚石 弹性 拉伸幅度达自
8、身尺寸的 20% 石墨烯 金刚石 石墨 富勒烯 碳纳米管 零 维 一维 二 维 三 维 其他性能 几乎完全透明，只吸收 2.3%的光，又非常致密，即使是最小的气体原子 (氦原子 )也无法穿透，具备优越的抗酸抗碱性能 资料来源：百度百科、中国中投证券研究总部 石墨烯和碳纳米管的比较。 碳纳米管 与石墨烯同为碳的同素异形体，作为构成碳不同维度体系的一员， 一维 碳纳米管的发展历程与 二维 石墨烯 极为相似。自 1991 年日本电子显微镜专家饭岛意外发现 由管状的同轴纳米管组成的碳分子 以来，历经 20 多年，碳纳米管始终处于实验室当中，高难度小规模的制备限制了它的发展，特性优良却少有人问津，商业化
9、道路受到严重阻碍。对比石墨烯，从第一次制备之后仅仅六年的时间，就催生出了一个诺贝尔物理学奖。而今 经过十年发展 ，大批 企业和资金纷纷进入石墨烯行业，完全产业化蓄势待发，大规模商业应用指日可待。 图 2 碳纳米管和石墨烯的发展 示意图 资料来源：中国中投证券研究总部 碳纳米管和石墨烯 都是碳的同素异形体，具有相似的 发展 过程和 物理 特性、但却因为在某些方面存在差异 ，导致两种材料截然不同的命运。 表 3 石墨烯 和碳纳米管 的比较 相同点 不同点 两种材料在被发现之前都经历了由厚到薄的发展过程。 当一种材料由厚变薄的时候，尤其是到达纳米级，只有一层的时候，量变引起质变的哲学思维凸显出实际价
10、值，材料的特性发生很大的改变。这是单壁碳纳米管和石墨烯比碳纤维和石墨特性更加优良的原因。 两种材料都具有良好的物理特性。 都有碳原子构成，是碳的同素异形体，都具有高强度，柔韧性好，导电性导热性极佳等物理特性。 材料结构不同引发特性差异。 两种材料都具有十分优良且相类似的物理特性，但是石墨烯的二维结构却在强度、导电、导热等多方面具有几项破纪录的性能优势。 技术原因限制了 碳纳米管的应用。 碳纳米管是卷曲圆筒状的石墨烯，比石墨烯结构更加复杂，目前的合成和组装技术根本无法获得具有宏观尺寸的碳纳米管晶体。石墨烯的优势在于本身即为二维晶体结构，在制备上可实现大面积连续生长，在宏观尺寸的制备上目前不存在技
11、术问题。 资料来源：中国中投证券研究总部 2 应用前景广阔 ，市场空间巨大 铝从第一次制备出来到投产，经过了 60 年，发展到今天已接近 200 年，全球需求量，仍在上涨。另一种今天被广泛运用的材料硅，早在 200 年前便制备出来，直到上世纪五十年代才开始在半导体行业大放异彩，广泛使用。从第一次制备出单层石墨烯至今， 只 经过 了十一年的时间，与历史上任何一种全民型的材料相比， 发展 时间都非常短暂。 然而，这并没有影响人们对于这种新材料探索和开发 的热情 。 当前科技发达，信息交流充分，设备仪器齐全，大大缩短了新材料研发周期，企业的关注、政府的支持和资金流的不断涌入加速了石墨烯的发展与应用。
12、 已被实验证明可 在多个领域获得应用。 有着“ 新 材料之王”、“黑金”美称的 石墨烯 应用研究在储能与光伏、复合材料、电子信息、传感器等领域 均有突破 。 其商业价值包括 可作为 医用材料 、 柔性 屏幕 、导电油墨、传感器、电极材料、散热产品、防火涂料、防腐涂料，可进行金属表面处理、 水处理等， 可应用于 智能手机、 LED 照明设备、半导体制造设备、电池、电容器 等 现有产品 。 图 3 石墨烯应用领域 资料来源： 中国中投证券研究总部 诸多石墨烯应用型产品 相继 面世。 参与 石墨烯相关研究 的群体 众多，涵盖 了 高校、研究机构和企业，新产品相关新闻经常见诸报端。 表 4 石墨烯功能
