石墨烯產(chǎn)業(yè)深度報告應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展市場規(guī)模持續(xù)增長

石墨烯產(chǎn)業(yè)深度報告-應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展市場規(guī)模持續(xù)增長石墨烯：性能強大的新材料之王石墨烯簡介：性能出色的二維碳納米材料石墨烯是

2004

年用微機械剝離法從石墨中分離出的一種由碳原子以

sp2雜化軌道

組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料，英文名為

Graphene，為一層碳原子構(gòu)

成的二維晶體。石墨烯與其他有機高分子材料相比，有比較獨特的原子結(jié)構(gòu)和力學(xué)

特性，它的σ鍵與其他碳原子鏈接成六角環(huán)的蜂窩式層狀結(jié)構(gòu)，且每個碳原子的垂

直于層平面的

pz軌道可以形成貫穿全層的多原子的大π鍵，因而具有優(yōu)良的導(dǎo)電

和光學(xué)性能。石墨烯的理論楊氏模量達(dá)

1.0TPa，固有的拉伸強度為

130Gpa，是

已知強度最高的材料之一，同時還具有很好的韌性，且可以彎曲，被譽為“新材

料之王”、“黑金”。石墨烯按照層數(shù)可分為單層石墨烯、雙層石墨烯、少層石墨烯和多層石墨烯。

按照功能化形式可以分為氧化石墨烯、氫化石墨烯、氟化石墨烯等。按照外在

形態(tài)、又可分為片、膜、量子點、納米帶或三維狀等。石墨烯特點：具有優(yōu)異的力學(xué)和光電熱性能石墨烯具有超強導(dǎo)電性、良好的熱傳導(dǎo)性、良好的透光性、溶解性、滲透率、

高柔性和高強度等出色的材料特性。正因為這些性能，使它可應(yīng)用領(lǐng)域非常廣

泛，主要集中在基礎(chǔ)學(xué)科、電池、柔性顯示屏、傳感器及復(fù)合材料等領(lǐng)

域。石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈趨于完善，下游需求領(lǐng)域不斷拓展石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)完善，下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛但仍需探索石墨烯材料本身表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，其下游應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，可應(yīng)用在電池

電極材料、半導(dǎo)體器件、透明顯示屏、傳感器、電容器、晶體管等方面，且在

化學(xué)、材料、物理、生物、環(huán)境、能源等眾多學(xué)科領(lǐng)域已取得了一系列重要進(jìn)

展。石墨烯上游為石墨、下游主要應(yīng)用領(lǐng)域為電池、涂料、柔性屏和傳

感器等領(lǐng)域。原材料石墨儲量居世界前列，需求有所下降石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈上游的原料為石墨，中國是全球最大的石墨生產(chǎn)國，但可開采儲

量僅為全球第二，占世界總儲量的

25%，靜態(tài)可開采年限僅為

116

年，在全球

主要的石墨生產(chǎn)國中，僅高于挪威。我國石墨資源儲量與產(chǎn)量均占世界主要地位，在原料方面遙遙領(lǐng)先。2016

年全

球天然石墨產(chǎn)量為

115

萬噸，近兩年全球天然石墨產(chǎn)量有所下降，2018

年全球

天然石墨產(chǎn)量在

93

萬噸左右。我國天然石墨產(chǎn)量在

2018

年達(dá)

63

萬噸，占世界總產(chǎn)量的

68%，另外人造石墨

產(chǎn)量約為

13.8

萬噸，石墨行業(yè)全球范圍內(nèi)產(chǎn)量減少，原材料供應(yīng)相應(yīng)減少，這

需要對石墨烯中游制備提出更高的要求。石墨烯制備方法多樣，大規(guī)模量產(chǎn)難度較大石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈中游主要為石墨烯的制備。石墨烯的制備分為兩種：（1）“自上而

下”：從石墨塊原材料出發(fā)，將單層或幾層原子厚度的石墨烯層從石墨塊中剝離

出，例如“液相剝離法”、“機械剝離法”等；（2）“自下而上”：從碳原子或碳

化合物分子結(jié)構(gòu)出發(fā)，如

CH4?C2H2

等，利用晶體生長重新排列出石墨烯，例

如“化學(xué)氣相沉積法”、“小分子化學(xué)合成法”、“外延生長法”等。不同制備方法獲得的石墨烯在品質(zhì)和成本上差異較大，與之相關(guān)的產(chǎn)品的適用

