石墨烯行业分析报告Word文件下载.docx

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关注有望率先实现产业化应用的领域

石墨烯由于其优异特性，堪比是材料领域的互联网，而石墨烯与不同材料、技术结合起来，能够形成具备特殊性能、满足特定应用场景的新型“材料”，在新能源、新材料、电子信息等领域具备广阔的应用空间，并能进一步覆盖生产、消费、军事等领域。

我们认为如同“互联网+”的发展趋势，“石墨烯+”也有望成为未来材料发展的一大趋势。

当然，由于石墨烯的研发历史不过10年，现在还处于产业化初期，规模化的变革还未出现。

我们建议要特别关注石墨烯产业化应用的技术路线，结合国内外研发、应用的实际情况做相应投资，并重点关注石墨烯有望率先实现产业化应用的领域。

根据欧洲石墨烯旗舰计划，石墨烯的发展可以分为早期、中期和远景三个的阶段：

早期主要聚焦于学术研究和制备石墨烯，中期则强调工业化大规模制备石墨烯以及在下游的应用，远期则更加注重石墨烯的多功能、更高效、低成本趋势。

而根据该计划，石墨烯的中期应用又可以分为初级应用（成熟制备）到元件应用（添加/部分应用）再到系统集成应用（整体应用）三个阶段。

目前早期可预期的应用主要集中于锂电池添加剂、导电导热膜、导电导热膜和复合材料。

从国内现状来看，目前石墨烯行业仍停留在规模化制备阶段，不稳定、良率低等问题亟待解决，但已有部分企业实现石墨烯的规模化制备且产业化应用示范也在深度推进。

2014年，我国从事石墨烯产业的企业已达上千家，石墨烯产业链市场规模达到233.3亿元，石墨烯应用市场规模在90-100亿元之间，可以说，石墨烯的整个产业化空间已经初现。

从技术发展和应用现状来看，我们推测国内石墨烯的产业化路径也大概率会依照欧洲的旗舰计划。

在产业化的初级阶段，石墨烯产业主要以中低端产品为主，即对石墨烯质量要求比较宽松的产品，如石墨烯锂电池导电剂、涂料、散热膜等。

而随着石墨烯制备技术和应用技术的成熟，下一阶段石墨烯有望向包括超级电容器电极材料、透明导电膜、电子元器件导热电极等中高端石墨烯产品发展，并逐步向晶体管、分子传感器、量子传感器、石墨烯基芯片等高端产品发展，因此把握石墨烯应用的演进路径就变得十分关键。

在政策、资金、技术进步等因素的催化下，我们认为2016年有望成为石墨烯产业化应用的布局年，按照演进逻辑，我们建议优先关注以下应用领域：

锂电池材料、超级电容器、涂料、电子设备散热材料、透明导电膜以及在军工领域有较大应用的金属基复合材料。

二、新能源汽车锂电材料：

或为石墨烯打开50亿空间

石墨烯作为导电添加剂能大幅提升锂离子电池的充电效率、稳定性和使用寿命，相比颗粒状导电剂和碳纳米管具有显著性能优势。

随着价格不断下降，石墨烯或将成为新能源汽车性能提升的重要推手，前期国内产值在8亿元左右，预计到2020年仅国内正极材料的导电添加剂就有望形成50亿的市场规模。

而到2020年，国内正极材料的需求将突破100万吨，如果全部使用石墨烯导电剂并按照5%的比例测算，对石墨烯的需求将超过50000吨，对应产值在50亿元左右。

导电添加剂能大幅提升锂离子电池导电性，提高电动车的快充性能。

在锂离子电池正常的充放电过程中,需要锂离子、电子的共同参与，这就要求锂离子电池的电极必须是离子和电子的混合导体，电极反应也只能够发生在电解液、导电剂、活性材料的接合处。

