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1.石墨烯

1.1 石墨烯簡介

石墨烯(Graphene)是從石墨材料中剝離出來，由碳原子組成的只有一層原子厚度 的二維晶體。石墨烯狹義上指單層石墨，厚度為0.335nm，僅有一層碳原子。但實際 上，10 層以內的石墨結構也可稱作石墨烯，而 10 層以上的則被稱為石墨薄膜。單層 石墨烯是指只有一個碳原子層厚度的石墨，碳原子-碳原子之間依靠共價鍵相連接而 形成蜂窩狀結構。完美的石墨烯具有理想的二維晶體結構，由六邊形晶格組成。

1.2 石墨烯特性

石墨烯因為其特殊的結構，具有很多突出的性能，引起科學界巨大興趣，成為材料科學研究熱點。

力學性能。石墨烯是目前已知的世界上最薄的材料(0.34nm)，也是有史以來被 證實的最結實的材料，強度可達 130GPa，約為世界上最好的鋼材的 100 多倍， 且楊氏模量達 1.054-1.060TPa。它具有極好的彈性，可被拉伸至自身尺寸的 120%，如果用石墨烯製成包裝袋，雖然質量極輕，但它將能承受大約 2t 的物品。 石墨烯的硬度比莫氏硬度 10 級的金剛石還要高，卻具有很好的韌性(可彎曲性)， 迄今很少有材料能夠同時具備這兩種性質。

電磁性能。電子在石墨烯中傳輸的阻力很小，在亞微米距離移動時沒有散射，具 有很好的電子傳輸性質，其中電子的運動速度達到了光速的 1/300，遠遠超過了 電子在一般導體中的運動速度。最新的研究表明，石墨烯具有10 倍於商用矽片 的高載流子遷移率(15000cm2·V-1·s-1) ，也是目前已知的具有最高遷移率的銻 化銦材料的 2 倍，因此有預言稱，石墨烯將成為矽的替代品，從而改變人類的 生活。除此之外，石墨烯還具有室溫量子霍爾效應及室溫鐵磁性等特殊性質。

熱學性能。石墨烯具有極強的導熱性能，單層石墨烯的熱導率可達5000 W/m·K， 是室溫下純金剛石的 3 倍，金屬銅的 12 倍。

石墨烯還具有優良的透光性能，光子透過率高97.4%，其理論比表面積高達2630 m2·g-1。

2. 石墨烯研究現狀

2.1 石墨烯全球研究現狀

自 2010 年英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，用微機 械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯，並共同獲得2010 年諾貝爾物理學獎之後，在 全球範圍內掀起了石墨烯研究開發以及產業促進的熱潮。

石墨烯相關專利和智慧財產權的申請數量逐年遞增。根據數據統計，石墨烯相關專利最 早出現在 1994 年，隨著研究的深入和諾貝爾獎的獲得，2010 年之後迎來了噴井式 的爆發，2010 年全球相關專利數量達到了 480 篇，2017 年已經增長到了 13371 篇， 增長了 20 餘倍，反映出石墨烯在近幾年成為了研究的熱點。

通過石墨烯技術生命周期圖可以看出，2008 年之前石墨烯相關專利技術還處於萌芽 階段，2010 年之後，每年都有大量的新增的發明人進入相關研究，新的技術不斷出 現，石墨烯技術進入快速成長階段。2017 年開始，增長率有所下降，說明石墨烯相 關技術正在由成長階段向技術成熟階段過渡。

2.2 國內石墨烯研究近況

我國作為石墨烯專利技術的早優先權國，在所有技術原創國之中處於首位，並且大幅 度領先於其他國家，占據了較高的份額，而韓國，美國，日本作為其他主要技術的原 創國家，緊隨其後，但是從數量上看，依舊有明顯的差距。