領(lǐng)域也有一些差異。石墨烯粉體主要由球磨剝離法、液相剝離法和氧化還原法

等制備，其中氧化還原法制備的石墨烯粉體層數(shù)最少，是目前最常采用的方法。

石墨烯薄膜主要由氣相沉積法和外延生長法等制備，其中化學(xué)氣相沉積法可以

制備大尺寸的石墨烯薄膜，是目前被認(rèn)為最有希望實現(xiàn)石墨烯薄膜大規(guī)模制備

的方法。下游需求：應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，市場規(guī)模持續(xù)增長全球石墨烯行業(yè)市場規(guī)模呈穩(wěn)步增長態(tài)勢。2019

年全球石墨烯行業(yè)市場規(guī)模為

77

億美元，復(fù)合增長率為

45.89%，據(jù)預(yù)測，未來兩年石墨烯將保持約為

20%

的增速。烯市場規(guī)模近年來快速增長，2019

年達(dá)

163

億元，預(yù)計

2020

年將超

過

200

億元，年復(fù)合增長率約為

60%。近幾年來看，中國石墨烯市場規(guī)模約占

全球石墨烯總市場規(guī)模的

30%，并有逐年提高的趨勢。石墨烯的研究與應(yīng)用開發(fā)持續(xù)升溫，石墨和石墨烯有關(guān)的材料廣泛應(yīng)用在電池

電極材料、半導(dǎo)體器件、透明顯示屏、傳感器、電容器、晶體管等方面。鑒于

石墨烯材料優(yōu)異的性能及其潛在的應(yīng)用價值，在化學(xué)、材料、物理、生物、環(huán)

境、能源等眾多學(xué)科領(lǐng)域已取得了一系列重要進(jìn)展。石墨烯下游應(yīng)用主要分為兩個方面：第一是石墨烯粉體下游應(yīng)用，第二是石墨

烯薄膜下游應(yīng)用。其中石墨烯粉體可應(yīng)用在電池、復(fù)合材料、鋰電池等

方面，石墨烯薄膜可應(yīng)用在柔性顯示屏和傳感器等方面。我國石墨烯目前應(yīng)用最廣泛的下游領(lǐng)域是相關(guān)領(lǐng)域，是行業(yè)超高增長的

主要驅(qū)動者。2017

年石墨烯在新能源超級電容與鋰電池導(dǎo)電劑領(lǐng)域市場規(guī)模在

50

億元左右，占全國市場份額的

71.4%，其中，石墨烯在防腐涂料、復(fù)合材料、

生物傳感器等領(lǐng)域的應(yīng)用也占額較多且備受關(guān)注，節(jié)能環(huán)保和電子信息柔性顯

示領(lǐng)域也有一定的涉及，例如主要專注于鋰電池材料方面，華高墨烯

主要專注新能源超級電容方面，第六元素主要專注于復(fù)合材料等方面。超級電容器：解決充電時間長續(xù)航短瓶頸超級電容器是指介于傳統(tǒng)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，是一種擁有高能量