而事实上，锂离子电池的正极、负极活性材料的导电性都不佳：

正极活性材料多为过渡金属氧化物或过渡金属磷酸盐，它们多为半导体或绝缘体，导电性较差；

负极石墨材料的导电性稍好，但在多次充放电后石墨材料会膨胀收缩，石墨烯颗粒的间隙增大，影响电极反应。

导电添加剂的作用就是在具体活性物质之间、活性物质与集流体之间收集微电流以减小电极的接触电阻，加速电子的移动速率。

因此，在锂离子电池电极材料中加入导电剂能有效提高电子的迁移速率，从而提升电极的充放电速率并保证电池良好的充放电性能。

目前导电添加剂可以分为颗粒状和纤维状两种，传统的导电剂包括炭黑（KB）、石墨（KS）等，高端导电剂则主要包括纳米碳纤维（VGCF）、碳纳米管（CNT）和碳纤维（GN）。

与传统的导电剂相比，石墨烯导电剂性能更为优异，与碳纳米管相比也更胜一筹。

（1）首先，与颗粒状导电剂相比，纤维状导电剂有较大的长径比，能够提高活性材料之间及其与集电极之间的粘结牢固性，有利于形成导电网络；

（2）其次，炭黑、乙炔黑等传统导电剂与活性材料粒子点对点的接触方式会带来较大的热阻抗，从而带来一定的安全隐患；

（3）此外，导电添加剂本身并不能提供嵌脱锂容量，导致电池比能量与比功率的降低，以更低的添加量达到更优的性能将是导电剂的发展趋势，包括石墨烯在内的各类新型导电剂恰恰能够满足这种需求。

当然，考虑到工艺、成本、正极材料特性等多种因素，纤维状导电剂对传统导电剂也并非百分百的完全替代，以纤维状导电剂为主，在其中加入颗粒状导电剂，共同发挥两者优势，有望成为未来的发展方向。

就石墨烯导电剂而言，其凭借石墨烯优异的载流子迁移率（15000cm2/V-1.s-1）和超低电阻率（10-6Ω·

cm），可显著降低电池内阻、提高倍率性能和循环寿命，并改善电池的高低温和安全性能。

研究表明含10%石墨烯（活性物质的重量百分比）的磷酸铁锂电极的充放电性能接近或者更优于含20%导电炭黑的磷酸铁锂电极的充放电性能。

此外，即使与当前主流的高端导电剂纳米碳纤维、碳纳米管相比，石墨烯导电剂的综合性能指标也更为优异。

石墨烯导电剂价格不断下降，前期有望形成8000吨需求空间。

目前石墨烯导电剂最大的劣势在于价格高昂，这主要是由于上游无法大规模制备高质量石墨烯所致。

而国家已经意识到了石墨烯产业的关键共性问题，并在《发关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》明确提出了石墨烯的先导产业地位。

依靠前期技术积累与研发，已有部分企业已能够大规模量产导电石墨烯，石墨烯导电剂的产业化应用阶段已经开启。

我们预测，未来随着政策与资金的不断扶持，大规模制备高质量石墨烯的产业化瓶颈必将被优先突破，石墨烯导电剂的价格也将不断下降，并对碳纳米管形成一定价格优势。

根据我们预测，石墨烯导电剂市场前期有望形成8000吨需求，折合8亿元左右产值。

三、超级电容器：

石墨烯是电极性能提升的关键

超级电容器是一种靠极化电解液来存储电能的新型电化学装置，介于传统电容器和二次电池之间，具有充放电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点，在各类需要能源转化的领域拥有巨大的应用价值。

而全球各国也十分重视超级电容的发展，美国、日本已经实现小型超级电容器的产业化，法国和韩国也在进行积极的研究和开发。

中国则将“超级电容器关键材料的研究和制备技术”列入到《国家中长期科学和技术发展纲要（2006—2020年）》中，并在《中国制造2025》中三处提及超级电容器，将其作为能源领域的前沿技术和重要发展方向之一。

目前，由于比能量低，超级电容器主要作为储能部件与其他能量部件并联工作，并较多应用于新能源汽车领域，包括混合动力公交车、增程式电动公交车、燃料电池汽车、城市轨道交通、纯电动汽车等。