從知網數據也可以看出，石墨烯中文相關文獻數量從2010 年開始了快速增長，石墨 烯的學術關注度大幅度提升，掀起了研究的熱潮。

石墨烯在我國的發展迅猛，離不開國家政策的引導。從2012 年的新材料產業「十二五」 發展規划起，國家逐漸開始不斷通過各種利好政策，推動石墨烯的產業化進程，而最 近的新材料「十三五」規劃也將石墨烯作為先導性產業。

我國首個石墨烯國家標準 GB/T30544.13-2018:《納米科技術語第13部分:石墨烯 及相關二維材料》正式發布，將於2019年 11 月 1 日開始實施。據悉，江蘇泰州巨納新能源有限公司及其技術專家分別為該標準的第一起草單位及第一起草人。石墨烯 國標的出台，對於行業的規範有重要意義，也說明國家正在通過政策進行引導，最為 一個良好的開端，可以吸引更對的專業人才進入石墨烯的研究，有利於石墨烯產業鏈 的拓展。

3. 石墨烯產業化

3.1 石墨烯的製備

石墨烯製備方法主要可以分為為「自上而下」和「自下而上」兩類方法。「自上而下」 法是以石墨為原料，通過剝離的方法來製備石墨烯層，如:機械剝離法 ，氧化還原法，液相剝離等; 「自下而上」法是通過碳原子的重新排列來合成石墨烯，如:化學氣相沉 積法，外延生長法，有機合成法等。目前 ，比較主流的石墨烯製備方法有氧化還原法、 化學氣相沉積法、液相剝離法和外延生長法。

不同製備方法獲得的石墨烯在品質和成本上差別較大，相應產品的適用領域也有差異。 上述四種石墨烯製備方法中，最常採用的是氧化還原法和化學氣相沉積法。此外，也 有少部分企業探索應用 SiC 外延生長法或液相剝離法進行石墨烯量產。

3.2 石墨烯上游-石墨

中國石墨資源豐富，其基礎儲量占世界總儲量的24%左右，2016 年石墨基礎儲量達 到了 7321.51 萬噸，其中已探明晶質石墨的儲量達到了 3 億噸。中國石墨的產量也位 居世界前列，2017 年中國石墨的產量已經達到了 78 萬噸。

隨著石墨烯的研究進步，現在很多石墨烯相關產品已經開始準備商業化進程，石墨烯 產業可能進入快速發展的階段，市場正逐步擴大，預計未來 2021 年我國石墨烯市場 規模將達到 1026 億元。

3.3 石墨烯產業化

在產業化方面，國家在全國各地建立了多 個石墨烯產業園和石墨烯聯 盟。國內常州， 寧波，青島，重慶無錫等地率先設立石墨烯產業園，江蘇、內蒙古、山東等地也成立 了石墨烯聯盟，有利於進一步整合上下遊資源，完善石墨烯創新體系，促進石墨烯產 業發展，同時有利於國家的宏觀調控。

同時，國內各種石墨烯優秀企業也不斷湧現，雖然高端產品因成本，技術問題短時間 難以得到大面積的突破，但是一些低端產品已經在一些公司得到了商業化生產。

4. 石墨烯粉體下游應用

4.1 石墨烯超級電容器

4.1.1 石墨烯超級電容器介紹

超級電容器是指介於傳統電容器和充電電池之間的一種新型儲能裝置，它既具有電容 器快速充放電的特性，同時又具有電池的儲能特性。

超級電容器對其電極材料有著「六高」的要求，分別是:高比表面積 ，高中孔率，高 堆積比重，高純度，高電導率和高性價比。

綜合各種電極材料特性來看，石墨烯具有較大的比表面積和較高的導電性，加上其特 殊的平面二維結構，是超級電容器的理想材料，但是其較高的成本，仍是在技術上需 要解決的問題。

