石墨烯產業(yè)深度報告應用領域不斷拓展市場規(guī)模持續(xù)增長

石墨烯產業(yè)深度報告-應用領域不斷拓展市場規(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

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構和力學

特性，它的σ鍵與其他碳原子鏈接成六角環(huán)的蜂窩式層狀結構，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)良的導電

和光學性能。石墨烯的理論楊氏模量達

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)異的力學和光電熱性能石墨烯具有超強導電性、良好的熱傳導性、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，使它可應用領域非常廣

泛，主要集中在基礎學科、電池、柔性顯示屏、傳感器及復合材料等領

域。石墨烯產業(yè)鏈趨于完善，下游需求領域不斷拓展石墨烯產業(yè)鏈結構完善，下游應用領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，其下游應用領域非常廣泛，可應用在電池

電極材料、半導體器件、透明顯示屏、傳感器、電容器、晶體管等方面，且在

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

展。石墨烯上游為石墨、下游主要應用領域為電池、涂料、柔性屏和傳

感器等領域。原材料石墨儲量居世界前列，需求有所下降石墨烯產業(yè)鏈上游的原料為石墨，中國是全球最大的石墨生產國，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

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

年全

球天然石墨產量為

115

萬噸，近兩年全球天然石墨產量有所下降，2018

年全球

天然石墨產量在

93

萬噸左右。我國天然石墨產量在

2018

年達

63

萬噸，占世界總產量的

68%，另外人造石墨

產量約為

13.8

萬噸，石墨行業(yè)全球范圍內產量減少，原材料供應相應減少，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)模量產難度較大石墨烯產業(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

化合物分子結構出發(fā)，如

CH4?C2H2

等，利用晶體生長重新排列出石墨烯，例

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

領域也有一些差異。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，其中化學氣相沉積法可以

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

的方法。下游需求：應用領域不斷拓展，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，復合增長率為

45.89%，據(jù)預測，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

163

億元，預計

2020

年將超

過

200

億元，年復合增長率約為

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。石墨烯的研究與應用開發(fā)持續(xù)升溫，石墨和石墨烯有關的材料廣泛應用在電池

電極材料、半導體器件、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用價值，在化學、材料、物理、生物、環(huán)

境、能源等眾多學科領域已取得了一系列重要進展。石墨烯下游應用主要分為兩個方面：第一是石墨烯粉體下游應用，第二是石墨

烯薄膜下游應用。其中石墨烯粉體可應用在電池、復合材料、鋰電池等

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

主要驅動者。2017

年石墨烯在新能源超級電容與鋰電池導電劑領域市場規(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、復合材料、

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

示領域也有一定的涉及，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、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），安全問題嚴重等方面。石墨烯擁有良

好的導電性、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用。全球石墨烯超級電容市場規(guī)模預計在

2021

年底達到

0.84

億美元，到

2030

年

全球石墨烯超級電容市場規(guī)模有望達到

6.09

億美元，期間年復合增長率到

23.9%。而石墨烯超級電容器由于其重量輕，經久耐用，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%，預測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，石墨烯滲透率也將達到

5.5%左右。交通運輸領域持續(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。超級電容的細分

產品規(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域對安全、輕便、清潔電池的需求

會導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

100

萬次。石墨

烯超級電容應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)涂料應用領域的不同，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，在導電性、熱穩(wěn)定性、力學性能、

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

性能，可以對氧和腐蝕介質起到屏蔽作用，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

量

535

萬噸，同比增長

18.4%，占涂料總產量的

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

年產量有所下滑。重防腐涂料是石墨烯應用四大重點產業(yè)之一，應用前景非常廣闊，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%，產量增

長呈逐年上升趨勢，

2019

年產量為

374

萬噸，同比增長

3.9%。重防腐材料在

2017

年達到最高為

389

萬噸，同比增長

10.6%，居世界首位。進入

2018

年，

重防腐涂料產量輕微下滑，約為

352

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

物質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，導電劑也可以提高極片加工性，促

進電解液對極片的浸潤，從而提高鋰電池的使用壽命。常用的鋰電池導電劑可

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

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

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

樣可以減少導電劑的用量，提升鋰電池容量，其改性效果遠高于天然石墨。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)化應用。我國鋰電池產量預計在

