一、石墨烯為何成為如今的新材料熱點(diǎn)

石墨烯在光學(xué)、力學(xué)、電學(xué)方面均具有比其他材料更優(yōu)異的性能，在各個(gè)領(lǐng)域都有非常好的前景且應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，因此石墨烯在近兩年成為新材料和新能源等高新領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)。

在政策方面，2016年國(guó)家公布的“十三五”規(guī)劃第二十三章中，國(guó)家明確了石墨烯在戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)中重要性，石墨烯作為高端材料進(jìn)入到“十三五”產(chǎn)品目錄。另外，在工信部頒布《中國(guó)制造2025》中，國(guó)家確定了石墨烯材料技術(shù)發(fā)展路線規(guī)劃。近兩年在國(guó)內(nèi)先后建立了4個(gè)石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新基地，國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人也多次實(shí)地考察石墨烯產(chǎn)業(yè)化情況。這都說(shuō)明了國(guó)家在石墨烯產(chǎn)業(yè)扶持上是不惜余力的。

政策引導(dǎo)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的雙重驅(qū)使下，我國(guó)石墨烯已實(shí)現(xiàn)初級(jí)階段的應(yīng)用，石墨烯作為導(dǎo)電漿料和防腐涂料的下游應(yīng)用已經(jīng)初步形成規(guī)模化，而且具備一定的市場(chǎng)發(fā)展空間。經(jīng)過(guò)對(duì)石墨相關(guān)企業(yè)調(diào)研后，我們發(fā)現(xiàn)石墨烯制備成本和石墨烯下游應(yīng)用技術(shù)不足，制約了目前石墨烯向更深的階段發(fā)展。同時(shí)，上市公司也開始積極布局石墨烯領(lǐng)域，東旭光電是一家液晶玻璃基板生產(chǎn)公司，其通過(guò)石墨烯導(dǎo)電劑包裹鋰電池正極達(dá)到快速充電的技術(shù)，從2016年7月8日公布“革命性石墨烯鋰電池應(yīng)用技術(shù)”后，在石墨烯和新能源汽車的雙重概念驅(qū)動(dòng)下該公司股票在二級(jí)市場(chǎng)中賺的盆滿缽豐。該款石墨烯基鋰離子電池在電池能量密度上并沒有任何改善，而且充電需要配置獨(dú)立的配置器，在新能源汽車方面的應(yīng)用還要解決充電樁電流等和BMS（電池管理系統(tǒng)）的問題，因此該款電池只能作為移動(dòng)電源使用，離成為新能源汽車新型電池的應(yīng)用還相差甚遠(yuǎn)，可以說(shuō)投資者為該企業(yè)的炒作概念買了單。在監(jiān)管層的對(duì)于東旭光電的《關(guān)注函》要求該公司停牌自查后，表明監(jiān)管層對(duì)于題材炒作的監(jiān)管力度進(jìn)一步加強(qiáng)。因此我們需要清楚在石墨烯應(yīng)用的初級(jí)階段，石墨烯的優(yōu)勢(shì)到底在哪方面，而其目前和未來(lái)真正的應(yīng)用是什么？

◆石墨烯為何是所謂的“新材料之王”

石墨烯主要是從鱗片狀石墨中剝離出的具有單層碳原子結(jié)構(gòu)的平面晶體材料，與其他石墨材料不同的是其碳原子是按照二維周期蜂窩狀點(diǎn)陣排列。按照碳原子層數(shù)分類可分為：?jiǎn)螌邮▎蝹€(gè)碳原子層）、多層石墨烯（2-10個(gè)碳原子層）及石墨烯微片（10＜碳原子層＜100um）。單層石墨烯是目前世界上已知最薄卻最堅(jiān)硬的納米材料。