石墨烯超級電容器為基於石墨烯材料的超級電容器的統稱。由於石墨烯獨特的二維結 構和出色的固有的物理特性，諸如異常高的導電性和大表面積，石墨烯基材料在超級 電容器中的應用具有極大的潛力。石墨烯基材料與傳統的電極材料相比，在能量儲存 和釋放的過程中，顯示了一些新穎的特徵和機制。

4.1.2 下游穩步增長帶動石墨烯超級電容器市場發展

全球超級電容器市場規模穩步增長，2015 年達到 160 億美元，預計未來年增長率有 望達到 19.28%。

從國內來看，超級電容器市場規模逐漸擴大，從2010 年的 8.5 億元增加到了 2017 年的 71 億元，預計未來三年仍然保持將近 30%的增長率，2020 年預計可以達到 150 億元水平。

因為中國在環保和新能源方面的政策促進，近幾年中國新能源汽車穩步增長。我國新 能源汽車的產量 2015 年為 45.5 萬輛，2018 年增加到 129.6 萬輛，同比增長 40.10%。 隨著我國的支持，可以預測超級電容器的使用會極大的增加，而其中性能優越的石墨 烯超級電容器在未來也將繼續快速發展，在交通運輸和新能源方面的使用，將會大幅 度增加。

我們測算，假定電極材料的成本是電容器的30%，石墨烯市場滲透率從 5%增加到 10%，預計 2020 年，石墨烯超級電容器市場規模將達到 4.58 億元。

4.2 石墨烯復合材料種類多樣，市場空間廣闊

石墨烯具有很多優秀的性能，但是當石墨烯添加到傳統材料中時，能改善原材料的性 能，形成增強型的復合材料。比如石墨烯在防腐塗料，導電油墨，散熱塗料等中均可 以大幅提高產品的綜合性能。

4.2.1 防腐塗料

隨著經濟的發展和技術的進步，國內塗料的需求增長迅速。數據顯示，我國塗料的產 量從 2001 年的 122.78 萬噸，增加到 2017 年的 2041 萬噸，近年來依舊保持一個增 長趨勢。鋼鐵等金屬的生鏽，腐蝕即影響了金屬的使用壽命，又造成了大量的經濟損 失，因此國家對於防腐塗料的需求也在逐年擴大。

石墨烯本身具有的獨特結構性質，使其在物理防腐和電化學防腐方面都展現出一定的 優勢，相比於純石墨烯防腐塗料，石墨烯復合防腐塗料能夠兼顧石墨烯優異的化學穩 定性、快速導電性、突出的力學性能和聚合物樹脂的強附著力、成膜性，可協同提高 塗料的綜合性能。因此，石墨烯復合防腐塗料將是發張的重點，市場潛力巨大。

導電油墨是用導電材料(金、銀、銅和碳)分散在連結料中製成的油墨，具有一定程度 導電性質，可作為印刷導電點或導電線路之用。而石墨烯具有強大的導電性，其比表 面積大，載流子遷移率高，由其製備的石墨烯導電油墨可以在傳感器、電容器、電子 線路、RFID 天線、導電電極等電子產品領域得以較好的應用。

石墨烯應用在導電油墨的優勢主要有兩點:一是兼容性強，石墨烯油墨可在塑料薄膜、 紙張及金屬箔片等多種基材上實現印刷;二是性價比高，與現有的納米金屬導電油墨 相比，石墨烯油墨具有較大的成本優勢。 因此可以看出，石墨烯導電 油墨強大優勢， 發展前景廣闊。

4.2.3 散熱塗料

石墨烯本身熱導率高，高比表面積，能夠增大塗層散熱面積。石墨烯高散熱塗料能夠 將散熱塗料的導熱係數提高到 20W/M.K，相比於普通散熱塗料，提高了 10 倍。石墨 烯散熱塗料在 LED，舞台設備，電子設備均有應用。

4.3 石墨烯鋰電池

鋰離子電池是迄今為止能量比最高的二次電池，而石墨烯又具有質地薄，硬度大，電 子移動速度快，導電性強等優勢，其出現為鋰離子電池高性能，高容量，高倍率，長 壽命的突破帶來了可能。