密度的電化學(xué)電容器，比傳統(tǒng)的電解電容容量高上數(shù)百倍至千倍不等。與蓄電

池和傳統(tǒng)物理電容器相比，超級電容器的特點主要體現(xiàn)在功率密度高、循環(huán)壽

命長、工作溫限寬、免維護(hù)、綠色環(huán)保等方面。但其缺點主要體現(xiàn)在能量密度

低，僅為鋰離子電池

30%左右（Wh/L），安全問題嚴(yán)重等方面。石墨烯擁有良

好的導(dǎo)電性、高密度和比表面積，是超級電容的理想材料。石墨烯超級電容器因其優(yōu)秀的材料特性，如導(dǎo)電性、高密度和大比表面積，與

傳統(tǒng)電池和傳統(tǒng)電容器相比，在放電率、充電率和輸出功率等方面均有顯著提

高，使其能電池方面取得廣泛應(yīng)用。全球石墨烯超級電容市場規(guī)模預(yù)計在

2021

年底達(dá)到

0.84

億美元，到

2030

年

全球石墨烯超級電容市場規(guī)模有望達(dá)到

6.09

億美元，期間年復(fù)合增長率到

23.9%。而石墨烯超級電容器由于其重量輕，經(jīng)久耐用，能大容量儲能，縮短

充電時間等優(yōu)勢，被交通運輸、工業(yè)、電池和裝備等其他方面所歡迎。亞太成為最大的區(qū)域市場，預(yù)計

2021

年占全球石墨烯超級電容市場的

46%，

到

2030

年持續(xù)增長，約占全球超級電容市場的

50%。歐洲和北美市場位列二、

三，預(yù)測分別約占全球石墨烯超級電容市場的

27%、18%。中國、日本和韓國

是石墨烯超級電容需求增長的主要國家，遠(yuǎn)高于北美和歐洲等地。中日韓三國

主要將石墨烯超級電容用于電動汽車和電子設(shè)備等方面。由于國家政策支持，我國超級電容市場快速增長，從

2010

年的

8.5

億增加到

2019

年的

118

億元，同比增長

30%，預(yù)測未來三年仍然保持將近

30%的增長

率，2020

年預(yù)計可以達(dá)到

150

億元水平，石墨烯滲透率也將達(dá)到

5.5%左右。交通運輸領(lǐng)域持續(xù)占據(jù)石墨烯超級電容器最大的市場份額。目前我國超級電容

的應(yīng)用主要集中于交通運輸、工業(yè)、電池和其他方面。超級電容的細(xì)分

產(chǎn)品規(guī)模呈逐年上升趨勢，考慮到石墨烯相比傳統(tǒng)電容電池的高性能優(yōu)勢和未

來良好的競爭性，可以認(rèn)為石墨烯超級電容也會呈大量增長趨勢，尤其是在交

通運輸和新能源方面。交通運輸和裝備等領(lǐng)域?qū)Π踩?、輕便、清潔電池的需求

會導(dǎo)致高功率和高能量密度電池的需求，最終推動石墨烯超級電容器市場的增

長，尤其在電動車市場。石墨烯超級電容器將解決制約電動汽車發(fā)展的兩大難題：充電時間長和續(xù)航里

程短。預(yù)計超級電容器可以多儲存

100

倍的電能，比傳統(tǒng)電池節(jié)省

150

倍的成

本，并將電池廢料堆環(huán)境的影響降低了

5

倍，充電周期可高達(dá)

100

萬次。石墨

烯超級電容應(yīng)用于動力鋰電池行業(yè)是未來的發(fā)展趨勢，共同組成的動

力系統(tǒng)。防腐涂料：熱穩(wěn)定和抗菌性能優(yōu)勢顯著防腐涂料是指防腐涂料是指由底漆、中漆和面漆組成的具有防腐蝕功能的涂料，

依據(jù)涂料應(yīng)用領(lǐng)域的不同，可以分為常規(guī)防腐涂料和重防腐涂料。我國防腐涂

料市場巨大，并且規(guī)模還在逐年增長。石墨烯防腐涂料相對于其他防腐涂料而言，在導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能、

抗菌性能等方面優(yōu)勢更為明顯。石墨烯由于其良好的導(dǎo)電性能和片狀搭接阻隔

性能，可以對氧和腐蝕介質(zhì)起到屏蔽作用，降低了防腐涂層的滲透性能，從而

提高涂層的防腐蝕性能。中國防腐涂料發(fā)展較快，2019

年，我國防腐涂料總產(chǎn)

量

535

萬噸，同比增長

18.4%，占涂料總產(chǎn)量的

22.2%。在

2010-2019

年間，

中國防腐涂料供給整體呈現(xiàn)增長較快增長趨勢，僅

2018

年產(chǎn)量有所下滑。重防腐涂料是石墨烯應(yīng)用四大重點產(chǎn)業(yè)之一，應(yīng)用前景非常廣闊，需求逐年增

加，帶動石墨烯需求也不斷增加。我國重防腐材料占防腐涂料的

70%，產(chǎn)量增

長呈逐年上升趨勢，

2019

年產(chǎn)量為

374

萬噸，同比增長

3.9%。重防腐材料在

2017

年達(dá)到最高為

389

萬噸，同比增長

10.6%，居世界首位。進(jìn)入

2018

年，

重防腐涂料產(chǎn)量輕微下滑，約為

352

萬噸。鋰電池導(dǎo)電劑：需求支撐&成本下降行業(yè)高增速鋰電池導(dǎo)電劑的首要作用是提高電子電導(dǎo)率。導(dǎo)電劑在具活性物質(zhì)之間、活性