石墨烯在光學(xué)、力學(xué)、電學(xué)方面均有比其他材料更優(yōu)異的性能。在力學(xué)方面，石墨烯是人類已知最強(qiáng)最高的物質(zhì)，強(qiáng)度約為180GPa，是普通鋼材的100倍。此外，石墨烯還具有良好的韌性，單位面積石墨烯片可承受4kg重量，可見其韌性相當(dāng)于碳纖維的20倍；在熱學(xué)方面，石墨烯自身的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到5300W/m·K，是室溫下最好的導(dǎo)熱材料，導(dǎo)熱性能是碳納米管的1.51倍，是銅的13倍；在電學(xué)方面，石墨烯是室溫下最好的導(dǎo)電材料，由于其特殊的能帶結(jié)構(gòu)使常溫下電子運(yùn)動(dòng)干擾小，傳輸質(zhì)量大幅提高。石墨烯的電學(xué)性能突出表現(xiàn)在高載流子遷移率及高電流密度，其載流子遷移率達(dá)15000c㎡/V·s，相當(dāng)于商用硅片的10倍。電流密度耐性為2億A/c㎡，相當(dāng)于銅的100倍。綜合分析石墨烯的各類性能及特性，石墨烯作為替代材料在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用具有一定優(yōu)勢(shì)，也是石墨烯被稱為“新材料之王”的原因。

二、石墨烯的應(yīng)用現(xiàn)狀及未來(lái)展望

2.1石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域

石墨烯的特性使得其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，石墨烯除具有上文闡述的熱學(xué)、力學(xué)及電學(xué)性能外，還具有幾類特殊功能如低溫吸氫、常溫?zé)o散射、應(yīng)變傳感等，這使得石墨烯能用于制作吸氫材料、無(wú)散射傳輸器件、應(yīng)變傳感器、雙極半導(dǎo)體和類催化劑等。

綜合分析石墨烯的各類性能，將來(lái)運(yùn)用的領(lǐng)域?qū)?huì)十分廣闊，主要集中在電子行業(yè)及化工行業(yè)，尤其是在電子行業(yè)的鋰電池電極、觸摸屏、超級(jí)電容領(lǐng)域和化工行業(yè)的涂層、保險(xiǎn)、吸附、淡化領(lǐng)域等。

2.2石墨烯目前應(yīng)用領(lǐng)域潛在爆發(fā)點(diǎn)

2.2.1石墨烯動(dòng)力電池行業(yè)

隨著新能源交通工具逐步替代內(nèi)燃機(jī)交通工具的進(jìn)程加快，鋰離子電池被認(rèn)為是現(xiàn)代材料和新能源科學(xué)的經(jīng)典能源。但是動(dòng)力電池的充放電性能和儲(chǔ)能性能一直是制約新能源行業(yè)發(fā)展的主要障礙。石墨烯優(yōu)異的電子遷移率性質(zhì)和極低的電阻率使得其作為鋰電池正負(fù)極材料或鋰電池正負(fù)極導(dǎo)電劑，將有效改善鋰電池電極循壞性能，提高充電速度和儲(chǔ)能性能。

石墨烯作為電池電極材料生產(chǎn)的動(dòng)力的電池仍處于試驗(yàn)階段，但我國(guó)石墨烯的鋰電池電極添加劑的研發(fā)技術(shù)已經(jīng)較為成熟，通過(guò)石墨烯導(dǎo)電漿劑包裹磷酸鐵鋰等正極材料，從而增加電池充電速度替代其他碳材料導(dǎo)電劑，加入石墨烯導(dǎo)電劑的電極導(dǎo)電性能是添加碳納米管導(dǎo)電劑的10倍，是添加導(dǎo)電炭黑導(dǎo)電劑的40倍。

目前中國(guó)電池企業(yè)已經(jīng)嘗試使用石墨烯漿料作為導(dǎo)電劑使用，具備一定的市場(chǎng)空間。例如，比亞迪目前每月約采購(gòu)石墨烯漿料500噸。隨著全球動(dòng)力鋰電池市場(chǎng)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，我國(guó)2017年預(yù)計(jì)動(dòng)力鋰電池?cái)U(kuò)增產(chǎn)能約為15.2Gwh，而15年國(guó)內(nèi)動(dòng)力鋰電池總產(chǎn)能為18.97Gwh，產(chǎn)能擴(kuò)張將近80%，正極包覆材料需求21萬(wàn)噸。因此如果2017年石墨烯漿料作為動(dòng)力電池正極包覆材料占總包覆材料中的3%，按每噸8萬(wàn)元計(jì)算，2017年石墨烯漿料市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到5億元，隨著動(dòng)力鋰電池產(chǎn)能的釋放和石墨烯包覆材料滲透率的增加，預(yù)計(jì)未來(lái)三年市場(chǎng)規(guī)模將保持100%以上的增速，石墨烯漿料在動(dòng)力鋰電池電極包覆方面的應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)40億元，如果在未來(lái)十年石墨烯漿料替代所有正極包覆材料的需求，石墨烯漿料的市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)200億元。

