石墨烯产业深度报告-应用领域不断拓展市场规模持续增长

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1、 石墨烯产业深度报告应用领域不断拓展，市场规模持续增长 石墨烯：性能强大的新材料之王石墨烯简介：性能出色的二维碳纳米材料石墨烯是 2004 年用微机械剥离法从石墨中分离出的一种由碳原子以 sp杂化轨道 组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，英文名为 Graphene，为一层碳原子构 成的二维晶体。石墨烯与其他有机高分子材料相比，有比较独特的原子结构和力学 特性，它的键与其他碳原子链接成六角环的蜂窝式层状结构，且每个碳原子的垂 直于层平面的 pz 轨道可以形成贯穿全层的多原子的大键，因而具有优良的导电 和光学性能。石墨烯的理论杨氏模量达 1.0TPa，固有的拉伸强度为 130Gpa，是 已知强度

2、最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，被誉为“新材 料之王”、“黑金”。石墨烯按照层数可分为单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯和多层石墨烯。 按照功能化形式可以分为氧化石墨烯、氢化石墨烯、氟化石墨烯等。按照外在 形态、又可分为片、膜、量子点、纳米带或三维状等。石墨烯特点：具有优异的力学和光电热性能石墨烯具有超强导电性、良好的热传导性、良好的透光性、溶解性、渗透率、 高柔性和高强度等出色的材料特性。正因为这些性能，使它可应用领域非常广 泛，主要集中在基础学科、新能源电池、柔性显示屏、传感器及复合材料等领 域。石墨烯产业链趋于完善，下游需求领域不断拓展石墨烯产业链结构完善，下游应用领域

3、广泛但仍需探索石墨烯材料本身表现出优异的性能，其下游应用领域非常广泛，可应用在电池 电极材料、半导体器件、透明显示屏、传感器、电容器、晶体管等方面，且在 化学、材料、物理、生物、环境、能源等众多学科领域已取得了一系列重要进 展。石墨烯上游为石墨、下游主要应用领域为新能源电池、涂料、柔性屏和传 感器等领域。原材料石墨储量居世界前列，需求有所下降石墨烯产业链上游的原料为石墨，中国是全球最大的石墨生产国，但可开采储 量仅为全球第二，占世界总储量的 25%，静态可开采年限仅为 116 年，在全球 主要的石墨生产国中，仅高于挪威。我国石墨资源储量与产量均占世界主要地位，在原料方面遥遥领先。2016 年全

4、 球天然石墨产量为 115 万吨，近两年全球天然石墨产量有所下降，2018 年全球 天然石墨产量在 93 万吨左右。我国天然石墨产量在 2018 年达 63 万吨，占世界总产量的 68%，另外人造石墨 产量约为 13.8 万吨，石墨行业全球范围内产量减少，原材料供应相应减少，这 需要对石墨烯中游制备提出更高的要求。石墨烯制备方法多样，大规模量产难度较大石墨烯产业链中游主要为石墨烯的制备。石墨烯的制备分为两种：（1）“自上而 下”：从石墨块原材料出发，将单层或几层原子厚度的石墨烯层从石墨块中剥离 出，例如“液相剥离法”、“机械剥离法”等；（2）“自下而上”：从碳原子或碳 化合物分子结构出发，如

5、CH4C2H2 等，利用晶体生长重新排列出石墨烯，例 如“化学气相沉积法”、“小分子化学合成法”、“外延生长法”等。不同制备方法获得的石墨烯在品质和成本上差异较大，与之相关的产品的适用 领域也有一些差异。石墨烯粉体主要由球磨剥离法、液相剥离法和氧化还原法 等制备，其中氧化还原法制备的石墨烯粉体层数最少，是目前最常采用的方法。 石墨烯薄膜主要由气相沉积法和外延生长法等制备，其中化学气相沉积法可以 制备大尺寸的石墨烯薄膜，是目前被认为最有希望实现石墨烯薄膜大规模制备 的方法。下游需求：应用领域不断拓展，市场规模持续增长全球石墨烯行业市场规模呈稳步增长态势。2019 年全球石墨烯行业市场规模为 77

