石墨烯材料

摘要：近年来，随着全球石墨烯研发成果陆续进入市场，叠加下游涂料、消费电子以及新能源等产业保持快速增长，石墨烯材料市场需求不断扩大，市场规模也随之增长。截至2023年12月底，中国石墨烯材料市场规模约为386亿元，同比增长15.22%。

一、定义及分类

石墨烯是碳的同素异形体，碳原子以sp²杂化键合形成单层六边形蜂窝晶格石墨烯。利用石墨烯的晶体结构可以构建富勒烯（C60）、石墨烯量子点，碳纳米管、纳米带、多壁碳纳米管和纳米角。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。石墨烯材料可分为单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯和多层石墨烯。

二、行业政策

1、主管部门和监管体制

石墨烯材料行业主管部门是国家发展和改革委员会和工业和信息化部。国家发展和改革委员会主要负责研究制定行业发展战略、产业政策和总体规划，指导技术改造，以及审批和管理投资项目等。工业和信息化部主要负责拟订实施行业规划、产业政策和标准，监测工业行业日常运行，推动重大技术装备发展和自主创新，管理通信业，指导推进信息化建设，协调维护国家信息安全等。

2、行业相关政策

近十年以来，石墨烯材料在全球受到广泛关注。中国石墨烯产业不断发展，近年来，国家政府部门陆续出台了多项政策对石墨烯相关产业进行系统布局。《2021年工业和信息化标准工作要点》《原材料工业“三品”实施方案》《关于加快推动制造业绿色化发展的指导意见》等政策提出加强产业基础标准和强制性标准制定；鼓励实施前沿材料前瞻布局行动，积极培育石墨烯材料、量子材料、智能材料等前沿新材料，进一步提升高端产品有效供给能力，鼓励强化对战略性新兴产业和国家重大工程的支撑作用；支持推进石墨烯等新材料制造绿色环保发展。一系列支持性政策法规的出台，对石墨烯材料行业进行支持和引导，为产业发展提供了良好的政策环境。

三、发展历程

石墨烯存在于自然界，且难以剥离出单层结构，将石墨烯一层层叠起来即为石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。2004年，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃消洛夫从高定向热解石墨中剥离出石墨片，将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。随着不断地操作，石墨片越来越薄直至得到仅由一层碳原子构成的薄片，即为石墨烯。2010年，英国曼彻斯特大学的两位科学家获得诺贝尔物理学奖，石墨烯常见的粉体生产方法拓展为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法等。2018年3月31日，中国首条全自动量产石墨烯有机太阳能光电子器件生产线在山东菏泽启动，该项目主要生产可在弱光下发电的石墨烯有机太阳能电池，破解了应用局限、对角度敏感、不易造型这三大太阳能发电难题。同年6月，中国石墨烯产业技术创新战略联盟发布团体标准《含有石墨烯材料的产品命名指南》，规定了石墨烯材料相关新产品的命名方法。目前，石墨烯材料被列为多个国家战略发展材料，产量大幅度上涨，应用场景不断扩大。

四、行业壁垒

1、技术壁垒

石墨烯材料属于技术密集型行业，具有非常高的专业技术壁垒。针对高性能石墨烯材料而言，要想攻克高定向组装石墨烯产品的规模化、低成本制备技术和石墨烯材料的结构修复与热导率提升技术这两大关键技术障碍，需要在材料配方、原材料选购、产品结构、生产工艺、自动化等多个方面形成自主技术，并经过大量的生产实践不断进行优化，而普通企业在没有充分行业经验及技术积累的情况下，难以在短时间内实现。

2、客户认证壁垒

石墨烯材料目前最主要的下游应用领域为中高端智能手机、平板电脑等消费电子行业。一般大型的消费电子品牌商基于对产品质量、成本控制等因素考虑，均会建立严格的供应商认证体系。消费电子产品中的石墨烯散热器件作为一种高度定制化的产品，需要根据客户的个性化需求，有针对性地设计出相应的产品方案，从而对石墨烯材料生产商提出较高要求。且石墨烯材料供应商一旦进入下游客户的供应链，通常不会被轻易更换。定制化设计与生产能力、长期技术验证的持续投入以及客户对供应商的品牌信任，也构筑起了较高的进入壁垒。

3、人才壁垒

石墨烯材料的制备涉及氧化石墨烯原料解离分散、浆料涂覆及干燥、高温加压热处理还原、碳自由基修复、真空压延加工、模切成型、热设计仿真以及成品检测等多个工艺流程，综合了热力学、空气动力学、流体力学、电学、材料学、机械工程、自动化、信息化等多个学科领域，对多学科、复合背景的人才需求量较大。随着 5G、物联网、人工智能等领域的不断发展，石墨烯等新型材料的应用市场不断扩大，对企业管理人才及技术人才提出了更高的要求。目前，石墨烯材料的技术人才主要集中在高校和科研院所，产业化人才相对紧缺，公司的技术人才队伍以自主培养为主，从而对行业新进入者构成了极高的人才壁垒。