國(guó)內(nèi)石墨烯導(dǎo)電漿料作為鋰電池正負(fù)極包覆材料技術(shù)比較成熟，動(dòng)力電池企業(yè)已經(jīng)開始石墨烯漿料的使用，具備一定的市場(chǎng)空間。但石墨烯材料作為電池電極的技術(shù)仍然不成熟，因此目前石墨烯結(jié)合動(dòng)力鋰電池的應(yīng)用的潛在爆發(fā)點(diǎn)在于石墨烯導(dǎo)電劑應(yīng)用。

2.2.2石墨烯復(fù)合材料行業(yè)

石墨烯本身的特性通過(guò)與其他材料復(fù)合，可以改變?cè)胁牧系奶匦裕砂l(fā)揮原有材料更大的優(yōu)勢(shì)。

◆橡塑塑料復(fù)合（石墨烯粉體）

將石墨烯粉體加入橡膠、塑料等基底中可以提高基底材料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性以及強(qiáng)韌度，對(duì)材料進(jìn)行綜合改性，例如增強(qiáng)塑料、防靜電塑料、導(dǎo)熱塑料。

◆金屬、半導(dǎo)體材料、高分子材料復(fù)合（石墨烯油墨）

將石墨烯油墨與基地材料進(jìn)行復(fù)合：金屬及其化合物，如金、銀、銅、鋁等；半導(dǎo)體材料，如硅、鍺等；導(dǎo)電高分子和小分子，如石墨等。使得減低基地材料的電阻、增加導(dǎo)電性、光學(xué)透明性以及強(qiáng)度韌性。在各類導(dǎo)電線路以及傳感器、無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)、智能包裝、醫(yī)學(xué)監(jiān)視器等電子產(chǎn)品中有廣泛應(yīng)用。例如，國(guó)家電網(wǎng)電纜內(nèi)部導(dǎo)電體多采用銅線，如果以鋁線作為導(dǎo)電體將會(huì)降低成本，將石墨烯油墨與鋁線復(fù)合將會(huì)增加鋁線的導(dǎo)電性和強(qiáng)度韌性，從而代替?zhèn)鹘y(tǒng)銅線。

◆防腐涂料復(fù)合（石墨烯粉體）

防腐涂料中添加石墨烯后，石墨烯能夠形成穩(wěn)定的導(dǎo)電網(wǎng)格，有效提高鋅粉的利用率。從實(shí)際效果來(lái)看，添加約5%的石墨烯粉，可減少50%鋅粉的使用量。同時(shí)，石墨烯涂層能在金屬表面與活性介質(zhì)之間形成物理阻隔層，對(duì)基底材料起到良好的防護(hù)作用。我國(guó)石墨烯復(fù)合防腐涂料技術(shù)已經(jīng)非常成熟，在2015年該技術(shù)已應(yīng)用于海上風(fēng)電塔筒的防腐，石墨烯復(fù)合防腐涂料可以耐腐蝕長(zhǎng)達(dá)125天，是普通重防腐涂料的3倍，而且鋅粉的使用量是普通重防腐涂料的三分之一。未來(lái)石墨烯在石油化工行業(yè)和電力行業(yè)的建筑、船舶、鐵道、橋梁碼頭、集裝箱等防腐涂料方面將具有更廣闊的市場(chǎng)空間。

我國(guó)石墨烯在復(fù)合材料方面應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)較為成熟，基底材料通過(guò)和石墨烯復(fù)合進(jìn)行改性，表現(xiàn)出更優(yōu)異的性能。石墨烯復(fù)合材料技術(shù)目前已經(jīng)走向應(yīng)用，預(yù)計(jì)其在橡塑、半/導(dǎo)電材料和防腐涂料方面的應(yīng)用在2017年市場(chǎng)空間將達(dá)到6億元。不過(guò)，隨著石墨烯應(yīng)用滲透率的上升和石墨烯在復(fù)合材料中的用量影響，在未來(lái)三年預(yù)計(jì)石墨烯復(fù)合材料應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)50億元，因此石墨烯復(fù)合材料應(yīng)用是近期石墨烯產(chǎn)業(yè)化潛在爆發(fā)領(lǐng)域。