通过与其他能量部件（发动机、蓄电池、燃料电池）并联工作，超级电容器能提供车辆启动需求的高功率、承受制动能量回馈和大电流快速充电的高功率冲击。

例如，与传统燃油汽车组成混合电动车时，超级电容器通过回收刹车能量能达到10%至20%的节油率。

然而，由于过低的比能量，超级电容器在新能源领域只能扮演配角，无法独立大规模、超远程应用。

提升超级电容器性能的关键在于选用合适的电极材料。

电极构成了超级电容器重要的组成部分，当前应用比较广泛的电极材料包括碳基材料、金属氧化物电极材料、导电聚合物电极材料和复合电极材料。

碳材料由于其比表面积大、化学稳定性好等特点，较多应用于双电层电容；

金属氧化物和导电聚合物材料则都用于赝电容型超级电容。

以应用比例较高的双电层超级电容为例，如何获得高性能、低成本的碳材料成为技术攻关的关键，其对电容碳材料的性能要求包括高比表面、高中孔率、高电导率、高堆积比重、高纯度、高性价比六个方面。

这些指标之间彼此相互矛盾、难以兼顾。

目前，由于成本优势，超高比表面活性炭占了电极材料的很大部分。

而我们认为，石墨烯是超级电容器碳材料的有力竞争者。

相对于活性炭，石墨烯材料具有多重优势，比如很高的比表面积和更加优异的导电性，比容量也高于一般的活性炭和碳纳米管。

此外，其特殊的平面二维结构使之具有更为丰富的微观结构，有利于电解液的渗透和电子的传输，因此石墨烯非常适合作为超级电容器的电极材料。

目前石墨烯电极材料较大的一个劣势在于成本较高，而上文已经提及，随着上游产业化的加快推进，石墨烯原料的价格也正在不断下降，待成本问题得到改善后，石墨烯与超级电容器的深度结合将不断推进。

超级电容器市场为石墨烯打开空间。

根据美国IDTechEx公司报告，全球超级电容器市场将从2013年的8亿美元增长到2018年的31.3亿美元，年复合增长率达到30.2%。

而石墨烯基超级电容器的产业化也在不断推进：

在国内，中国中车研发的3伏／12000法拉石墨烯／活性炭复合电极超级电容和2.8伏／30000法拉石墨烯纳米混合型超级电容已经获得中国工程院鉴定，整体技术达到目前世界超级电容单体的最高水平。

根据KDB测算，2016年中国超级电容器市场规模将突破30亿元，仅超级电容领域对石墨烯的需求就可能达到300-500吨，前期年产值在2亿元左右。

四、电子设备：

石墨烯将满足轻薄化大趋势

电子产品的轻薄化对散热提出了更高的要求。

当前，电子产品的轻薄化已经成为一大趋势，伴随着产品功能增强、性能提高，高功率的处理芯片带来了更多的热量，更快的处理速度和更低的电量消耗对智能终端提出了更高的散热需求。

而传统的金属散热材料在导热性、稳定性和轻量化等方面均有所欠缺。

另一方面，以金刚石、石墨、石墨烯、碳纳米管为代表的碳材料凭借超高的导热率、低密度、低热膨胀系数、良好的高温力学性能顺势而起，已经成为最具有发展前景的散热材料。

金属散热材料主要依靠电子运动进行导热，方式比较单一。

对于碳材料而言，热量的传导主要靠晶格或晶体点阵的振动来实现。

在热量传递时，碳材料中起导热作用的物质（载流子）包括自由电子、晶格振动（声子）和光子，整个材料的热导率由这些不同载流子之间共同配合、协同作用决定。

而声子的作用方式又可以分为两种：

声子与声子的相互作用；

声子与缺陷、界面的相互作用，因此碳材料整体的散热途径要多于金属材料，这也决定了碳材料具有更高的热导率。

以石墨散热片为例，其特殊的分子结构使其可以同时进行面内热传导和层间热扩散，能将热量均匀地分布到二维平面上，其热导率理论上高达4180W/mk，是传统金属材料铜、银、铝的十倍以上。