13、应用 产品 研究主体 应用 石墨烯远红外智能艾灸理疗服 上海烯望信息 研发 的 基于石墨烯材料的智能穿戴产品利用石墨烯 发热膜的远红外波段与人体自身的远红外波段高匹配度的特点，结合传统医学的艾灸原理，实现保暖治病 氮掺杂有序介孔石墨烯 中 科院上海硅酸盐所 该所 科学家成功研制出 的 高性能超级电容器电极材料该材料具有极佳的电化学储能特性，可用作电动车的 “超强电池 ”：充电只需 7 秒钟，即可续航 35 公里。 石墨烯内暖牌功能纤维 济南 圣泉集团股份有限公司 开发出的 石墨烯 复合材料， 有望在服装、军工、轻工、医疗、精细化工等多领域得到广泛应用 石墨烯晶体管 IBM 研究人员通过使用与现
14、行的先进硅器件制造技术相兼容的加工技术制复合材料领域 石墨烯导电材料 石墨烯气体阻隔膜 石墨烯吸波材料 石墨烯磁性材料 储能领域 锂离子电池 超级电容器 光伏太阳能电池 燃料电池 电子信息领域 触控屏 高性能芯片 散热材料 生物传感器 其他领域 智能穿戴 功能涂料 环保领域 成了圆晶规模 、外延生长的石墨烯，通过该材料制作而成的场效应晶体管 (FET)，其截止频率可达 100 吉赫兹 (GHz)，这是迄今为止运行速度最快的射频石墨烯晶体管。此一突破清楚地表明了石墨烯可用以制造高性能器件和集成电路。 石墨烯锂电池 三星 南开大学 三星用石墨烯技术让锂电池容量增长近一倍 ，南开大学研发的以石墨烯做
15、正极、 锂做负极的二氧化碳电池续航能力是当前一般锂电池的 5 至10 倍，石墨烯在锂电池方面的技术应用可以延长手机电池续航时间 石墨烯磁传感器 德国的博世和马克斯 -普朗克固体研究所 开发出的石墨烯磁传感器比硅灵敏百倍，该成果引导了美国磁化石墨烯的进步，美国海军研究所已经开发出容量比现有高百万倍的硬件驱动器。 石墨烯 3D 打印油墨 美国西北大学 开发出并改进了高石墨烯含量的可 3D 打印油墨，该技术可以用于和细胞相关的生物医学实验和其它医疗应用 石墨烯纳米带环氧涂层 美国德克萨斯州莱斯大学 创建出一种全新的石墨烯 纳米带环氧涂层，将图层涂在机翼，在被施加电压后，能通过产生的电热实现飞机在高空
16、飞行时机翼覆冰的融化。此外，这种涂层还能为飞机提供电磁屏蔽层，帮助保护飞机免受雷击 资料来源：中国中投证券研究总部 未来发展空间广阔，三大应用价值突出。 三大应用分别为 替代硅制造高性能器件和集成电路，替代 ITO 制造透明导电薄膜，应用于锂离子电池增强性能。 涵盖远中近期三大产业化方向 ，未来发展空间巨大 。 用硅制造的半导体与晶体管 ， 成功地引领了整个 20 世纪的电子科技前沿； 太阳能光伏电池的应用，则成功的解决了普通大众家庭日益旺盛的能源需求； 锂离子电池的出现和应用，将对日益枯竭的石油资源依赖的汽车逐步引入电动时代。 石墨烯 可以在这三个方面带来全新的革命。它 可替代当前 性能虽好
17、，但储量有限的半导体 材料 硅 ，制造性能更高的电子元器件 ；可代替缺点明显，成本过高的光伏电池材料氧化铟锡 ，制造更加节能环保高效的透明导电薄膜 ；可应用于锂离子电池，增强电池导电性，增加储电量，减少充电时间， 在未来，还有望成为新石墨烯电池的电极活性材料。 图 5 石墨烯的三 大 应用 石墨烯 取代电子元器件中的硅 取代薄膜材料中的 ITO 作为锂电池添加剂 硅材料尺寸小于 10 纳米时，用它制造出的晶体管稳定性变差，石墨烯可以被刻成 1 个分子大小的晶体管；硅基芯片的主频越高，性能越好，但是发热量也就越高，石墨烯芯片主频有望达到硅芯片的 100-100 倍 铟储量低，价格高，有毒性，易破