2.3石墨烯未來(lái)潛在應(yīng)用展望

2.3.1石墨烯觸控屏應(yīng)用

石墨烯觸控屏產(chǎn)品已出，將部分取代ITO觸控屏。當(dāng)前市場(chǎng)中的觸控產(chǎn)品以ITO（氧化銦錫）為主。但與之相比,石墨烯觸控屏的性能更出色，且具有柔韌和寬溫度適應(yīng)性兩大特點(diǎn)。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外均已有石墨烯觸控屏研發(fā)成功并投產(chǎn)，韓國(guó)三星公司和成均館大學(xué)在研究制造了63厘米寬的純石墨烯，并用該石墨烯制造了柔性觸控屏；國(guó)內(nèi)二維碳素、第六元素均已經(jīng)有傳感器、觸控組件量產(chǎn)。

觸控屏市場(chǎng)規(guī)模巨大，石墨烯觸控需求有望快速增長(zhǎng)。全球觸控屏市場(chǎng)規(guī)模巨大，我國(guó)觸控屏規(guī)模從2013年8億片增加到2015年12億片，預(yù)計(jì)2017年產(chǎn)量規(guī)模將達(dá)到20億片。目前，石墨烯觸控屏的技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，2016年我國(guó)自研的首款石墨烯手機(jī)問世，其可以任意彎曲，不僅解決傳統(tǒng)手機(jī)ITO屏剛性易碎的問題，并且石墨烯透光性很強(qiáng)因此顯示效果也比傳統(tǒng)ITO屏更清晰，另外重量只有200克。但是目前石墨烯制備量產(chǎn)成本是制約該技術(shù)發(fā)展的其中一個(gè)因素。因此，隨著石墨烯工業(yè)化量產(chǎn)成本進(jìn)一步降低，同時(shí)柔性屏幕需求以及應(yīng)用場(chǎng)景的提高，石墨烯觸控組件有可能在未來(lái)替代所有現(xiàn)有傳統(tǒng)ITO觸控屏，預(yù)計(jì)在未來(lái)將達(dá)到千億以上的市場(chǎng)空間。

2.3.2石墨烯超級(jí)電容器

超級(jí)電容器是一種能量存儲(chǔ)和功率補(bǔ)償?shù)钠骷诨旌蟿?dòng)力、移動(dòng)通訊、應(yīng)急

電源、特種科技等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。電極材料是其生產(chǎn)的關(guān)鍵部分，占整個(gè)電容器生產(chǎn)成本的40%左右，目前超級(jí)電容器電極材料應(yīng)用最廣泛的是碳材料，包括活性炭和碳納米管等。其中活性炭的內(nèi)部孔徑結(jié)構(gòu)控制比較難，比表面積利用率低，電化學(xué)性能不穩(wěn)定；其次，碳納米管的價(jià)格比較昂貴（400元/克），而且難以純化，從而極大地影響了碳納米管在超級(jí)電容器中的實(shí)際應(yīng)用；石墨烯是一種新型的碳材料，電導(dǎo)率高、比表面積大、且化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，表面更有效的釋放，有利于電子的滲透和運(yùn)輸，因此如能實(shí)現(xiàn)石墨烯規(guī)模化制備并降低成本，相對(duì)于其他碳電極材料石墨烯更適合作為超級(jí)電容器電極材料。我國(guó)傳統(tǒng)超級(jí)電容器市場(chǎng)規(guī)模巨大，即使未來(lái)石墨烯電容器在其中僅占比10%，預(yù)計(jì)未來(lái)石墨烯粉體用于石墨烯超級(jí)電容器電極的市場(chǎng)規(guī)模也將超過(guò)

10億元。2014年，我國(guó)已經(jīng)可以生產(chǎn)石墨烯超級(jí)電容器，該電容器單體儲(chǔ)電量達(dá)到3000法拉。2016年，我國(guó)推出了超級(jí)電容器公交車，每次充電僅需