物質(zhì)與集流體之間起到收集微電流的作用以減小電極的接觸電阻，提高鋰電池

中電子的遷移速率，降低電池極化。此外，導(dǎo)電劑也可以提高極片加工性，促

進(jìn)電解液對極片的浸潤，從而提高鋰電池的使用壽命。常用的鋰電池導(dǎo)電劑可

以分為兩類：第一類為傳統(tǒng)導(dǎo)電劑（如炭黑、導(dǎo)電石墨、碳纖維等），第二類為

新型導(dǎo)電劑（如碳納米管、石墨烯及其混合導(dǎo)電漿料等）。石墨烯作為新型導(dǎo)電劑，可以最大化的發(fā)揮導(dǎo)電劑等作用。這是由于其獨特的

片狀結(jié)構(gòu)，它與活性物質(zhì)的接觸為點－面接觸而不是常規(guī)的點點接觸形式，這

樣可以減少導(dǎo)電劑的用量，提升鋰電池容量，其改性效果遠(yuǎn)高于天然石墨。但

是由于其成本較高，具有阻礙鋰離子傳輸?shù)缺锥松形赐耆还I(yè)化應(yīng)用。我國鋰電池產(chǎn)量預(yù)計在

2020

年底將達(dá)到

160GWh，年復(fù)合增長率約為

27%。

2018

年石墨烯在鋰電池中的滲透率達(dá)到

2.5%左右，預(yù)計

2020

年石墨烯滲透

率將達(dá)到

5%左右。目前石墨烯導(dǎo)電劑的生產(chǎn)成本較高，2015

年石墨烯導(dǎo)電劑的價格為

230

美元/

千克，與碳納米管導(dǎo)電劑價格大致相同，而石墨烯導(dǎo)電劑價格下降幅度遠(yuǎn)超過

碳納米管導(dǎo)電劑，預(yù)計

2020

年將下降至

100

美元/千克。隨著石墨烯生產(chǎn)工藝

的進(jìn)一步成熟，相關(guān)資本的涌入以及國家政策的大力支持，石墨烯導(dǎo)電劑將突

破成本瓶頸，石墨烯導(dǎo)電劑的價格優(yōu)勢逐漸突顯。而碳納米管導(dǎo)電劑和炭黑導(dǎo)

電劑預(yù)期價格變化不大，成本下降空間較小，與之相比，石墨烯導(dǎo)電劑發(fā)展?jié)?/p>

力與價格潛力巨大。石墨烯價格下降以及鋰電池產(chǎn)量和石墨烯滲透率快速增長將導(dǎo)致石墨烯導(dǎo)電劑

市場規(guī)?？焖僭鲩L。石墨烯在導(dǎo)電劑領(lǐng)域的市場規(guī)模預(yù)計在

2020

年達(dá)到

139

億元，年復(fù)合增長率約為

64%。全球動力鋰電池近年來保持高速增長狀態(tài)，帶動鋰電池導(dǎo)電劑市場規(guī)模不斷增

長。據(jù)國際市場研究機構(gòu)

AdroitMarketResearch最新發(fā)布的報告預(yù)測，2018

年至

2025

年，全球動力鋰電池市場規(guī)模年復(fù)合增長率接近

14.3%，其中大部

分增長規(guī)模來自亞太地區(qū)。亞太地區(qū)是

2019

年最大的汽車電池市場。石墨烯

導(dǎo)電劑作為未來電動汽車鋰電池導(dǎo)電劑的研究不斷深入，也導(dǎo)致預(yù)測期內(nèi)動力

鋰電池行業(yè)市場的迅速增加。柔性顯示屏：可穿戴設(shè)備是市場主要驅(qū)動力石墨烯薄膜具有因?qū)щ娦粤己?，高柔性，透光性強等原因，未來可廣泛應(yīng)用于

柔性顯示領(lǐng)域。目前市場上使用最多的柔性顯示屏為

ITO膜（陶瓷材料氧化銦

錫），該材料制作工藝趨于成熟，價格較低。但彎折后就不再具有導(dǎo)電性，無法

滿足未來移動設(shè)備、可穿戴設(shè)備柔性顯示屏的需求，而石墨烯薄膜因其良好的

導(dǎo)電性，柔性，透光性，認(rèn)為均優(yōu)于

ITO膜，更適合柔性顯示屏未來發(fā)展趨勢，

被認(rèn)為是完美替代

ITO膜的材料。近幾年，銀納米線等也開始成為

ITO的替代

材料，但其穩(wěn)定性較差，易斷，石墨烯薄膜仍為最合適的替代品。國內(nèi)石墨烯薄膜市場規(guī)模逐步擴(kuò)展，2019

年可達(dá)