18、碎，难回收，石墨烯作为一种具有非常高的导电性，又几乎完全透明的材料，十分适合作为透明导体材料用于制作显示器件 传统锂电池能量密度和功率密度难以兼得，石墨烯至少可以从三个方面加强锂电池的性能 资料来源：中国中投证券研究总部 （ 1）取代硅开辟石墨烯时代 20 世纪被认为是硅的时代， 21 世纪将成为石墨烯时代。科学家认为，利用石墨烯制造半导体 晶体管，有可能最终替代现有的硅材料，成为未来超高速计算机的基础。 单晶硅是制造 晶体管 半导体的主要材料， 晶体管的尺寸越小，其性能越好。当硅材料尺寸小于 10 纳米时，用它制造出的晶体管稳定性变差。而石墨烯可以被刻成尺寸不到 1 个分子大小的单电子晶体管
19、。此外，石墨烯高度稳定，即使被切成 1 纳米宽的元件，导电性也很好。 半导体是芯片的主要器件， 主频是芯片性能最重要的衡量标准之一。 硅基芯片的主频越高， 性能越 好，但是 发热量 也 就越高 。 很多芯片商为了控制发热问题都会采取降频措施。目前， PC 处理器的主频基本在 3-4GHz，而移动处理器最高也不过 2GHz 的水平。而石墨烯拥有独特的物理、化学和结构特性，尤其值得关注的是，电子可在石墨烯结构中以 1/300 光速的超高速度运行，因此被视为制造下一代芯片的理想材料。使用石墨烯制造的处理器频率有望达到 1THz 以上，是目前硅芯片的 100 到 1000 倍。使用石墨烯替代硅， 就可
20、以制作更小的半导体，可以产生主频高发热低的芯片，摩尔定律的传奇也将得到延续。 图 4 全球半导 体 产业规模 和增长率 资料来源： 美国半导体产业协会 （ SIA）、 中国中投证券研究总部 以单晶硅为主要原料的 半导体 全球市场每年的需求在 3300 亿美元以上，预计今后每年将会以 3%的速率增长。若是能够以石墨烯替代当前的单晶硅制造半导体，将会拥有广阔的市场前景。 不过 当前研发中还存在的 有待突破的地方， 石墨烯最关键的地方是缺少 On 和 Off 转换能力，不能形成有效的 1、 0 信号给计算机识别 ， 因而在未来数年之内拥有核心研发能力的公司将有可能最先实现应用，在石墨烯半导体方面取得
21、领先地位 。 （ 2） 是 氧化铟锡材料的 最佳 替代品 氧化铟锡材料（ ITO）同时具有优异的导电和透光性能， 是传统的透明导电膜材料，广泛应用于 平板显示器 、触摸屏、液晶显示器 他、太阳能电池、电子表 等 器件中 。 但 ITO 价格 昂贵 、易碎、有毒 性 ， 且供应有限， 所以其替代材料的研究始终没有停止。石墨烯作为一种具有非常高的导电性，又几乎完全透明的材料，十分适合 制作 透明 导电材料 。另外，石墨烯还具有韧性非常好的特点，可 拉伸 20%而不断裂， 还 能够制作可折叠、伸缩的柔性显示器件。 2461 2555 2553 2197 2953 3009 2911 3033 333
22、6 3337 -0.2000-0.10000.00000.10000.20000.30000.4000050010001500200025003000350040002006年 2007年 2008年 2009年 2010年 2011年 2012年 2013年 2014年 2015年 产业规模 增长率 线性 (产业规模 ) 线性 (增长率 ) （ 单位：亿元） 业内专家表示，石墨烯薄膜工艺线只需要对现有 ITO 模组工艺线进行简改造就可以完成对接，石墨烯薄膜材料 在触控显示领域的产业化应用将加速。目前，在这个领域研究的国家有英美韩中日等，已经产业化的公司有四家，分别是韩国三星、日本索尼、辉锐和
23、二维碳素。 2014 年全球触摸屏出货量近 18 亿片， 同比增长约 20%。 中国大陆制造商预计智能手机触控面板 的 出货量达 5.753 亿块，平板电脑的面板出货量为 1.64506 亿块，用于笔记本电脑的面板出货量达 1036.2 万块，分别同比增长 34.4%， 39.6%和 304.0%。电容式触控面板是目前市场主流，包括 GFF (Glass-Film-Film)、 G1F (Glass-Film)、 GG (Glass-Glass)、 G2 (Glass Only)这几种类型。 其中， GFF 与 G1F 均需使用 ITO 膜，属薄膜电容式触控面板；而 GG 与 G2 则运用在玻