3分鐘，最多可行駛20公里。由于蓄電時(shí)間短和放電過(guò)快，導(dǎo)致超級(jí)電容器在動(dòng)力電池方向的使用還不是一個(gè)穩(wěn)定的產(chǎn)品，如果能解決超級(jí)電容器的能量密度問題，超級(jí)電容器將有可能出色的替代市面上所有的動(dòng)力電池，石墨烯超級(jí)電容器將至少是個(gè)百億級(jí)別市場(chǎng)規(guī)模。

三、我國(guó)石墨烯應(yīng)用的發(fā)展瓶頸

3.1石墨烯材料現(xiàn)階段應(yīng)用技術(shù)不成熟

石墨烯目前下游產(chǎn)業(yè)鏈尚未成形，全球還處于石墨烯中游前期專利布局時(shí)期，

我國(guó)的石墨烯專利技術(shù)和其他活躍國(guó)家對(duì)比具有一定的特殊性。

在全球主要優(yōu)先專利申請(qǐng)件數(shù)排位中，中國(guó)、韓國(guó)和美國(guó)名列前三名，分別以6741、2892、2632件。在全球前十位石墨烯申請(qǐng)人中，我國(guó)研究機(jī)構(gòu)占了5位，全部是中國(guó)高校，但是排名第一、第三和第六的專利申請(qǐng)人均是韓國(guó)和美國(guó)大型跨國(guó)企業(yè)。因此可以看出中國(guó)石墨烯研究成果更多是掌握在高校手中，企業(yè)只有一兩家具備優(yōu)勢(shì)，石墨烯研發(fā)過(guò)程中企業(yè)的主體作用需待進(jìn)一步加強(qiáng)，推動(dòng)技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程。

通過(guò)對(duì)前十位申請(qǐng)人的觀察，國(guó)外高校和企業(yè)同時(shí)掌握了大量核心專利，美韓企業(yè)的專利布局更偏向石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，在石墨烯產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中扮演著重要角色。另一方面，從專利的類型分析，盡管我國(guó)石墨烯專利數(shù)量在全世界領(lǐng)先，但多數(shù)專利是圍繞石墨烯制備方法進(jìn)行，石墨烯應(yīng)用方面布局還相對(duì)美韓較少。專利申請(qǐng)人性質(zhì)和專利類型布局是制約我國(guó)石墨烯下游應(yīng)用技術(shù)商業(yè)化發(fā)展的因素，也制約著石墨烯整體應(yīng)用的發(fā)展。

3.2石墨烯規(guī)模化制備成本過(guò)高

隨著世界石墨烯研究熱潮引發(fā)了國(guó)內(nèi)外制備科學(xué)家的關(guān)注，十年內(nèi)共有十余種石墨烯制備方法問世，但機(jī)械剝離法、化學(xué)氣相沉積法（CVD）、外延生長(zhǎng)法和氧化石墨還原法這四種是目前石墨烯制備的主流方法。這四種方法各有優(yōu)劣，制備成本也各不相同。

根據(jù)對(duì)石墨烯中上游企業(yè)的調(diào)研目前國(guó)內(nèi)制備高質(zhì)量石墨烯的方法是：機(jī)械剝離法和氣相沉積法。機(jī)械剝離法主要是制備石墨烯粉體的方法，雖然成本低但其可控性差難以形成量產(chǎn)，目前通過(guò)該方法獲取的單層石墨烯粉體價(jià)格在800至1000元/g之間；化學(xué)氣相沉積法是獲取石墨烯薄膜的主要方法，是最有希望大規(guī)模生產(chǎn)大尺寸石墨烯的方法，但其工藝復(fù)雜、能耗較高和制備設(shè)備價(jià)值高昂導(dǎo)致其制備成本增加，CVD法制備的單層石墨烯薄膜價(jià)格在600至800元/g之間。如此高昂的材料成本限制了高質(zhì)量石墨烯材料應(yīng)用的領(lǐng)域，只有具備經(jīng)濟(jì)實(shí)力的石墨烯下游企業(yè)才可以使用，而且很難從石墨烯初級(jí)應(yīng)用轉(zhuǎn)變成大規(guī)模推廣應(yīng)用。因此目前石墨烯的應(yīng)用材料多采用的是石墨烯微片，每克僅需要20元左右，成本雖然對(duì)比高質(zhì)量石墨烯具備明顯優(yōu)勢(shì)，但其性能仍然不能達(dá)到最理想的效果，因此只能滿足石墨烯的中低端應(yīng)用。制備成本高導(dǎo)致高質(zhì)量石墨烯材料價(jià)格維持一個(gè)較高的水平，這是限制其規(guī)模化應(yīng)用的原因之一，而且可替代品價(jià)格低廉因此高純石墨更多在市場(chǎng)中被使用。