2020

年底將達到

160GWh，年復合增長率約為

27%。

2018

年石墨烯在鋰電池中的滲透率達到

2.5%左右，預計

2020

年石墨烯滲透

率將達到

5%左右。目前石墨烯導電劑的生產成本較高，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，而石墨烯導電劑價格下降幅度遠超過

碳納米管導電劑，預計

2020

年將下降至

100

美元/千克。隨著石墨烯生產工藝

的進一步成熟，相關資本的涌入以及國家政策的大力支持，石墨烯導電劑將突

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

電劑預期價格變化不大，成本下降空間較小，與之相比，石墨烯導電劑發(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量和石墨烯滲透率快速增長將導致石墨烯導電劑

市場規(guī)模快速增長。石墨烯在導電劑領域的市場規(guī)模預計在

2020

年達到

139

億元，年復合增長率約為

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

長。據(jù)國際市場研究機構

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

年至

2025

年，全球動力鋰電池市場規(guī)模年復合增長率接近

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

導電劑作為未來電動汽車鋰電池導電劑的研究不斷深入，也導致預測期內動力

鋰電池行業(yè)市場的迅速增加。柔性顯示屏：可穿戴設備是市場主要驅動力石墨烯薄膜具有因導電性良好，高柔性，透光性強等原因，未來可廣泛應用于

柔性顯示領域。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電性，無法

滿足未來移動設備、可穿戴設備柔性顯示屏的需求，而石墨烯薄膜因其良好的

導電性，柔性，透光性，認為均優(yōu)于

ITO膜，更適合柔性顯示屏未來發(fā)展趨勢，

被認為是完美替代

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。國內石墨烯薄膜市場規(guī)模逐步擴展，2019

年可達

80

億元，年復合增長率為

152%，預計

2020

年末石墨烯薄膜市場規(guī)模將達到

150

億元。全球可穿戴設備市場規(guī)?？焖僭鲩L，在

201

年末達到了

333

億美元，年復合增

長率為

15%左右。預計在

2019

年將到達

420

億美元，同比增長

26%。據(jù)調查

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

2019

年達到

600

億元，年復合增長率約為

44%，

預計到

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備市場規(guī)模的快速增加，將推動石墨烯薄膜應用于柔性顯示的市場規(guī)

模大幅提高?？纱┐髟O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用市

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

應用在柔性顯示的市場規(guī)模也將引來巨大提升。傳感器：石墨烯化學敏感性強，在醫(yī)學等領域前景廣闊石墨烯是良好的化學傳感器制作材料。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，石墨烯化學探測器的靈敏度非常高。石

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

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

2019

年達到了

2

億元，年復合增長率約為

71%。預計到到

2020

年，石墨烯傳感器在國內的市場規(guī)模約為

4

億元，實現(xiàn)

了十倍擴張。隨著市場中醫(yī)學，化學及可穿戴設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用于市場中，

發(fā)展?jié)摿薮蟆鴥韧庑袠I(yè)處于起步階段，靜待下游大規(guī)模應用全球產業(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)仍處于產業(yè)化起步階段。市場以石墨烯粉體和石墨烯薄膜為主

導，盡管大規(guī)模生產仍存在一定困難，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)?？焖僭鲩L，2019

年全球石墨烯市場規(guī)模約

為

1.1

億美元，預計在

2025

年達到

21

億美元，2020

至

2025

年石墨烯復合年

增長率將達到

40%，尤其是散熱材料、電池、柔性顯示和復合材料市場。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，尤其是一些發(fā)達國家聚焦石墨烯下游應用的研發(fā)，例如美、

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

產業(yè)化應用，對推動石墨烯產業(yè)發(fā)展做出了戰(zhàn)略部署。歐美企業(yè)占據(jù)全球石墨烯產業(yè)鏈關鍵環(huán)節(jié)。歐美企業(yè)在石墨烯制備技術，復合

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

好。不僅如此，IBM、、、三星等國際知名跨國企業(yè)紛紛將石

墨烯及其應用技術作為長期戰(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)、