24、璃基板上溅镀 ITO 方式，属玻璃电容式触控面板。以 GG 为例， ITO 在成本中占比最高达到 40%。 图 5 10.1 英寸 GG 触控面板成本比例图 资料来源： 触控技术网、 中国中投证券研究总部 要与竞争对手 ITO 竞争，成本还需要降低、质量还需要提高。 目前市场提供的 石墨烯薄膜价格在 300 元 /平方米以上，业内普遍认为成本降到 100 元 /平方米 才能在价格上有竞争力。 目前常州二维碳素的样品 单点触控石墨烯薄膜方阻 可以做到 300 欧 左右， 重庆墨 希 可以做到 200 欧左右， 但是 ITO 工业生产方阻普遍能做到 50-100 欧姆，改进工艺后甚至可以做到 10
25、 欧以下 。因此石墨烯的性能还有待在生产中进一步提高。 表 6 石墨烯薄膜生产线 厂商 时间 产线情况 重庆墨希 2013 年 12 月 年产 1000 万片大面积（ 15 英寸）单层石墨烯薄膜生产线项目正式投产运行，并成功制备了 7 英寸的触摸屏。 二维碳素 2013 年 5 月 国内首条年产 3 万平米石墨烯薄膜生产线投产，可满足年产 500 万片 4英寸 电容式触摸屏模组的需求。 资料来源： 中国中投证券研究总部 常州二维碳素目前 拥有 3 万 平方米 的石墨烯薄膜年产能，未来有望达到 20 万平米的量级 生产的石墨烯，公司当前生产石墨烯 Sensor 外观良率已经达到 60%以上， 3
26、-4 英寸的石墨40% 37% 10% 7% 1% 5% ITO Sensor保护玻璃 触控 IC 软性印刷电路板 Lamination（ cover to Sensor） 其他 烯屏幕每天出货量在几千块，成本预计未来将比 ITO 便宜 1/3。 （ 3）在锂离子电池中的应用 所谓石墨烯电池并非整个电池都用石墨烯材料制作，而是在电池的电极使用石墨烯材料。将石墨烯 应用于锂离子电池可以解决传统锂电池能量密度和功率密度难以兼得的问题。 在理论上石墨烯电极可能有超过石墨两倍的比容量。另外，如果将石墨烯和炭黑混合后作为导电添加剂加入锂电池可以有效降低电池内阻， 提升电池倍率充放电性能和循环寿命，而且电
27、池的弯折对充放电性能没有影响。因此，电极采用石墨烯材料后，使电池具备高充放电速率是石墨烯电池具备快速充电的原因。 表 7 石墨烯在锂电池中的三个应用 在锂电池中的应用 功能 石墨烯复合电极材料 如硅碳复合负极材料；可以提升电极材料导电率， 并且其特殊的“柔韧”的层状结构可以有效抑制硅负极电极材料在充放电过程中因体积变化引起的材料粉化， 因此能提升锂离子电池的充放电性能。 作为锂电池正负极材料的导电添加剂 少量石墨烯的加入即 可有效提高锂电池的大电流充放电性能、循环稳定性。以磷酸铁锂为例，由于磷酸铁锂导电性能不佳，采用石 墨烯导电剂有助于提高电池的倍率充放电性能和循环寿命。 石墨烯功能涂层 将石
28、墨烯涂覆于铝箔集流体上，形成石墨烯功能涂层铝箔，有助于进一步提升锂电池的综合性能，如降低电池内阻、提高循环次数等 资料来源： 中国中投证券研究总部 2014 年，全球锂离子电池产业规模稳步扩大至 249 亿美元，同比增长 12%，增幅比 2013年下滑 9 个百分点。我国锂离子电池产业规模达到 715 亿元，同比增长 15%，增幅比 2013年提高 6 个百分点。 锂电池的产业规模将为石墨烯的下游应用提供广阔的市场。 图 6 中国锂离子电池产业规模 和增速 资料来源： 赛迪 智库、 中国中投证券研究总部 采用石墨烯材料的电极虽然大幅提升了电池寿命和电池充电速度，但因石墨烯材料本身00.050.