4、资金和规模壁垒

石墨烯材料下游终端产品更新换代快，对上游供应商的规模化生产、自动化水平、质量控制及产品交付及时性均有较高要求。规模化生产的实现需要大量生产、检测等设备作为支撑，对资金投入要求较高。同时，消费电子、汽车电子等下游应用领域发展较快，为满足不断变化的下游需求，持续性的技术研发和产品升级同样需要较大的研发投入和资金支持。只有企业达到一定的生产规模才能有效降低生产成本，形成市场竞争优势，因而形成较高的资金和规模壁垒。

五、产业链

1、行业产业链分析

石墨烯材料从发现至今仅10余年，其各项优异特性虽经理论研究论证、实验室测试认证，但到真正的中试、量产并商业化应用同样需要很长时间，仍处在产业化发展初期。石墨烯材料产业链上游主要为石墨矿、CVD设备、甲烷等原材料供应商。其中，石墨矿是制备石墨烯的重要原料之一，近十年来我国石墨产量稳居全球第一，目前国内年产量稳定在80万吨左右。我国国内晶质石墨资源主要分布在黑龙江、内蒙古、四川、山西等地，储量相对丰富，为我国石墨烯材料生产奠定坚实的基础。

石墨烯材料应用领域广泛，其产品可大致分为薄膜和粉体两大类。其中，石墨烯粉体多应用于涂料和锂离子电池领域；石墨烯薄膜则因透明、导电、柔性好等优点，多应用于汽车电子、消费电子、光子及光电设备等领域。未来在智能可穿戴设备、ICT 设备、航空航天、海水淡化、医疗器械等应用领域的渗透率有望逐步提升。

石墨烯材料行业产业链

石墨矿

鸡西长源矿业有限公司

淅川县中泰华龙石墨有限公司

中国石墨集团有限公司

湖南中加石墨股份有限公司

CVA设备

北京北方华创真空技术有限公司

深圳市捷佳伟创新能源装备股份有限公司

中微半导体设备(上海)股份有限公司

国机精工集团股份有限公司

拓荆科技股份有限公司

甲烷

金宏气体股份有限公司

杭氧集团股份有限公司

湖南凯美特气体股份有限公司

广东华特气体股份有限公司

上游

方大炭素新材料科技股份有限公司

江西宁新新材料股份有限公司

平顶山东方碳素股份有限公司

常州二维碳素科技股份有限公司

中游

防腐涂料

锂离子电池

汽车电子

消费电子

储氢材料

航空航天

下游

2、行业领先企业分析

（1）方大炭素新材料科技股份有限公司

方大炭素新材料科技股份有限公司成立于1999年，是世界领先的石墨电极及炭素制品的专业化生产和销售公司。方大炭素主要从事石墨电极、块状炭砖、等静压石墨、核电用炭/石墨材料、石墨烯材料、碳/碳复合材料等的研制、生产与销售。近年来，方大炭素发挥其炭素板块的规模优势、资源协同优势、“大兵团”作战优势，灵活调整销售策略，稳固开拓石墨电极高端市场；重点抓住各类炭砖市场、特种石墨等产品市场需求变化寻求增量，在高炉炭砖、核电用炭/石墨材料、石墨烯制备及应用技术的研究和生产等领域占据着领先位置。2023年方大炭素包含石墨烯材料在内的炭素制品业务收入为47.07亿元，同比下降3.71%；毛利率为15.59%。

（2）常州二维碳素科技有限公司

常州二维碳素科技有限公司成立于2011年，主要从事大面积石墨烯透明导电薄膜的生产，该产品主要市场包括：石墨烯透明导电薄膜材料的生产和销售，以及在透明电极、储能、电子器件等领域的应用技术开发和技术支持服务。近年来，二位碳素以石墨烯薄膜材料研发为基础，通过持续的研发投入不断开发出适应下游应用市场需求的产品，抓住行业发展机遇，不断增强公司的盈利能力和持续经营能力，以增加市场份额并建立市场影响力。2023年受下游需求承压、产品销售量减少的影响，二维碳素石墨烯产品收入为1474.24万元，同比下降54.96%；毛利率为23.51%。

六、行业现状

石墨烯材料是目前世界上最薄但也是最坚硬的纳米材料，几乎完全透明，只吸收2.3%的光，导热系数高于纳米碳管和金刚石；电阻率比铜、银更低，是目前世界上电阻率最小的材料，因而被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。近年来，随着全球石墨烯研发成果陆续进入市场，叠加下游涂料、消费电子以及新能源等产业保持快速增长，石墨烯材料市场需求不断扩大，市场规模也随之增长。截至2023年12月底，中国石墨烯材料市场规模约为386亿元，同比增长15.22%。此外，石墨烯材料扶持力度加码，国家、地方政府、产业联盟通过多种手段支持石墨烯产业发展，明确了产业化发展重点、方向和路径，以解决当前相关产品制备技术存在成本高、技术不成熟、产品不稳定等问题，开发针对特定场合的多形态和特性石墨烯材料的制备和结构调控技术，进一步推动石墨烯材料市场化应用。预计到2024年，我国石墨烯材料市场规模将进一步增长至441亿元。