3.3替代品仍沒有結(jié)束“歷史使命”

石墨烯在新能源方面的應(yīng)用一直是最受業(yè)內(nèi)關(guān)心的問題，“石墨烯電池”通常與超級(jí)電池聯(lián)系起來(lái)。但目前由于工藝、成本、等外在因素的影響下，往往“石墨烯電池”的噱頭要大于實(shí)用。因此高純石墨仍是目前石墨資源高端產(chǎn)業(yè)化的主流應(yīng)用產(chǎn)品,它和石墨烯的性能較為相近，具有良好的導(dǎo)熱性、耐溫性、自潤(rùn)滑性、傳導(dǎo)性、抗熱震性、耐腐蝕性等性能，廣泛應(yīng)用于冶金、化工、航天、電子、機(jī)械、核能等工業(yè)領(lǐng)域。目前高純石墨在市場(chǎng)中主要應(yīng)用是：電池工業(yè)的電池負(fù)極材料、冶金工業(yè)的高級(jí)耐火材料與涂料以及電氣工業(yè)的導(dǎo)電劑等。而且目前市場(chǎng)中高純石墨已經(jīng)不只停留于碳含量99.9%的水平，

99.99%和99.999%碳含量的高純石墨已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，應(yīng)對(duì)更高端的應(yīng)用需求。

從上表可以分析出，石墨烯在新能源電池領(lǐng)域替代高純石墨的過(guò)程中充滿了困難。其一，石墨烯電池和電極目前成本過(guò)高，價(jià)格是很難推廣到普通用戶中；其二，電池和電極制造廠的技術(shù)在石墨烯超大的表面積中滿足不了鋰離子電池的分散均漿，此時(shí)又沒有性能指標(biāo)突破性進(jìn)步帶來(lái)的足夠的利潤(rùn)空間驅(qū)動(dòng)，因此這將是一項(xiàng)巨大的工程。其三，石墨烯是高純石墨成本的幾萬(wàn)倍，但作為負(fù)極材料使用其理論容量?jī)H為后者的兩倍，性價(jià)比和效率都很低。最后，石墨烯作為儲(chǔ)能材料的能量密度很低，這導(dǎo)致其充放電速度非常快，但儲(chǔ)能持續(xù)時(shí)間才到普通鋰電池的十分之一。而目前市場(chǎng)上“石墨烯電池”也只是在電極中添加石墨烯材料的電池，高純石墨作為“被替代品”在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上顯然還沒有完成“歷史使命”。

2015年我國(guó)高純石墨總產(chǎn)量約為60000噸。其中高純石墨作為鋰電池負(fù)極材料占到其整體應(yīng)用規(guī)模的25%以上。我國(guó)是世界鋰電池負(fù)極材料生產(chǎn)的主導(dǎo)國(guó)家，中國(guó)企業(yè)深圳貝特瑞和上海杉杉股份兩家公司占了全球負(fù)極材料生產(chǎn)規(guī)規(guī)模的37%，同時(shí)，高性能大功率的電池制備技術(shù)是我國(guó)新能源汽車發(fā)展的關(guān)鍵，2015年我國(guó)新能源動(dòng)力電池負(fù)極材料總產(chǎn)量為72800噸，其中以高純石墨制作的高級(jí)負(fù)極材料占比達(dá)到了20.6%，剩下79.4%為低階石墨和其他碳素材料。這說(shuō)明高純石墨已經(jīng)可以滿足目前高性能大功率的電池制備技術(shù)的需求，正在逐步替代其他負(fù)極材料。

由于碳材料電極材料目前生產(chǎn)規(guī)模將隨著新能源汽車高新技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展而繼續(xù)擴(kuò)大，我國(guó)新能源電池負(fù)極材料重點(diǎn)企業(yè)的產(chǎn)能在2016年又進(jìn)一步增加，因此高純石墨在電池負(fù)極材料方面的應(yīng)用仍然具有發(fā)展空間，估計(jì)在未來(lái)2年，高純石墨在負(fù)極材料中的占比將超過(guò)50%。

