石墨烯行业深度报告

石墨烯行业深度报告：石墨烯研发现状与产业化趋势

1、石墨烯：一种神奇的材料

石墨烯是一种平面单层紧密打包成一个二维蜂窝晶格的碳原子，并且是所有其他维度的石墨材料的基本构建模块，其具有最薄、最大比表面积、最硬、最抗拉等诸多史上最强性质和高性能传感器功能、类似催化剂功能等独特性质。目前主要有4种制备石墨烯的方法：微机械剥离法、气相沉积法、外延生长法、氧化石墨还原法。

2、目前，质量较高的工业级石墨烯尚不能量产

3、应用领域广泛

由于其独特的物理化学性质，石墨烯在多个领域具备应用价值。其在半导体、光伏、锂电池、航天、军工、显示器等传统行业和新兴行业的应用都将带来革命性进步。

4、石墨烯基础科研如火如荼

2010年之后，全球关于石墨烯的基础科研工作开展得如火如荼。目前处在研究最前沿的国家为中国、韩国、美国，主要机构为科研院所和企业。从研究领域分布看，国际上石墨烯研究热点主要在材料的导电性、导热性、石墨烯的制备研究、纳米材料研究等。

5、产业化路途漫长

由于技术障碍等因素的存在，石墨烯真正实现产业化还有很长的路要走。但是，包括中国在内的多个政府组织和科研机构仍在为实现石墨烯产业化应用持续投入，并在多领域加速布局。

6、上市公司石墨烯研究动态

我国一些上市公司已开始涉足石墨烯领域。我们根据公告进行了梳理，相关公司包括金路集团、中国宝安、烯碳新材、力合股份、中泰化学、华丽家族、乐通股份、悦达投资、康得新、方大碳素等。

7、风险提示

1、生产技术仍未突破；

2、下游大规模应用尚需时日；

3、石墨烯生产和应用成本仍然较高。

一、石墨烯定义、性质

(一)石墨烯定义

“中国石墨烯产业技术创新战略联盟”发布的1号标准文件中，对石墨烯的定义如下：石墨烯是一种二维碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯、和少层石墨烯的统称。

单层石墨烯是指由一层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。

双层石墨烯是指由两层以苯环结构周期性紧密堆积的碳原子层以不同堆垛方式（包括AB堆垛，AA堆垛，AA’堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。

少层石墨烯是指由3-10层以苯环结构周期性紧密堆积的碳原子层以不同堆垛方式（包括ABC堆垛，ABA堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。

石墨烯发展历史。石墨烯作为当下最热门的新材料之一，其经历了如下的发展历程：

(二)石墨烯性质

石墨烯的出现，有望在构造材料、电子器件功能性材料等诸多领域引发材料革命。由于其具有许多特殊性质，有日本的研究人员惊呼石墨烯是“神仙创造”的材料。许多学者称石墨烯为“改变21世纪的材料”，并预测“21世纪将是碳（C）的时代”。

相比于现有材料，石墨烯拥有众多“史上最强”性能。

最薄的材料：单层石墨烯只有一个碳原子的厚度，厚度大约为0.335nm，相当于一个头发的20万分之一，1毫米厚的石墨中有将近150万层左右的石墨烯。

最硬的材料：石墨是矿物质中最软的材料，其莫氏硬度只有1-2级。但是，如果石墨被分离成一个碳原子厚度的石墨烯时，其性能则发生突变，硬度将比莫氏硬度10级的金刚石还高。

超大比表面积：理想的单层石墨烯的比表面积能够达到2630m2/g，普通的活性炭的比表面积仅为1500m2/g。超大的比表面积使得石墨烯成为潜力巨大的储能材料。

强导电性：石墨烯中的电子没有质量，电子的运动速度超过了在其他金属单体或是半导体中的运动速度，能够达到光速的1/300，所以石墨烯拥有超强导电性。

除此之外，石墨烯还有众多“独特”的特点：

二、应用领域广泛

由于其独特的物理化学性质，石墨烯有望在半导体、光伏、锂电池、航天、军工、显示器等传统行业和新兴行业带来革命性进步，一旦量产将成为下一个万亿级产业。

(一)锂电池电极材料

1.石墨烯可作为新型锂电池负极材料

石墨烯可作为新型的锂电池负极材料。根据高工锂电调研统计，2013年全球负极材料总产量达到5.85万吨。目前全球负极材料大多以石墨类为主，其中天然石墨占比为59%，人造石墨为30%，中间相炭微球为8%，其他类型为3%。新型的负极材料包括钛酸锂、不定型碳、硅碳复合材料、锡基合金、金属合金、石墨烯等。

石墨烯作为锂电极材料极具优势。主要体现在以下几个方面：（1）石墨烯具有极高的比表面积，因此化学反应速度和材料利用率更高；（2）石墨烯具有优良的导电和导热性。其本身具有良好的电子传输通道，导热性保证了其稳定性；（3）聚集形成的宏观电极材料中，石墨烯片层的尺度在微纳米量级，远小于体相石墨，使得锂离子在石墨烯片层之间的扩散路径较短；且片层间距也大于结晶性良好的石墨，更有利于锂离子的扩散传输。

目前以特斯拉为代表的电动车正不断扩大对锂电池的需求，然而电动车充电时间长仍然是未能解决的难题。以特斯拉为例，行驶500公里后必须停下来充电5小时，而由于石墨烯的上述优势，其作为电极材料可能解决上述难题。韩国光州科学技术院的研究人员正在对一项新型石墨烯电池技术进行研究，研究表明这种新型电池可将电动汽车的充电时间缩短至16秒，并且不影响能量密度。

2.石墨烯在锂电池领域潜在需求空间巨大

石墨烯作为一种补充改性材料，对提高锂电池充放电性能具有不可替代的作用。因此，石墨烯在锂电池行业的应用前景非常广阔。

电动车用锂电池市场规模。2012年，全球电动车市场规模为21亿美元。2013年，在特斯拉、宝马、丰田等新能源汽车带动下电动车用锂电池的市场规模增速达到90%，预计这种高速增长会一直持续到2018年，2020年电动车用锂电池市场规模有望达到351亿美元。

智能电子设备领域锂电池市场规模。在智能电子设备行业，由于智能手机、相机、游戏机等电子产品的普及和更新换代，目前智能电子设备用锂电池市场规模为173亿美元，自2010年以来保持20%左右的增速。预计到2020年，智能电子设备对锂电池的需求量将达到541亿美元。