石墨烯是热导率最高的散热材料，能满足电子设备轻薄化趋势。

（1）石墨烯热导率高达5300W/mk，是石墨导热膜的三倍，属于超高导热材料。

石墨烯的高热导性能来自于其声子和电子两方面作用：

石墨烯声子自由程高达775nm，远大于碳系列其他材料；

同时石墨烯电子不因晶格缺陷或杂质原子发生散射，电子迁移率达到了光速的1/300（15000cm2/vs），超过了任何金属的电子迁移率。

（2）石墨烯具有碳碳SP2杂化而成的六边形晶格结构，形成的大π共轭键非常稳定，同时兼具韧性和弹性，加工难度低且高度稳定。

（3）石墨烯厚度仅有0.35nm，远低于石墨的0.03mm，能满足电子产品轻薄化的趋势。

因此在碳系列导热材料中，石墨烯的综合性能要优于金刚石、石墨和碳纳米管等。

由于纳米尺度的特征，批量化生产和单品大尺寸生产同样也是制约石墨烯散热材料大规模商用的最大阻碍，这也导致目前石墨烯散热膜价格偏贵。

石墨烯的产业化生产已经不再遥遥无期，国内部分生产商已经可以规模化生产高品质石墨烯粉体和薄膜，石墨烯在散热材料领域的应用也不断取得突破。

石墨烯散热材料前期可达10亿左右产值空间。

随着智能手机、平板电脑等电子产品的渗透率不断提升，以及电子产品不断向轻薄化发展，大频率芯片和大功率电池对散热性能提出了更高的要求，也将进一步增加对石墨烯散热材料的需求。

根据，前期石墨烯导热硅胶对纯石墨烯的需求在100吨左右，手机对石墨烯散热膜的需求在30亿片左右，前期两个市场合计能达到10亿左右的市场规模。

而考虑到石墨烯散热材料在其他电子设备及LED、涂料中的应用，石墨烯在散热材料领域的应用将更为广阔。

五、透明导电薄膜：

替代ITO，石墨烯或迎百亿市场

传统的显示屏导体材料基本都使用ITO膜（氧化铟锡），但ITO材料具有价格高、易碎、有毒等缺点，且受制于导电性、透光率、弯曲性等本质问题，已无法满足移动终端、可穿戴设备、智能家电对触控面板提出的更高的要求（尺寸、价格、柔性等）。

各面板厂商也纷纷开始布局ITO的替代品，包括纳米银线、金属网格、石墨烯、碳纳米管等材料。

我们认为石墨烯膜未来将成为替代ITO的优先选择。

1、与ITO相比，石墨烯性能更为优异

通常衡量透明导电膜性能有两个指标：

导电性和透光率；

在未来柔性显示趋势中，柔韧性也成为衡量导电膜优异的另一个重要指标。

传统的ITO膜属于陶瓷材料，透光度低，柔韧性差，在加工过程中易因弯折而破碎，导致成本增加。

而石墨烯具有高透光度（能吸收大部分红外光线）、强韧性（可制作柔性材料）和优异的导电性能，是新型透明导电膜的理想材料。

此外，石墨烯触摸屏sensor加工工序相对简单，对生产设备、场地等投资要求较低，可进一步降低模组成本。

目前，在技术层面石墨烯替代ITO作为触摸屏已经没有障碍，石墨烯的柔性特性更能增加触摸屏的使用寿命，随着柔性显示技术的推进，石墨烯膜在液晶显示屏和可穿戴设备市场中有望迎来广泛的应用前景。

2、与ITO其他替代材料比，石墨烯更为全面，进展加速

除了石墨烯膜，ITO的其他替代材料还包括金属网格、纳米银线、碳纳米管等。

与石墨烯相比，其他材料多少存在重要缺陷，如莫瑞干涉阻碍了金属网格在高分辨率显示屏上的应用，其金属线宽还存在瓶颈；

雾度问题可能导致纳米银线显示屏强烈反光，影响用户视觉感受；

碳纳米管导电性不佳，不易蚀刻，应用受到限制。

而石墨烯兼具导电性、透光度、柔韧性优点，在各项指标上表现更为全面。

3、从产业化进度来看，石墨烯正在不断加速

众多专注其他替代材料的企业如旭硝子、帝人、LG化学等，在研发过程中均不同程度遇到了关键问题，包括金属网格的线宽问题、氧化锌基的均匀性问题、导电高分子的质量问题等。