29、10.150.20.250.30.3501002003004005006007008002010年 2011年 2012年 2013年 2014年 中国锂离子电池产业规模（亿元） 同比增速 具有的高比表面积等性质与现在的锂离子电池工业的技术体系无法兼容，从现今石墨烯技术的实际应用来看，采用石墨 烯材料的电极确实能提升锂电池的充放电速率和锂电池的寿命，但对大幅提升电池的能量密度还力有不逮。能量密度并没有实现理论上的翻倍，仅仅提升了 10%， 目前 相对较高的成本和相对有限的性能提升会使搭载石墨烯电池的手机缺乏市场竞争力。 二、 产业 发展， 烯望无限 1 我国石墨烯 产业 发展 现状 ： 资源禀
30、赋价值凸显 我国近期 出台的 关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见 明确指出 在 2020 年形成完善的石墨烯产业体系，实现石墨烯材料标准化、系列化和低成本化，在多领域实现规模化应用。 在各级政府政策支持与 推动 下，各地前后相继成立石墨 烯产业园和示范基地。在以石墨烯产业发展需要为导向的基础上，各科研机构和企业单位发起成立产业发展联盟和技术创新战略联盟。 石墨烯企业超过 100 家 。 目前，我国石墨烯企业超过 100 家，并在常州、无锡、青岛、深圳等地形成产业集群。 在常州，重庆，青岛，宁波，无锡五地先后建立了石墨烯科技产业园。 此外，两大联盟机构的成立，创立了石墨烯行业标准，加速了石墨烯
31、资源的整合。 集群式发展表明了我国政府规划的思路和支持的决心，显示出企业进入石墨烯行业的热情，有利于企业间相互合作与竞争，促进行业良性增长，同时在结构层面确立了我国石 墨烯行业发展的世界领先地位。集群式发展的优势在于企业之间可以信息共享，风险共担。各家企业可以及时了解周围企业的信息，了解行业最新动态。某一家企业取得突破，激发其它企业的创新热情，带动整个产业园区的良性竞争。行业不景气时，企业间相互帮助，共度难关。企业间相互可以享受到正的外部效应，起到协同发展的效果，形成团结互助，良性竞争的产业园文化。 石墨 原料储藏 占世界总量的 75%。 制备石墨烯的原料主要为石墨或者甲烷气体，资源储量相对丰
32、富且价格低廉。 我国是石墨资源大国， 2002 年 全球 天然石墨储量 8500 万吨，其中中国储量约为 6400 万吨，占全球储量的 75.3%，这使得 我 国在 使用石墨进行 大规模、低成本石墨烯制备方面占有 成本优势 。 图 7 全球石墨储量分布 75% 13% 4% 1% 1% 6% 中国 捷克 墨西哥 马达加斯加 印度 其它国家 资料来源：中国选矿技术网、 中国中投证券研究总部 石墨烯薄膜价格 300 元每平， 粉体 700 元每 千克 。 石墨烯薄膜 可 应用于 平板显示器、触摸屏、液晶显示器他、太阳能电池、电子表等，主要竞争对手是 ITO。 目前市场提供的 石墨烯薄膜价格在 30
33、0 元 /平方米以上，业内普遍认为成本降到 100 元 /平方米 才能在价格上有竞争力。 数年前，石墨烯 粉体可应用于复合材料、导电油墨、导电添加剂、防火涂料 等 ，价格曾高达 5000 元每克，是黄金价格的十几倍。当前宁波墨西公司生产线的生产成本已经降至 700 元每千克，相当于 0.7 元每克，降幅达 99%以上 。制备成本的下降将会减少下游企业的采购成本，增加石墨烯材料的竞争力，推动下游企业的应用发展。 2 石墨烯产业链 结构 ：格局初成 石墨烯产业链 分为上游石墨矿的开采 ， 中游石墨烯制备和下游石墨烯材料应用三部分。 上下游格局初成。 在 上游涉及石墨矿资源的上市公司有中国宝安 等