4.3.1 石墨烯在負極材料中的應用

石墨烯的微觀形狀和結構很大程度上決定 了石墨烯作為電池負極材料 的電化學性能， 石墨烯負極主要分為以下幾類:石墨烯直接作為電池負極;石墨烯/SnO2 復合材料; 石墨烯/Si 復合材料;石墨烯與Fe2O3,Co3O4 等復合材料。

石墨烯作為負極材料的優勢主要有:

• 石墨烯兩面鑲嵌鋰離子比容量超普通碳材料兩倍
• 石墨烯的微觀皺褶表面提供了額外的存儲空穴
• 提高了鋰離子傳輸擴散功能

但是同時也有著一些缺點:

• 與電解質接觸面積變大，形成SEI膜造成材料的不可逆容量增加
• 石墨烯易團聚堆積，喪失比表面積大帶來的高儲鋰空間優勢

4.3.2 石墨烯在正極材料中的應用

石墨烯在正 極材料 中主要利 用的是 石墨烯柔 韌的網 狀導電結 構和石墨 烯的片 層結構 形成的連續的三維導電網絡。目前石墨烯 在正極材料中主要作為「輔 料」，主要分類 有:石墨烯/錳酸鋰復合材料;石墨烯/磷酸釩鋰復合材料;石墨烯/磷酸鐵鋰復合材料。

4.3.3 石墨烯作為導電劑

石墨烯還可以作為導電劑添加進正負極材料中增加電極的導電性，提高材料的循環性 能和高倍率性能，其改性效果明顯要高於天然石墨，但是其高倍率性能不理想，難以 廣泛應用。

2016 年東旭光電宣布推出了世界首款石墨烯基鋰離子電池產品——「烯王」，以 15 分 鐘快充技術震驚業界。2017 年 4 月 11 日，東旭光電與倍斯特聯合發布了石墨烯基鋰 離子電池「烯王二代」。石墨烯電池在產品性能方面具備 15 分鐘充滿 5000mAh 的效率， 電池上限使用環境對比上代產品提高10 度，允許在-30 度至 80 度環境下工作。

華為中央研究院瓦特實驗室宣布，其在鋰離子電池領域實現重大研究突破，推出業界 首個高溫長壽命石墨烯基鋰離子電池。實驗結果顯示，以石墨烯為基礎的新型耐高溫 技術可以將鋰離子電池上限使用溫度提高 10°C，使用壽命是普通鋰離子電池的 2 倍。

5. 石墨烯薄膜下游應用

5.1 柔性屏

柔性顯示是指一類使用柔性基板，可以製造成超薄、超大、可彎曲的顯示器件或顯示 技術。柔性顯示屏作為玻璃顯示屏的替代品，具備耐衝擊、可彎曲、輕量便攜、節能 環保等特性更適用於可攜式或可穿戴式消費電子產品。

目前，傳統手機觸摸屏的工作層材料主要為陶瓷材料氧化銦錫(ITO)，但是 ITO 彎 折後就不在具有導電性，越來越無法滿足未來移動設備，可穿戴設備，智能家居等的 產品需求。近幾年，出現了多種ITO的替代材料，比如:金屬網格，納米銀線，石墨 烯等。而這其中，石墨烯導電薄膜具有優秀的導電性，透光性，柔性等，被認為是柔性顯示屏中可完美替代 ITO 的材料，未來可以廣泛應用於觸摸屏、可穿戴設備，智能 家居等方面。

未來的手機，電視，可穿戴設備，電子產品等必然向柔性化發展。隨著需求的逐步擴 大，預計未來全球柔性顯示市場規模能夠達到 677 億美元。

2016 年 4 月，重慶墨希推出了全球首款墨烯柔性可彎曲智慧型手機，這款石墨烯柔性 屏手機比一般的手機長一些、窄一點，螢幕有 5.2 英寸大，可以彎成一個圓環，戴在 人的手腕處。