同時(shí)，電氣工業(yè)中光伏、核電等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的復(fù)蘇和快速發(fā)展，高純石墨作為導(dǎo)電劑和硅晶生長(zhǎng)設(shè)備方面的應(yīng)用在未來(lái)的需求或?qū)⒊^(guò)預(yù)期。大規(guī)格高質(zhì)量的高純石墨,作為替代性材料,隨著高科技、新技術(shù)的領(lǐng)域發(fā)展，具有廣泛的應(yīng)用空間和前景。

小結(jié)，目前我國(guó)石墨烯在發(fā)展中受到應(yīng)用的技術(shù)不足和制備成本過(guò)高等因素的限制，這兩點(diǎn)也導(dǎo)致石墨烯在替代其他材料中遇到了阻礙。高質(zhì)量高純石墨更多作為重要的替代原材料應(yīng)用到高新和戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，因此在未來(lái)兩年高質(zhì)量高純石墨的需求潛力有望得到釋放。但是，目前高純石墨主要生產(chǎn)工藝“酸堿法”能耗較大而且廢水污染嚴(yán)重，因此在環(huán)境友好型社會(huì)中進(jìn)行高純石墨應(yīng)用也不是最好的選擇。

四、石墨烯在我國(guó)的應(yīng)用及市場(chǎng)分析

4.1我國(guó)石墨烯應(yīng)用現(xiàn)狀

目前全球?qū)κ┬阅荜P(guān)注點(diǎn)主要集中在其優(yōu)良的光電特性，我國(guó)和其他重點(diǎn)石墨烯研究國(guó)家都制定了長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展目標(biāo)，并將石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用分為三個(gè)階段。石墨烯在不同的產(chǎn)業(yè)化階段具有不同的重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域。第一階段主要為低端石墨烯材料的產(chǎn)業(yè)化，此時(shí)石墨烯制備技術(shù)日趨成熟，石墨烯下游需求逐漸打開，石墨烯的量產(chǎn)化及石墨烯材料對(duì)傳統(tǒng)材料的替代正在進(jìn)程中。

隨著下游應(yīng)用市場(chǎng)的打開、中高端石墨烯材料研究技術(shù)的成熟，石墨烯作為優(yōu)質(zhì)材料的特性將得到更充分挖掘，產(chǎn)業(yè)化將會(huì)逐步進(jìn)入第二階段。石墨烯在制備和應(yīng)用上不斷有技術(shù)突破，主要集中于石墨烯的薄膜的制取和應(yīng)用。

通過(guò)前兩個(gè)階段的應(yīng)用的不斷成熟，高端石墨烯制備技術(shù)已經(jīng)普及，下游需求將會(huì)更加強(qiáng)烈，石墨烯產(chǎn)業(yè)化將進(jìn)入第三階段。這一階段將會(huì)讓石墨烯應(yīng)用真正滲透到普通用戶身邊，不管是柔性屏幕手機(jī)，還是人體生物器件。

目前我國(guó)不管是石墨烯原料、產(chǎn)量、銷量還是石墨烯專利技術(shù)都處于全球第一位，因此我國(guó)在發(fā)展石墨應(yīng)用具備絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。我國(guó)石墨礦產(chǎn)儲(chǔ)量為20億噸，占全球石墨礦產(chǎn)資源總儲(chǔ)量的72%，占全球總產(chǎn)量的80%。另外，我國(guó)石墨烯專利除去石墨烯制備相關(guān)專利以外，石墨烯專利主要集中在電子行業(yè)儲(chǔ)能器件和復(fù)合材料領(lǐng)域，總占比73.5%。

與此同時(shí)，國(guó)家政策層面通過(guò)《中國(guó)制造2025》對(duì)石墨烯的未來(lái)十年的發(fā)展也規(guī)劃出了具體路徑。2016年，我國(guó)首個(gè)單層石墨烯量產(chǎn)化基地的落戶廈門，計(jì)劃在2020年可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量石墨烯的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。石墨烯電子紙、柔性屏及石墨烯手機(jī)的問世，都預(yù)示著我國(guó)石墨烯已經(jīng)踏入石墨烯產(chǎn)業(yè)化第一階段。