七、发展因素

1、有利因素

（1）国家政策大力支持

具备优异导热性能的石墨烯材料正逐步成为多个制造行业的理想替代材料，在电子器件、信息技术、国防军工、新能源汽车等领域具有良好的应用前景。国家通过颁布一系列的法律法规和政策性文件，为石墨烯产业的发展奠定了良好的政策环境基础，促进了行业的快速发展。同时，国家发展改革委2023年12月修订发布的新版《产业结构调整指导目录（2024年本）》中，将石墨烯材料、氢燃料电池石墨双极板等新材料的生产及应用开发列为鼓励类项目，为产业发展奠定了良好的基础。

（2）下游行业需求快速增长

目前，石墨烯材料因其良好的热传导和光学性能，已被制成导热散热材料，并在智能手机、平板电脑等领域实现商用，吸引了更多下游领域的关注和青睐，国家层面也将石墨烯散热材料列入鼓励示范应用的前沿新材料。随着行业技术水平的不断提高，石墨烯材料的产品性能进一步提升，应用场景不断拓展。且依托我国消费电子、汽车电子、通信及基站设备等行业呈现迅速增长的态势，带动石墨烯材料市场需求快速增长。

（3）行业竞争格局初步形成

随着国内外石墨烯材料生产厂商的不断加入，行业竞争格局初步形成。同时，行业竞争加剧，促进石墨烯产业新技术、新工艺不断涌现，产业化进程加快，将带动行业良性发展，激发石墨烯材料的商业化应用，为行业内企业发展创造机会。此外，行业内优势企业凭借优质稳定的客户资源、行业领先的技术工艺水平、优质的产品品质保障能力和及时批量供货能力，深受下游客户的信赖，有利于推进市场集中度不断提高。

2、不利因素

（1）产业标准化进程缓慢

石墨烯材料拥有优异的热学、光学、电学、力学特性，在热管理、电子元器件、新能源、储能、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，自 2004年被发现以来受到全球专家学者的关注和重点研究，世界各国不断加大对石墨烯材料的研发并推动其产业化应用。目前国内石墨烯产业中企业众多，相关产品种类复杂，且相关产品的行业标准尚不完善，不利于行业标准化发展和产业化进程。

（2）产业链不够完善

石墨烯材料行业属于新兴材料，行业发展尚处于起步阶段，供应链以及下游产业链还不够完善，未形成充分的竞争市场。同时，行业发展成熟度不高，参与企业需要大量的研发投入，长期致力于工艺技术水平改进和新产品研发并拓展应用领域。受限于目前上下游产业发展、技术迭代等因素影响，行业面临新材料和新产品研发投入高、周期长和风险大的挑战。

（3）行业高端人才短缺

随着5G、物联网、人工智能等领域的不断发展，下游消费产品更新迭代速度加快，优质石墨烯材料需求量不断扩大，从而对行业企业研发及技术人才提出了更高的要求。行业内复合型专业人才不仅要有复合知识背景、丰富的实践经验，还要对下游行业有深度的理解以满足客户个性化需求。但目前我国石墨烯材料领域专业性人才相对匮乏，行业人才缺口不断扩大，从而限制石墨烯材料的产业化推进和技术创新。

八、竞争格局

现阶段，各国的支持政策大多集中在石墨烯材料中游产业链上，欧美等发达国家前期支持政策主要集中于石墨烯基础研究和高端应用产品开发。国外部分企业，如日本松下、Kaneka和美国Graftech等进入该领域较早，技术较为成熟，在全球石墨烯材料市场位居前列。随着制造工艺与技术的不断成熟，国内厂商逐步崛起，引领中国石墨烯材料产业发展，并且成功进入下游大型厂商的供应链体系，具有较强的市场竞争力。目前，中国部分石墨烯企业已能实现石墨烯材料规模化生产线的投产，如贝特瑞、方大碳素、宁新新材等，其营收规模较大，在国内国外均有较为成熟的销售网络，市占率较高，属于我国石墨烯材料竞争市场第一梯队。第二梯队主要为东方碳素、常州第六元素、二维碳素、凯纳股份等进入行业较早，拥有较强的研发能力和全国范围的销售网络的代表企业。该类企业依托国内的政策支持，人才回流等红利，有较强的研发能力，未来发展潜力较大。第三梯队其他中小型石墨烯生产制造公司，该梯队中企业较多，市占率均不高，竞争格局较为分散。

九、发展趋势

目前，在石墨烯材料制备领域，可实现大规模量产的企业已经初露峥嵘。改进生产工艺、提升制备效率、降低石墨烯材料生产成本，成为我国石墨烯材料行业未来发展的必然趋势。同时，在应用领域，石墨烯材料已经在电池、触摸屏、电容以及涂料等领域表现出了较好的发展势头，而在医疗、淡水处理等领域的研发工作表明，石墨烯材料具有巨大的潜在应用前景。通过政府的引导，国内石墨烯产业有望夯实“产、学、研”一体化体系，建立完整的上、下游产业链，石墨烯的研究和产业化发展将持续升温，并实现产业链的健康发展。