對比於智慧型手機，柔性屏對於可穿戴設備的作用則更加重要，柔性的螢幕可以適合不 同人的身形。可穿戴設備越來越多的出現在人們的生活之中，根據預測，中國可穿戴 設備的市場規模穩步增長，預計 2020 年可以達到 607 億元。相應的石墨烯薄膜的市 場規模預計 2020 年也將達到 405 億元。可穿戴設備的快速發展以及其對柔性屏的需 求，在未來將推動石墨烯柔性屏的快速發展。

5.2 傳感器

石墨烯有著獨特的物理屬性，使得它在探測和傳感器方面是很有利的材料。石墨烯的 具有大比表面積，使之對周圍的環境非常敏感，即使是一個氣體分子吸附或釋放都可 以檢測到，因此可以用於石墨烯氣體傳感器。石墨烯具有很強的電子性能可以提供大 面積檢測，超高機動性和雙極性場效應的特點，是優秀的生物傳感材料，因此石墨烯 生物傳感器也有很廣的應用。除此之外，目前還在石墨烯壓力傳感器，石墨烯液體傳 感器，石墨烯電化學傳感器等方面的研究較多。

6. 標的公司介紹

6.1 寶泰隆(601011.SH)

公司是集新能源、納米新材料、煤基石油化工、化工、發電 、供熱、煤炭開採和洗選 加工於一體的大型股份制企業。

目前公司在進行積極的產品升級和產品轉型戰略，即產業由煤化工向新材料轉型，推 進石墨烯等新材料產業項目。公司積極開發石墨烯相關產品，目前具有 50 噸/年的物 理法石墨烯生產線，100 噸/年的化學法石墨烯生產線以及 1000 噸/年的導電油墨生 產線。

公司石墨上遊資源豐富。目前具有勘查面積為16.35 平方公里的密林石墨探礦權，在 3.68 平方公里的詳查區域內，勘明晶質石墨礦物量為 554 萬噸。2018 年密林石墨 礦區在完成全年計劃的基礎上，新增勘探鑽孔 10800 米，完成二區勘探及勘探報告。 石墨烯原料豐富，能夠保證自身未來的發展。

在技術方面，公司與中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所南昌研究院簽訂了合 作協議，確定的研究方向為鋰電用石墨烯導電漿料、石墨負極方面的研發和石墨烯導 電油墨。2018 年公司與北京石墨烯研究院有限公司及七台河市政府合作成立了「寶泰 隆新材料股份有限公司北京技術研發中心」，每年投資 3000 萬元，重點開展石墨礦 資源深加工與新型石墨建材、高端石墨烯裝備等九個方向進行研究，有利於公司加強 石墨烯下游產品開發以及市場的開拓。

6.2 東旭光電(000413.SZ)

公司是國內領先的集液晶玻璃基板裝備製造、技術研發及生產銷售於一體的高新技術企業，也是全球領先的光電顯示材料供應商。

公司開拓內生與外延的產業鏈整合優勢。積極拓展新能源汽車及石墨烯領域，努力構 建 「高端材料-石墨烯基鋰離子電池-新能源汽車」產業鏈閉環，為公司快速發展增添了 新活力。

公司加大石墨烯產業的技術研發，聯合國際，推動石墨烯相關產業孵化。目前公司石 墨烯產業化應用已成功接軌英國曼徹斯特等全球知名大學和科研機構，依託國際先進 裝備與技術儲備，加速完善自身石墨烯應用產品的開發。公司已有多款產品實現產業 化，包括石墨烯基鋰離子電池、石墨烯節 能照明、石墨烯電採暖及石 墨烯防腐塗料， 並且積極探索石墨烯和其他二維材料的新型製備技術。2018 年，公司石墨烯業務板 塊實現營業收入 1.81 億元。

6.3 中泰化學(002092.SZ)