80

億元，年復(fù)合增長率為

152%，預(yù)計

2020

年末石墨烯薄膜市場規(guī)模將達(dá)到

150

億元。全球可穿戴設(shè)備市場規(guī)模快速增長，在

201

年末達(dá)到了

333

億美元，年復(fù)合增

長率為

15%左右。預(yù)計在

2019

年將到達(dá)

420

億美元，同比增長

26%。據(jù)調(diào)查

顯示，全球可穿戴設(shè)備出貨也大幅增加。中國可穿戴設(shè)備產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模

2019

年達(dá)到

600

億元，年復(fù)合增長率約為

44%，

預(yù)計到

2020

年，將增加到

780

億元左右。石墨烯薄膜在此影響下，也將引來

大幅度增長?？纱┐髟O(shè)備市場規(guī)模的快速增加，將推動石墨烯薄膜應(yīng)用于柔性顯示的市場規(guī)

模大幅提高?？纱┐髟O(shè)備要求高水平的柔性顯示屏，全球柔性顯示市場收入規(guī)

模呈逐年增加趨勢，擁有透光性和高柔性的石墨烯薄膜在柔性顯示中的應(yīng)用市

場規(guī)模有望迎來快速發(fā)展。隨著我國可穿戴設(shè)備市場規(guī)模的不斷擴(kuò)張，石墨烯

應(yīng)用在柔性顯示的市場規(guī)模也將引來巨大提升。傳感器：石墨烯化學(xué)敏感性強，在醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域前景廣闊石墨烯是良好的化學(xué)傳感器制作材料。這個過程主要是通過石墨烯的表紅外光

束激發(fā)等離子體面吸附性能來完成的，石墨烯化學(xué)探測器的靈敏度非常高。石

墨烯獨特的二維結(jié)構(gòu)使它對周圍的環(huán)境非常敏感。石墨烯是電化學(xué)生物傳感器

的理想材料，石墨烯制成的傳感器在醫(yī)學(xué)上具有良好的靈敏性。石墨烯傳感器在國內(nèi)的市場規(guī)模在

2019

年達(dá)到了

2

億元，年復(fù)合增長率約為

71%。預(yù)計到到

2020

年，石墨烯傳感器在國內(nèi)的市場規(guī)模約為

4

億元，實現(xiàn)

了十倍擴(kuò)張。隨著市場中醫(yī)學(xué)，化學(xué)及可穿戴設(shè)備等方面對于石墨烯傳感器越來越多的需求，

以及石墨烯薄膜制作成本逐步下降，石墨烯傳感器將越來越多地應(yīng)用于市場中，

發(fā)展?jié)摿薮?。國?nèi)外行業(yè)處于起步階段，靜待下游大規(guī)模應(yīng)用全球產(chǎn)業(yè)化處于起步階段，未來發(fā)展空間廣闊全球石墨烯行業(yè)仍處于產(chǎn)業(yè)化起步階段。市場以石墨烯粉體和石墨烯薄膜為主

導(dǎo)，盡管大規(guī)模生產(chǎn)仍存在一定困難，但未來發(fā)展空間廣闊。從市場規(guī)模來看，

2014

年以來，全球石墨烯市場規(guī)模快速增長，2019

年全球石墨烯市場規(guī)模約

為

1.1

億美元，預(yù)計在

2025

年達(dá)到

21

億美元，2020

至

2025

年石墨烯復(fù)合年

增長率將達(dá)到

40%，尤其是散熱材料、電池、柔性顯示和復(fù)合材料市場。石墨烯因其優(yōu)秀的材料特性具有巨大的潛力。石墨烯行業(yè)正處于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化

前夕，世界各國對于石墨烯都給予了高度重視，全球已有

80

多個國家投入石墨

烯的研發(fā)、生產(chǎn)，尤其是一些發(fā)達(dá)國家聚焦石墨烯下游應(yīng)用的研發(fā)，例如美、

歐、日、韓等地區(qū)密集發(fā)布政策、投入大量資金，扶持石墨烯相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)和

產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，對推動石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出了戰(zhàn)略部署。歐美企業(yè)占據(jù)全球石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)。歐美企業(yè)在石墨烯制備技術(shù)，復(fù)合

材料、核心電子元件等應(yīng)用產(chǎn)品保持領(lǐng)先優(yōu)勢，而亞洲石墨烯應(yīng)用市場前景向

好。不僅如此，IBM、、、三星等國際知名跨國企業(yè)紛紛將石

墨烯及其應(yīng)用技術(shù)作為長期戰(zhàn)略發(fā)展方向，而且還涌現(xiàn)出了大批專門從事石墨

烯研發(fā)、