产研发布 | 石墨烯全景产业链图谱及区域分布
导读
石墨烯是二维纳米级碳材料，是已知最好的导电、导热、强度最大的材料，具备极高的透光率和延展性，被誉为“新材料之王”，在储能、涂料、光电、电子、复合材料、环保等领域具备性能优势，在改性材料方面具有很高的商业价值。
石墨烯于2004年首次被发现，自问世以来受到世界各国的研究和重视。美、德、英、日、韩等国早于2007年便相继出台石墨烯战略部署，提供资金支持，建立石墨烯创新中心，支持石墨烯行业长足发展。我国在新材料产业“十二五”“十三五”、国家“十四五”、重点新材料、石墨烯产业创新等规划中持续推进石墨烯产业发展的指导和支持。
《中国制造2025》明确了石墨烯在战略前沿材料中的关键布局，制定了石墨烯产业技术路线图。
地方政府在国家引导下，出台了诸多推动石墨烯产业集群发展的纲要政策。山东省、福建省、四川省、黑龙江省、常州市、青岛市、宁波市、深圳市、无锡市等相继出台了石墨烯产业专项发展规划，力争2025年突破石墨烯规模化制备技术，实现多领域产品应用，打造石墨烯产业集群，实现产值攀升。
近年来随着新能源汽车渗透率的不断提升，对石墨烯的需求也不断增长，其中来自锂电池、超级电容器等新能源领域的市场需求超过70%。石墨烯粉体价格下降也带动着石墨烯导电剂等市场的快速发展。数据显示，2021年我国石墨烯产业市场规模由2017年70亿元增至2021年的265亿元，复合年增长率达39%。
图1：2017-2021年我国石墨烯行业市场规模（单位：亿元）
来源：火石创造产业数据中心
石墨烯产业链包含上游原材料与设备，中游石墨烯产品和下游应用。
原材料主要包含碳源、金属衬底和载气。根据不同工艺，设备可分为化学气相沉积工艺设备、机械剥离工艺用设备和纤维工艺用设备。
中游石墨烯产品依据产品形态，包含石墨烯粉体、石墨烯薄膜、石墨烯浆料、石墨烯纤维，在高分子、金属、陶瓷等材料中添加石墨烯，可获得石墨烯改性复合材料。目前国内石墨烯产品主要以石墨烯粉体、石墨烯薄膜为主。
下游应用领域包含新能源、电子信息、新材料、生物医药、环保等领域。
石墨烯产业链图谱如下：
图2：石墨烯产业链图谱
来源：火石创造产业数据中心
石墨烯最早通过机械剥离法制备，目前已发展出多种制备方法，主流生产技术有氧化还原法、化学气相沉积法、石墨烯外延生长法、机械剥离法等。外延生长法获得的石墨烯薄膜品质最佳，但能耗高效率低，不易大规模产业化。目前石墨烯可量产的制备方法主要为氧化还原法和化学气相沉积法（CVD）。化学气相沉积法（CVD）是目前被认为最有希望实现工业化大规模生产高质量石墨烯薄膜的方法。
表1：石墨烯不同制备工艺对比
来源：火石创造产业数据中心
石墨烯产品是石墨烯产业链最核心的环节。经火石创造产业数据中心统计，石墨烯产品企业达589家，从区域分布来看，石墨烯企业遍布全国，集中分布于江苏省、广东省、山东省等省份，其次为浙江省、福建省、安徽省、北京市和上海市等省市，同时甘肃、四川由于邻近产地，也具有石墨烯优势企业。
江苏省石墨烯企业数量最多，建立了常州石墨烯产业园、无锡石墨烯产业园、南京石墨烯产业园，已形成石墨烯产业集群。
图3：石墨烯企业区域热力图
来源：火石创造产业数据中心
石墨烯企业2018年至今共发生融资事件66起，从区域分布看出，融资事件发生率依次为安徽，广东，浙江，北京和福建。
图3：石墨烯企业融资情况区域热力图
来源：火石创造产业数据中心
近年来下游应用市场的不断发展，带动着石墨烯市场需求的不断增加。
1.新能源领域
石墨烯及其复合材料可应用于锂电池的正极材料、负极材料、导电浆料，提升电池能量密度、功率密度，缩短充电时间。随着新能源汽车渗透率的不断提升，锂电池对石墨烯的需求也将不断增长。
2.电子信息领域
石墨烯几乎透明、导电性强，具有极高的延展性，适用于制作透明导电膜和柔性材料。目前OLED显示主要采用ITO透明导电材料，刚性较强易脆裂，不易折叠。石墨烯取代ITO成为OLED的透明导电材料，使OLED柔性屏实现更广泛的应用。柔性显示屏的市场扩容将带动石墨烯在显示行业的应用。
3.新材料领域
石墨烯涂料在防腐、导电、抗静电等领域性能优秀，带有含氧基团的功能化石墨烯与树脂、高分子材料的结合力强，适合作为改性材料添加在涂料中。涂料是石墨烯的第二大应用市场，2021年应用占比为11.4%，市场规模约为30亿元。在突破成本瓶颈后，石墨烯改性涂料将具有广阔的发展空间。
4.其他新兴领域
石墨烯优异的导热、散热、导电、延展性能，在可穿戴电子设备领域具有重要价值。医疗大健康领域也在不断开发石墨烯生活用品。石墨烯比表面积大，污染吸附能力强，在海水淡化、污水处理、大气治理等方面研究成果丰富，期待后续的环保领域产业化推进。
我国石墨烯代表性企业已实现石墨烯粉体、石墨烯薄膜、石墨烯浆料的规模化生产，产能在不断扩充。石墨烯粉体代表性企业的年产能在100吨上下，石墨烯薄膜代表性企业的年产能在50万平方米左右。
我国石墨烯产品主要应用于锂电池材料、涂料、电子信息散热材料、导电剂、石墨烯橡胶等复合材料领域。
表2：代表性石墨烯企业产能情况
来源：火石创造产业数据中心
小结
1.市场规模
石墨烯具有优异的电学、热学、光学、力学性能，从新能源、电子信息到复合材料，应用场景丰富。目前我国石墨烯产业市场规模已达到300亿元左右，未来随着新能源汽车渗透率的快速增长，锂电池对石墨烯的需求也将不断扩大。
2.行业应用
我国石墨烯产品主要应用于锂电池材料、涂料、电子信息散热材料、导电剂、石墨烯橡胶等复合材料领域。在柔性显示、可穿戴设备、污染防治等领域仍需进一步研究和产业化推进。
3.产业布局趋势
石墨烯行业研发生产主要集中在资金技术密集的东南沿海地区。目前正进一步渗透到安徽、四川等内陆省份，行业发展前景看好。
4.当前技术瓶颈
工艺复杂成本较高，是制约石墨烯高品质大规模产业化的最大制约因素。现有的石墨烯制备技术存在成品率不高、薄膜转移困难等问题。化学气相沉积法（CVD）是目前被认为最有希望实现工业化大规模生产高质量石墨烯薄膜的方法。
5.未来展望
随着石墨烯生产技术的不断突破，石墨烯品质的稳定提高与成本的进一步下降，必将充分发挥石墨烯光、电、热、力学等方面的综合性能优势，带来柔性显示、可穿戴设备、环保、医疗健康等诸多领域更深一步的市场需求。
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