即使产业化推进较快的纳米银线，由于其原材料掌握在美国Canbrios等少数企业手中，未来规模化生产也存在问题。

而作为电子强国的日本，则在2011年由新能源产业技术综合开发机构（NEDO）在稀有金属替代材料开发项目中追加替代透明电极用铟的石墨烯开发项目，新能源产业技术综合开发机构（NEDO）在稀有金属替代材料开发项目中追加替代透明电极用铟的石墨烯开发项目，在石墨烯膜的产业化中走在了前面。

当前，石墨烯膜主要的问题在于大尺寸膜的制备以及价格偏高，而我们认为：

（1）膜制备面积存在由小到大的过程，目前重庆墨希、常州二维碳素已经实现5寸、6寸石墨烯触摸屏膜的生产，在小尺寸上技术渐趋成熟，重庆墨希甚至研制出了长300mm，宽230mm的石墨烯透明导电膜，基本可以满足移动设备的触控需求；

（2）前期石墨烯价格过高的原因主要在于供需的不匹配，随着单个企业产量的提升以及整个行业产业化的推进，石墨烯的成本端将快速下降，石墨烯膜的价格也有望随之降低，成本劣势将不断缩减。

因此，相对其他材料而言，石墨烯膜所面临的问题有望在石墨烯产业化推进的过程中率先解决，在替代ITO膜方面可能更为迅速。

4、智能设备增长为石墨烯替代ITO打开市场空间

替代性需求：

目前市场上ITO的替代材料主要包括金属网格和纳米银线，在国内占比分别为10%和1.6%，石墨烯膜的存量则小于1%，而ITO、金属网格和纳米银线均有不同程度的缺陷，这就给石墨烯提供了足够的替代空间。

根据Nano测算，前期ITO的替代空间在百亿人民币左右，石墨烯膜则有望经历“从0到1”的快速增长。

增长需求：

根据NPDDisplaySearch，智能手机未来出货量仍旧保持增长，而可穿戴设备（对柔性指标提出了更高的要求）如移动追踪器、智能手表等在2013年开始起飞，2015年有望达到9200万台。

如果按照20%的替代率和保守价格200元/片计算，光是可穿戴设备就有望每年给石墨烯膜带来36亿的市场空间，考虑到智能手机、平板电脑等，未来石墨烯膜的空间有望突破100亿。

六、军工：

石墨烯打造新型防护材料，需求渐显

我们非常看好石墨烯在军工领域尤其是在金属基防护材料方面的应用,金属基石墨烯复合材料能够改善原有防护材料（钢板、铝合金、陶瓷材料）在强度、硬度、轻量化以及可加工性方面的缺陷，满足军备轻量化趋势的需求，目前产值在1亿元以下，预计到2025年产值将超过90亿元，年复合增速高达55%。

1、需求渐显，石墨烯发力军工领域

一项新技术与新材料的好坏，标准之一就是看它能否应用到要求极高的军工领域。

石墨烯凭借轻量化、高性能等特点，在军工的隐身涂料、导电材料、耐高温材料、储能材料、轻量化应用中能发挥巨大作用。

而我们认为出于以下两方面因素考虑，石墨烯有望在军工领域获得率先应用：

一、石墨烯可以满足国防军工材料高性能的要求，同时配合军工领域其他高精尖的技术和材料，可以更好地保障其性能的发挥；

二、当前石墨烯的高价格阻碍了其快速商用，消费者可能因价而舍性能，但军工对性能的考量排在第一，价格排在其次。

2、石墨烯在军工领域的应用已在不断推进

2015年1月，中国石墨烯产业技术创新战略联盟军工应用委员会在哈尔滨成立，委员会通过“军工企业+石墨烯应用单位”的合作模式搭建起石墨烯军用推广的重要平台，中航工业、航天科技、航天科工、中船重工等集团均出席了成立会。