34、。在 中游 ， 制造石墨烯薄膜 有在新三板 上市 的 二维碳素、华丽家族 旗下子公司重庆墨希，德尔未来参股公司烯成科技，与北理工大学共同开发石墨烯薄膜产的东旭光电等；制造石墨烯粉体的上市公司有 在新三板上市的 第六元素、华丽家族旗下子公司宁波墨希、烯碳新材 等 。 在 下游涉及石墨烯应用领域上市公司包括正在研发锂电池材料的中国宝安、研发散热材料的新纶科技、研发电线电缆的中超控股、研发油墨涂料的乐通股份 等 。 配套机制提供 各 环节服务。 除了上市企业，研发机构、企业孵化器、科技投融资、检验检测等 服务 机构和部 门的进入 丰富 和完善了石墨烯产业 链条结构。 图 8 石墨烯产业链结构 资料来
35、源： wind 数据库、 中国中投证券研究总部 3 石墨烯 产业化水平 ：中低端，小规模 石墨烯具有极其优良的特性，应用领域十分广泛，可以被用在储能与光伏、复合材料、电子信息、传感器 等多个领域 。就目前情况来讲，有关石墨烯的性能测试研究基本完成，如人们所料，石墨烯的优异性能足以引发整个新材料领域的革命。 在石墨烯的生产制备方面，制备途径多样，方法各有优劣。 氧化还原法用于大规模制备石墨烯粉体，做工粗糙，满足不了单层石墨烯的要求，但可以实现较大规模的应用；碳化硅外延生长法和化学气相沉淀法可得到比较纯的面积较大的石墨烯，不过对于生产工艺要 求较高，不利于量产，目前其下游应用也较为狭窄。 在石墨烯
36、的应用方面，高端领域尚在研发早期，所需时间较长，中端领域技术不断有突破，应用为时尚早，低端领域部分技术成熟并成功应用，但仍处于小规模产业化阶段 。 从高端领域应用来看，以石墨烯代替硅大规模用于半导体材料如晶体管、传感器、信息储存、集成电路目前只是一种设想，在技术层面尚需突破。 一方面大规模生产单层石墨烯较为困难，另一方面石墨烯尚需解决电路不显著的开闭问题，估计 3 至 5 年可使部分应用技术成熟并开始小规模投产，技术完全成熟在 10 年之后，而整体产业化最少在 15-20 年之后。 石墨烯在中高端领域的另外一个应用是使用石墨烯作为透明导电材料 ，来取代常用的氧化铟锡薄膜（ ITO， indiu
37、m tin oxide），在提高设备效率的同时大大降低制造费用。目前生产石墨烯薄膜的企业为数不多，已生产出来的石墨烯薄膜特性与 ITO 尚有差距，另外石墨烯薄膜目前的成本也更高。预计 1-2 年内在技术上会有新的突破， 3-5 年实现小规模量产， 7-10年完成对 ITO 的全面更新和替代。石墨烯薄膜的另外一个应用是触控屏， 2015 年 3 月 2 日，重庆墨希科技有限公司与国际知名专业显卡及终端设备制造商嘉乐 派（ 影驰 ）科技有限公司联合发布了全球首批 3 万部石墨烯手机。该款手机采用了最新研制的石墨烯触摸屏、电池和导热膜，石墨烯手机具有屏幕画面更逼真，电池续航时间、使用寿命更长等优点，
38、并解决了手机发烫的问题。 这说明石墨烯薄膜已经开始向手机的核心元器件渗透，其生产和应用已经在小规模产业化方面进行了尝试。 图 9 石墨烯薄片 资料来源： 网络、 中国中投证券研究总部 从中端领域来看，石墨烯已经可以应用于制作超级电容和锂电池，但是超级电容并非电池，其商业价值也比电池小很多，而对于锂电池而言，石墨烯也并非作为正负极的活性材料升级锂电池整体性能，只是作为导电介质添加剂改善电池性能，主要是提高了电极的导电性。媒体解读的石墨烯电池很可能是炒作和误读。石墨烯改进的电池包括 锂离子电池短期内商业化应用的可能性还是很大，关键在于提高性价比。 石墨烯技术在电池上进行商用还有两大关键技术突破点：
