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              石墨烯新的市場發展前景

              發布時間:2018-9-5 16:17:20      點擊次數:1097

              目前,新材料 “十三五”規劃編制已經基本結束。公開信息顯示,其中前沿新材料領域,將重點發 展石墨烯、3D打印、超導、智能仿生等4大類14個分類材料,并形成一批潛在市場,規模在百億至千億級別的細分產業。新材料“十三五”規劃將催生萬億級別的大市場,石墨烯作為性能優異的前沿材料,其產業化將迎來跨越式發展的歷史機遇。

              全球石墨烯專利最為集中的前五個領域分別為鋰電子電池、生化傳感器、超級電容器、催化劑及導電復合材料。 在鋰電子電池應用方面的專利數最多,為646件,占所有領域專利數的12.7%??梢娛┑膽醚芯吭阡囯姵仡I域最為成熟,在產業化推廣上的技術難度最低。

              根據石墨烯在電子領域的下游需求情況、應用優勢及產業主要障礙分析可得出石墨烯首先會在鋰電池電極添加劑領域實現產業化。由于石墨的鋰電池電極添加劑的研發技術較為成熟,且量產難度主要在于復合材料中石墨烯分布的均勻性,在合成控制及成本方面具有優勢,因而相比其他電子領域,其產業化時間更早。其次為為導熱 膜及觸摸屏,由于研發技術較為成熟,產業化預期比柔性導電膜及超級電容提前1-2年。

              從產業鏈上看,鱗片石墨礦經過初加工及深加工后制成石墨烯制品。石墨烯在鋰電池中的添加形式主要有導電添加劑、電極復合材料及直接作為負極材料三種形式。添加石墨烯后的鋰電池則在主要運用與智能手機、筆記本電腦、移動電源及可穿戴設備、電動交通工具及工業儲能等下游領域。

              全球動力鋰電池市場規模逐漸擴大,2012年動力鋰電池市場規模約為300億元,預計每年保持約30%的 平均增長率,至2020年全球動力鋰電池市場規模達到2100億元,為2012年的7倍。 與此同時,各國動力鋰電池廠家紛紛擴增產能,以中國為例,2017年國內預計擴增 產能約為15.2Gwh,而15年國內動力鋰電池總產能為18.97Gwh,產能擴張將近80%。

              全球便攜式鋰電池市場規模自2012年以來逐 年增長,預計未來在2020年以前保持每年約10%的平均增長率。其中鋰電池在手機、 平板電腦及筆記本方面的需求量將保持8%的年平均增長率,預計2017年便攜式鋰電 池在手機、平板電腦及筆記本方面的需求量達到45,000MWh。

              當前國內石墨烯初具規模的廠家主要青島昊鑫、東莞鴻納新材料、北京墨烯、德陽烯碳、濟寧利特和第六元素,隨著國內鋰電池下游產能的擴張,以及生產技術的進步,廠家的研發動力十足,發展前景可期。

              石墨烯導電劑按照溶劑類型,可分為水漿料、NMP漿料、粉末類導電劑。在水 漿料和NMP漿料型導電劑中,石墨烯含量一般為5.0±0.1wt%,分散劑含量為0-0.5 wt%。粉末類石墨烯導電劑,需要添加水或NMP及分散劑,配制成水漿料及NMP漿,料型導電劑后才可添加于鋰電池正負電極中。

              石墨烯相比傳統導電 劑,其接觸方式主要為“面對點”,由于其極薄的顆粒尺寸及晶相內自由移動的電子 使得石墨烯的粉體導電率達到1000S/cm,為導電碳黑的100倍。在導電添加劑用量 為1-6wt%的范圍內,石墨烯導電劑的電阻率均僅為同濃度的導電碳黑1/40-60,僅 為同濃度碳納米管1/10左右。關于放電性能上,在10C、電池容量為0-133mAhog-1時,石墨烯的放電電壓明顯高于導電碳黑,由此可知,石墨烯的電學性能遠優于傳統導電劑。

              當前制備石墨烯的方法主要有微機械玻璃法、氣相沉積法、外延生長法及氧化石墨還原法。決定量產的關鍵因素是產品的尺寸,其次是制造成本與產品質量。氧化石墨還原法及氣相沉積法均可制得大尺寸的石墨烯,前者雖然易導致石墨烯分子結構破壞但具有成本優勢,后者盡管成本較高但具有質量優勢。石墨烯制備方法的成熟為產業化提供了前提條 件,我國政府也在《中國制造2025》中明確提出要在2020年實現石墨烯原材料規?;a。預計在政府的支持及生產技術的改進下,石墨烯原材料產業化進程將加速,而石墨烯導電劑在充足的石墨烯原材料供應的條件下,將會迅速在下游市場中得到大規模推廣。

              根據Graphenea統計,當前CVD法,生產單層石墨烯的成本約為7歐元/平方厘米,未來幾年內隨著石墨烯生產工藝的成熟,生產成本將進一步降低。預計2020年,CVD法生產單層石墨的成本將降至0.07 歐元/平方厘米。石墨烯生產價格的大幅降低,將使石墨烯導電劑突破成本瓶頸,從而以更加合理價格占領下游市場。

              根據石墨烯產業聯盟的統計數據,2015 年石墨烯導電劑的價格為 230 美元/千 克,與碳納米管導電劑價格大致相同。但是,石墨烯導電劑價格下降的幅度將遠超 于碳納米管導電劑價格的下降幅度,預計到2020年,石墨烯導電劑價格將降至113美元/千克,碳納米管價格依然維持在200美元/千克的水平,石墨烯導電劑的價格優勢逐漸凸顯。

              石墨烯復合電極材料主要可分為正極復合材料及負極復合材料,相比純電極材料,能夠大幅改善電極循環性能,減少傳荷電阻,使電極導電性明顯改善。

              國內當前石墨烯復合電極相關專利約有124項,其中2014年公開專利51項,專利數為歷年最多。其中涉及鋰電池的石墨烯電極復合材料約為14項,以負極運用為主。專利申請人中企業僅占35%,可見鋰電池石墨烯復合材料的研發主體依然為科研機構,然而亦有多家企業投入研究。由于石墨烯在鋰電池復合電極材料中研發技術相對較成熟,考慮到合成工藝控制因素,預計產業化時間將比石墨烯導電劑晚1-2年。

              綜合來看,石墨烯的市場前景還是比較廣闊,更重要的是技術專利科研方面的投入,以及國家政策與市場的結合。

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