此外，中国兵器工业集团北方材料科学与工程研究院已经与宁波墨西公司进行石墨烯对接试用，中航工业集团则在2015年11月宣布进军石墨烯产业，前期投资9个亿，未来投资规模将达百亿，试图打造石墨烯基础研究、产品研发与孵化、融资和产业化整条产业链。

借助军工大集团的技术优势和资金优势，石墨烯军用有望率先发力，与军工企业联系紧密的石墨烯企业有望从中受益。

3、金属基石墨烯复合材料值得期待

从产业了解情况来看，石墨烯初期应用将经历“涂料—高分子复合材料—金属基复合材料”三个阶段，而金属基石墨烯复合材料在军工领域应用最为广阔，2020年市场有望突破10亿元（目前几乎为零）。

首先，石墨烯复合对金属的性能提升十分明显，石墨烯-金属复合材料强度能在纯金属的基础上提升60%到234%，在韧性、硬度、导热性等方面也均有大幅度提升。

以金属铝为例，原本其强度较差，但加入石墨烯纳米片后强度大大提升，作为装甲防护材料将兼具陶瓷的防护能力、铝合金的密度和钢的抗打击能力，改变金属铝“羸弱”的特性，非常适合军工器械高强度、高抗打击、轻量化的需求。

其次，根据我国军方主力装备的发展趋势，复合装甲在军械中的比重不断提升，预计未来5年复合装甲将占到全部装甲份额的30%，十年后更将达到50%，整个金属基石墨烯复合材料（包括铝、铜、铁、镍基）目前市场产值约为1亿元，而到2025年年产值将超过90亿元，年复合增速超过55%，这就为石墨烯在军工领域的应用打开了广阔的空间。

七、关注率先实现产业化的公司

在投资建议方面,我们主要根据目前石墨烯技术研究、制备工艺、下游开拓三方面去筛选公司，在目前政策催化明显、产业化前夕的大背景下，我们建议重点关注未来1-2年能够率先实现产业化的公司，包括中国宝安（控股子公司贝特瑞）和第六元素。

1、贝特瑞

2015年2月中国宝安定增收购贝特瑞32.1457%股份,交易资产评估价格为7.236亿元（贝特瑞估值22.5亿）,定增完成后中国宝安合计持有贝特瑞89.93%的股权（剩余的10.07%为员工持股），贝特瑞2014-16年业绩承诺扣非后净利润不低于1.02亿元、1.36亿元和1.66亿元。

贝特瑞今年7月与北京大学深圳研究院、南方科技大学、深圳市新材料行业协会等共同成立了深圳市先进石墨烯应用技术研究院，专注解决石墨烯在锂电、储能产业的应用。

目前用于电池和超级电容器的石墨烯导电液已经向国内外多个客户送样，获得部分客户评价通过，相关领域产业化即将获得突破。

2、第六元素

第六元素目前已经完成石墨烯粉体规模化制备生产线的改造，从最初中试生产线提升到年产10吨石墨烯粉体，再到最新申请年产100吨石墨烯、300吨氧化石墨生产线，规模化生产进度不断加快。

此外，公司石墨烯产品集中在储能、涂料、复合材料等下游应用领域，目前公司采取同涂料、复合材料、储能企业开展技术合作，并通过参股投资形式加强同下游企业组建石墨烯材料应用企业，其中与中海油、江苏道森新材料共同完成的10吨/年石墨烯微片工业化制备及其在海工装备重防腐涂料中的应用”于9月获得工信部专家鉴定。

我们认为公司在下游布局较早，且应用领域符合石墨烯技术发展方向，未来1-2年有望率先实现产业化并取得盈利。

八、主要风险

1、石墨烯制备工艺无法满足下游规模化需求

目前石墨烯行业整体处于制备工艺研发阶段，量产技术仍未成熟，若未来无法真正实现石墨烯产品的规模化、高品质、稳定性生产，石墨烯下游应用空间将大大收缩。

2、国家支持政策不及预期

11月20