39、一是优化石墨烯结构以及石墨烯使用方法，使得现有锂电池的性能获得一定程度的改善 ；二是寻找新的活性材料，或者基于新的原理实现储能设备性能的倍增。石墨烯技术在电池上的大规模商用还需要一个推广过程。一些电池制造企业还需要对石墨烯技术进行验证，一旦接受后对现有产品线的改造也需要时间。 2015 年 12 月底，华为终端公司手机产品线副总裁李昌竹在 2015 年移动智能终端峰会上透露，华为可能在 2016 年下半年商用石墨烯电池技术。据此消息，石墨烯作为添加剂在电池中的应用在 2016 年极有可能实现，其产业化也会在 2016 年形成。基于石墨烯的优良特性 石墨烯是一种具有单个碳原子厚度的二维碳膜，其中
40、碳原子之间存 在共轭结构，电荷在其中可以快速迁移，石墨烯仍有成为其他新型电极材料的可能。但是使用石墨烯作为活性电极材料大幅提升电池整体性能的应用尚需时日，估计完整产业化在 5-10 年之后。 在低端领域，功能涂料、复合材料、散热材料等是目前真正实现产业化的领域。例如导电油墨已经实现量产，导电油墨主要 可用于手机按键薄膜线路、各种家用电器按键线路等产品， 在青岛已建成 石墨烯 导电油墨生产线， 可实现年产 30 吨石墨烯导电油墨及 2000 吨功能涂料。 另外，宁波 墨西科技有限公司 等多家企业也已有石墨烯导电油墨出售。 4 未来发展 ， 关注石墨烯制备和 下游 高端 应用 在 制备 端， 降低
41、成本， 制备高质量石墨烯是下一步行业发展目标 。 一部分以生产石墨及其相关材料为主 的企业率先进入石墨烯领域 ， 但考虑到下游应用需求的可能， 这些企业更倾向于生产 制备简单 、 增值价值低 的石墨 烯粉体。 目前石墨烯粉体的制备成本已经比之前几年大幅下降，但还有进一步的下降空间。石墨烯薄膜 比粉体具有更大 的商用 价值 ，但是其制作成本尚处于较高价位 ，降低成本，提高质量，是石墨烯发展的下一步目标 。 在应用端，高端应用是石墨烯材料长久发展趋势。 只有在高端领域的应用获得成功，石墨烯才能给公司带来高的增值 。 中国企业进军石墨烯行业步伐迅速，但多数企业均属跨行，所研制石墨烯产品与公司原有产品
42、并无直接联系，因此即使将来研制成功，也需要重新开辟下游市场。根据目前国内的现状， 石墨烯在高端领域短期内的产业化难以实现， 需耐 心 等待至 中低端市场逐渐饱和之后 才有可能出现。因此，在高端应用上取得突破的公司，将取得较长时期核心竞争优势。 5 重点 公司推荐 从上市 公司在石墨烯 材料上 的资金投入情况、石墨烯子公司情况、与科研单位合作情况、专利情况，当前产业化情况 以及未来发展 考虑 ， 重点推荐华丽家族； 建议关注 德尔未来，康得新 、 烯碳新材 、 中国宝安 、 东旭光电 、 中超控股 、 宝泰隆 、 大富科技 、 中泰化学 、 乐通股份。 华丽家族：石墨烯薄膜 +粉体双轮驱动 华丽
43、家族 是上海著名房地产开发集团之一，拥有国家建设部颁发的一级开发资质。公司以地产开发为核心业务，同时涉足建筑装饰、绿化环保等相关产业，并正在拓展商业地产、旅游地产、城市基础设施建设等业务。 已转型股权投资、实业投资、投资咨询及管理 ； 专注于高科技、金融产业领域 ， “科技 +金融”双驱动。 面对 石墨烯万亿市场潜力空间 ， 已建成全球首条石墨烯微片和薄膜大规模生产线 ,并与多家企业合作进行应用产品开发 。 公司 于 2015 年 5 月 6 日收购 北京墨烯控股集团股份有限公司 100%股权。北京墨烯集团分别与中国科学院宁波材料技术与工程研究所及中国科学院重庆绿色智能技术研究院合作 ,成立宁