6、 亿美元，复合增长率为 45.89%，据预测，未来两年石墨烯将保持约为 20% 的增速。中国石墨烯市场规模近年来快速增长，2019 年达 163 亿元，预计 2020 年将超 过 200 亿元，年复合增长率约为 60%。近几年来看，中国石墨烯市场规模约占 全球石墨烯总市场规模的 30%，并有逐年提高的趋势。石墨烯的研究与应用开发持续升温，石墨和石墨烯有关的材料广泛应用在电池 电极材料、半导体器件、透明显示屏、传感器、电容器、晶体管等方面。鉴于 石墨烯材料优异的性能及其潜在的应用价值，在化学、材料、物理、生物、环 境、能源等众多学科领域已取得了一系列重要进展。石墨烯下游应用主要分为两个方面：第一

7、是石墨烯粉体下游应用，第二是石墨 烯薄膜下游应用。其中石墨烯粉体可应用在新能源电池、复合材料、锂电池等 方面，石墨烯薄膜可应用在柔性显示屏和传感器等方面。我国石墨烯目前应用最广泛的下游领域是新能源相关领域，是行业超高增长的 主要驱动者。2017 年石墨烯在新能源超级电容与锂电池导电剂领域市场规模在 50 亿元左右，占全国市场份额的 71.4%，其中，石墨烯在防腐涂料、复合材料、 生物传感器等领域的应用也占额较多且备受关注，节能环保和电子信息柔性显 示领域也有一定的涉及，例如中国宝安主要专注于锂电池材料方面，华高墨烯 主要专注新能源超级电容方面，第六元素主要专注于复合材料等方面。超级电容器：解决

8、充电时间长续航短瓶颈超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它既具 有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性，是一种拥有高能量 密度的电化学电容器，比传统的电解电容容量高上数百倍至千倍不等。与蓄电 池和传统物理电容器相比，超级电容器的特点主要体现在功率密度高、循环寿 命长、工作温限宽、免维护、绿色环保等方面。但其缺点主要体现在能量密度 低，仅为锂离子电池 30%左右（Wh/L），安全问题严重等方面。石墨烯拥有良 好的导电性、高密度和比表面积，是超级电容的理想材料。石墨烯超级电容器因其优秀的材料特性，如导电性、高密度和大比表面积，与 传统电池和传统电容器相比，在放

9、电率、充电率和输出功率等方面均有显著提 高，使其能新能源电池方面取得广泛应用。全球石墨烯超级电容市场规模预计在 2021 年底达到 0.84 亿美元，到 2030 年 全球石墨烯超级电容市场规模有望达到 6.09 亿美元，期间年复合增长率到 23.9%。而石墨烯超级电容器由于其重量轻，经久耐用，能大容量储能，缩短 充电时间等优势，被交通运输、工业、新能源电池和装备等其他方面所欢迎。亚太成为最大的区域市场，预计 2021 年占全球石墨烯超级电容市场的 46%， 到 2030 年持续增长，约占全球超级电容市场的 50%。欧洲和北美市场位列二、 三，预测分别约占全球石墨烯超级电容市场的 27%、18

10、%。中国、日本和韩国 是石墨烯超级电容需求增长的主要国家，远高于北美和欧洲等地。中日韩三国 主要将石墨烯超级电容用于电动汽车和电子设备等方面。由于国家政策支持，我国超级电容市场快速增长，从 2010 年的 8.5 亿增加到 2019 年的 118 亿元，同比增长 30%，预测未来三年仍然保持将近 30%的增长 率，2020 年预计可以达到 150 亿元水平，石墨烯渗透率也将达到 5.5%左右。交通运输领域持续占据石墨烯超级电容器最大的市场份额。目前我国超级电容 的应用主要集中于交通运输、工业、新能源电池和其他方面。超级电容的细分 产品规模呈逐年上升趋势，考虑到石墨烯相比传统电容电池的高性能优势

11、和未 来良好的竞争性，可以认为石墨烯超级电容也会呈大量增长趋势，尤其是在交 通运输和新能源方面。交通运输和装备等领域对安全、轻便、清洁电池的需求 会导致高功率和高能量密度电池的需求，最终推动石墨烯超级电容器市场的增 长，尤其在电动车市场。石墨烯超级电容器将解决制约电动汽车发展的两大难题：充电时间长和续航里 程短。预计超级电容器可以多储存 100 倍的电能，比传统电池节省 150 倍的成 本，并将电池废料堆环境的影响降低了 5 倍，充电周期可高达 100 万次。石墨 烯超级电容应用于动力锂电池行业是未来的发展趋势，共同组成新能源车的动 力系统。防腐涂料：热稳定和抗菌性能优势显著防腐涂料是指防腐涂