綜上所述，全球重點(diǎn)國(guó)家多數(shù)仍處于石墨烯產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用第一階段，我國(guó)憑借資源和專利優(yōu)勢(shì)也踏入這一階段。結(jié)合我國(guó)石墨烯下游企業(yè)需求和我國(guó)石墨烯專利特點(diǎn)，目前在我國(guó)最可能實(shí)現(xiàn)也是最具有優(yōu)勢(shì)的石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域是電子儲(chǔ)能器件和石墨烯復(fù)合材料領(lǐng)域，其他領(lǐng)域的應(yīng)用受到專利的限制還需要石墨烯中游研發(fā)繼續(xù)深耕。

目前世界還處于石墨烯專利布局時(shí)期，下游應(yīng)用需求不足是很正常的事情。中國(guó)雖然在石墨烯專利數(shù)量上位列世界第一位，但是企業(yè)參與主體和石墨烯應(yīng)用技術(shù)多方面布局還需加強(qiáng)。國(guó)內(nèi)企業(yè)雖然積極相應(yīng)國(guó)家政策，但石墨烯下游產(chǎn)業(yè)鏈仍未形成，國(guó)內(nèi)石墨烯應(yīng)用處于第一階段。隨著國(guó)家政策導(dǎo)向影響，石墨烯的基本應(yīng)用也將逐漸推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，對(duì)于我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)在未來(lái)更深階段應(yīng)用的發(fā)展具有助推作用。

五、總結(jié)

石墨烯在力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和電學(xué)領(lǐng)域表現(xiàn)突出，但受到制備技術(shù)影響，高質(zhì)量石墨烯成本居高不下。另外，全球石墨烯產(chǎn)業(yè)仍處于中游專利布局階段，下游產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成，石墨烯需求以初級(jí)低端應(yīng)用和概念炒作為主。這兩點(diǎn)共同導(dǎo)致目前石墨烯在全球石墨礦產(chǎn)資源應(yīng)用中仍屬于非主流應(yīng)用。石墨烯作為“替代材料”還有很長(zhǎng)的道路要走。

隨著全球?qū)κ┥钊胙芯浚约案髦攸c(diǎn)國(guó)家對(duì)石墨烯產(chǎn)業(yè)的持續(xù)投入，重點(diǎn)國(guó)家和我國(guó)都已經(jīng)從石墨烯低端應(yīng)用著手，進(jìn)入石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的第一階段。我國(guó)在不少工業(yè)領(lǐng)域都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用：鋰電池電極導(dǎo)電劑領(lǐng)域和石墨烯復(fù)合材料領(lǐng)域。同時(shí)，在這兩個(gè)方面我國(guó)的水平也是世界領(lǐng)先地位，不管對(duì)于我國(guó)在全球石墨烯研究方面的影響力，還是在石墨烯應(yīng)用技術(shù)階段更進(jìn)一步方面都具有積極的作用。另外，石墨烯未來(lái)潛在應(yīng)用更是充滿想象空間，而且我國(guó)自研的石墨烯柔性屏幕和超級(jí)電容器產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)。如果假以時(shí)日將瓶頸問題突破后，對(duì)可替代的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)顛覆性變革，因此市場(chǎng)空間更加巨大，預(yù)計(jì)在未來(lái)10年石墨烯在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的總市場(chǎng)規(guī)模至少將是一個(gè)千億級(jí)別的市場(chǎng)。

可以看出我國(guó)在石墨烯第一階段應(yīng)用具備一定的市場(chǎng)發(fā)展空間，而且石墨烯未來(lái)潛在發(fā)展應(yīng)用技術(shù)充滿想象空間和更大的市場(chǎng)空間。隨著下游應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)展，全球?qū)τ谑┑男枨髮?huì)逐年增加，石墨作為不可再生資源，我國(guó)企業(yè)還是應(yīng)當(dāng)適當(dāng)控制石墨的野蠻開采，應(yīng)當(dāng)制備高質(zhì)量石墨烯從而提高產(chǎn)品附加值，增加中國(guó)石墨烯產(chǎn)品在全球石墨烯市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。

綜上所述，石墨烯目前已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)低端的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，未來(lái)更進(jìn)一步的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用雖然想象空間很大，但還需等待石墨烯產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步成熟。