44、波墨西科技有限公司和重庆墨希科技有限公司。宁波墨西成立于 2012 年 4 月，主营石墨烯及制品研发、生产、批发和应 用技术咨询服务。重庆墨希成立于 2013 年 3 月，主营石墨烯产品的研制、生产和销售。 图 10 华丽家族 资料来源： wind 咨询、 中国中投证券研究总部 宁波墨西 目前 已研制出的可供销售终端产品有石墨烯微片类、石墨烯电极材料、石墨烯高分 子材料类、石墨烯涂料类和石墨烯 导热膜类。公司上述产品的生产技术已较为成熟，市场的功能性需求较大。 2015 年宁波墨西科技作为浙江省重点企业研究院承担的石墨烯在新能源汽车动力电池的应用开发项目，与长安汽车、微宏动力系统（湖州）有限公
45、司三方共同研制的石墨烯电池搭载在欧尚纯电动车并在 2015 年上海国际汽车展展出。石墨烯电极材料已在国家电网储能电池项目中采购试用，积极与浙江天能集团、浙江超威集团、珠海银隆集团试用中，有望在年内实现批量应用。 2013 年 -2015 年石墨烯导热膜研制项目共获得宁波市石墨烯重大科技专项资金 300 万元的支持 ，已实现批量生产，并获得影驰手机首批订单。宁波墨西科技正加紧与国内通讯设备、风电、数码电子等生产企业合作，加快石墨烯在下游应用市场的规模化应用。 重庆墨希 科技有限公司 首期投资近 3 亿元，拥有全球首条年产 100 万平方米的大规模石墨烯薄膜生产线。 已研制出可销售的终端产品有石墨
46、烯导电薄膜、 TP（触摸屏）、以及智能手机。其中 石墨烯导电薄膜生产线已 具备年 产量达 100 万平米 的产能 ，并于 2015 年初启动了石墨烯产线升级项目， 年生产能力 500 万平米的生产线建设已经启动，预计 2016 年可以投入生产 目前用于触控屏的石 墨烯导电薄膜生产量达到 15 万片左右，可满足 15 万部手机的生产需求。 重庆墨希 石墨烯导电薄膜已经供应给奇宏科技有限公司、重庆合益光电有限公司和深圳市赛华显示技术有限公司制作成 sensor（传感器）并合成 TP，良率达到 80%； 2015 年 3月，公司联合深圳嘉乐派公司发布了首批 3 万部石墨烯触控屏手机，实现了石墨烯触控
47、手机的销售量产。目前，重庆墨希科技进一步推进石墨烯触控屏手机开发，联合重庆莱宝科技、重庆松录科技、重庆美景光电、重庆新唐电等公司，正在落实石墨烯触控屏的批量生产，并实现更大批量的和石墨烯手机的 市场推广。 于 2015 年 9 月 9 日与重庆华森心时代实业公司在重庆市签订石墨烯商务安全手机采购协议 ， 华森心公司向重庆墨希科技公司定制以石墨烯触控屏、石墨烯电池和石墨烯导热膜为核心组件的、符合国家保密局等保四级标准的国密算法硬件加密石墨烯安全手机，该手机主要面向金融业、政府部门和商务高端人士。华森心公司计划向重庆墨希科技采购 20000 套，在 2015 年 12 月 31 日前全部交付，销售
48、总金额人民币 3800 万元 。 据公司 2015 年半年年报， 重庆墨希科技的第二代单层石墨烯薄膜实施方案已中标工业与信息化部 工业强基项目 并获得 1000 万元资金支持。 2015 年 7 月 3 日，宁波福泰电器有限公司、宁波墨西科技、中科院宁波材料所三方联合申报的 2015 年宁波市石墨烯产业化应用开发石墨烯复合导热高分子材料研发及产业化应用项目，获得宁波市 350 万元专项资金资助。 点评： 华丽家族通过收购北京墨烯集团迅速布局石墨烯行业，目前 是市场上唯一一家既能生产石墨烯薄膜又能生产石墨烯粉体的企业。已经打通整条石墨烯产业链， 尤其是其石墨烯薄膜技术已经在一定规模上成功地实现了商业化。根据公司目前中标工信部工业强基项目来看，未来在单层石墨 烯薄膜的制备和应用上也有望取得领先地位。