12、料是指由底漆、中漆和面漆组成的具有防腐蚀功能的涂料， 依据涂料应用领域的不同，可以分为常规防腐涂料和重防腐涂料。我国防腐涂 料市场巨大，并且规模还在逐年增长。石墨烯防腐涂料相对于其他防腐涂料而言，在导电性、热稳定性、力学性能、 抗菌性能等方面优势更为明显。石墨烯由于其良好的导电性能和片状搭接阻隔 性能，可以对氧和腐蚀介质起到屏蔽作用，降低了防腐涂层的渗透性能，从而 提高涂层的防腐蚀性能。中国防腐涂料发展较快，2019 年，我国防腐涂料总产 量 535 万吨，同比增长 18.4%，占涂料总产量的 22.2%。在 2010-2019 年间， 中国防腐涂料供给整体呈现增长较快增长趋势，仅 2018

13、年产量有所下滑。重防腐涂料是石墨烯应用四大重点产业之一，应用前景非常广阔，需求逐年增 加，带动石墨烯需求也不断增加。我国重防腐材料占防腐涂料的 70%，产量增 长呈逐年上升趋势， 2019 年产量为 374 万吨，同比增长 3.9%。重防腐材料在 2017 年达到最高为 389 万吨，同比增长 10.6%，居世界首位。进入 2018 年， 重防腐涂料产量轻微下滑，约为 352 万吨。锂电池导电剂：需求支撑&成本下降行业高增速锂电池导电剂的首要作用是提高电子电导率。导电剂在具活性物质之间、活性 物质与集流体之间起到收集微电流的作用以减小电极的接触电阻，提高锂电池 中电子的迁移速率，降低电池极化。

14、此外，导电剂也可以提高极片加工性，促 进电解液对极片的浸润，从而提高锂电池的使用寿命。常用的锂电池导电剂可 以分为两类：第一类为传统导电剂（如炭黑、导电石墨、碳纤维等），第二类为 新型导电剂（如碳纳米管、石墨烯及其混合导电浆料等）。石墨烯作为新型导电剂，可以最大化的发挥导电剂等作用。这是由于其独特的 片状结构，它与活性物质的接触为点面接触而不是常规的点点接触形式，这 样可以减少导电剂的用量，提升锂电池容量，其改性效果远高于天然石墨。但 是由于其成本较高，具有阻碍锂离子传输等弊端尚未完全被工业化应用。我国锂电池产量预计在 2020 年底将达到 160GWh，年复合增长率约为 27%。 2018

15、年石墨烯在锂电池中的渗透率达到 2.5%左右，预计 2020 年石墨烯渗透 率将达到 5%左右。目前石墨烯导电剂的生产成本较高，2015 年石墨烯导电剂的价格为 230 美元/ 千克，与碳纳米管导电剂价格大致相同，而石墨烯导电剂价格下降幅度远超过 碳纳米管导电剂，预计 2020 年将下降至 100 美元/千克。随着石墨烯生产工艺 的进一步成熟，相关资本的涌入以及国家政策的大力支持，石墨烯导电剂将突 破成本瓶颈，石墨烯导电剂的价格优势逐渐突显。而碳纳米管导电剂和炭黑导 电剂预期价格变化不大，成本下降空间较小，与之相比，石墨烯导电剂发展潜 力与价格潜力巨大。石墨烯价格下降以及锂电池产量和石墨烯渗透率快速增长将导致石墨烯导电剂 市场规模快速增长。石墨烯在导电剂领域的市场规模预计在 2020 年达到 139 亿元，年复合增长率约为 64%。全球动力锂电池近年来保持高速增长状态，带动锂电池导电剂市场规模不断增 长。据国际市场研究机构 Adroit Market Research 最新发布的报告预测，2018 年至 2025 年，全球动力锂电池市场规模年复合增长率接近 14.3%，其中大部 分增长规模来自亚太地区。亚太地区是 2019 年最大的汽车电池市场。石墨烯 导电剂作为未来电