公司主營聚氯乙烯樹脂(PVC)，離子膜燒鹼、粘膠纖維、棉紗等產品。公司在 2013 年以增資擴股方式收購廈門凱納石墨烯技術有限公司，持股 35%，布局石墨烯產業。 雙方共同開發石墨烯的生產及應用技術，開拓石墨烯應用及其衍生產品領域，重點研 究石墨烯與 PVC 產品的結合和應用。

廈門凱納是國內首家從事石墨烯、石墨烯微片生產研發的新興專業化高科技企業。公 司採用獨特的機械剝離工藝生產石墨烯產品，產品中的石墨烯晶格結構完整、導電導 熱性能優異，廣泛應用於塗料和塑料等復合材料領域。截至 2018 年 12 月 31 日，公 司已獲得國家專利授權 30 項，正在申請的專利共有 13 項。2018 年，廈門凱納建成 年產 5000 噸石墨烯產品產線並正式投產，進一步提高公司的石墨烯產品生產能力。

6.4 方大炭素(600516.SH)

公司主要從事石墨及炭素製品、鐵礦粉的生產與銷售。主要產品有石墨電極、高爐炭 磚、炭素新材料和炭素用原料等。公司 2018 年生產石墨炭素製品 18 萬噸，其中石 墨電極 15.9 萬噸，炭磚 1.8 萬噸，具有豐富的上游石墨資源。

為加快新材料產業創新，進一步推動公司產業延伸和拓展，2018 年底，公司參股設 立四川銘源石墨烯科技有限公司。旨在通過研發優質石墨烯和其終端應用，發展高品 質和低成本的石墨烯系列材料及儲能產品、催化產品、光電產品、醫療與生物技術產 品，擬從事石墨烯新型材料的研發、技術孵化、技術轉移等相關工作，發展新的生產 力，促進新的經濟增長。

6.5 第六元素(831190.OC)

公司目前在新三板上市，主要從事石墨烯粉體、石墨烯薄膜及其他新型碳材料的研究、開發、生產和銷售。

公司投建了擁有完全自主智慧財產權的規模化生產線，是國內少數同時具備石墨烯粉體 和薄膜規模化生產能力的企業之一。目前公司擁有100噸/年的石墨烯粉體產能和 8 萬平方米/年的石墨烯薄膜產能。為進一步擴大生產能力，公司投資建設南通烯晟「一 期年產 150噸石墨烯微片、500 噸氧化石墨(烯)生產項目」， 公司石墨烯粉體產品主要應用於防腐塗料、散熱膜及復合材料的增強改性等領域，石 墨烯薄膜產品主要應用於觸控屏、傳感器和柔性加熱等領域，其下游產品可廣泛應用 於國防軍工、航空航天、信息技術和智能穿戴等方面。目前主要收入來源以石墨烯粉 體和石墨烯加熱膜為主，石墨烯漿料，觸摸傳感器和石墨烯手環為輔。

6.6 二維碳素(833608.OC)

公司目前在新三板上市，是一家專業從事大面積石墨烯透明導電薄膜及石墨烯電容式觸控模組的研發、製造的企業。

截至 2018 年 12 月 31 日，公司已獲授權的專利共計 101 項，涵蓋了石墨烯薄膜基礎 專利和應用領域專利。公司自主設計並成功開發了國內首條年產3 萬平方米石墨烯 薄膜生產線，2015 年公司的石墨烯薄膜年產能已達到 20 萬平米。

公司主要生 產石墨 烯薄膜材 料以及 觸摸屏、 石墨烯 加熱膜等 石墨烯下 游應用 產品， 2018 年，公司擴大石墨烯在加熱應用領域的市場開拓工作，重點布局石墨烯電採暖 產品的應用推廣，同時開發了穿戴、理療、家紡、服裝等應用領域。

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（報告來源：東興證券；分析師：劉宇卓、張明燁等）