王忠强，萧小月,

（1. 青岛德通纳米技术有限公司，山东 青岛 266613；2. 南京科孚纳米技术有限公司，江苏 南京 211800）

石墨烯专栏

中外石墨烯产业化发展管窥

王忠强1，萧小月1,2

（1. 青岛德通纳米技术有限公司，山东 青岛 266613；2. 南京科孚纳米技术有限公司，江苏 南京 211800）

石墨烯因其优异的热学、电学、力学等性能，在各领域备受青睐。本文对石墨烯在新能源电池、复合材料、功能涂料等领域呈现的良好商业化前景进行概述。同时，还分析对比了各国石墨烯产业的发展现状和政策支持。

石墨烯；商业化；综述；电池；复合材料；功能涂料；政策支持

石墨烯是由碳原子形成的具有六边形晶格结构、单层片状的二维新材料，其在力学、电子、光学、生物等方面表现出来的优异性能，使得不同的学科领域都对它青睐有加，各国科技界和产业界不遗余力地推动其发展。经过十多年的研究开发，石墨烯已经进入全新的高速发展期，从最初的概念原型，到现今产业化直至商业化。其相关的产品应用普及也伴随着石墨烯技术的发展和新材料技术的换代升级而逐步实现。

1 与石墨烯产业相关的政策

基于其优越的性能，石墨烯具有广阔的市场前景和巨大的经济效益，每年有大量学术投资机构涌入石墨烯市场[1]。美、英、韩、日、欧盟等均将石墨烯研究提升至战略高度，期待它带来巨大的市场价值。表1为各国石墨烯基础研究的投入情况。

尽管我国石墨烯研发起步相对较晚，但近年来各级政府对其重视程度日益提高，大大促进了我国石墨烯产业的发展。

(a) 新材料“十二五”规划为石墨烯产业明确了发展方向；

(b) 2014年10月23日，国家发改委、财政部、工信部联合发布了《关键材料升级换代工程实施方案》[2]，石墨烯位列其中；

表1 各国石墨烯基础研究的投入情况Tab.1 Input of graphene basic research in various countries

(c) 2015年11月30日，国家工信部、发改委和科技部三部门联合发布《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》[3]，欲在2020年形成完善的石墨烯产业体系；

(d) 2016年12月28日，为加快推进新材料产业发展，国务院成立国家新材料产业发展小组[4]，审议推动总体部署、重要规划，统筹研究重大政策、重大工程和重要安排。

2 国内外石墨烯产业化发展概况

2011年以来，随着国际石墨烯研究和工业化开发的进程，国内石墨烯研究和产业化逐步展开，且在主要研究领域均有涉猎，整体接近国外先进水平[5]，部分领域可处于领先水平并掌握了自主知识产权。在产业化推进方面，美国首先在2009年实现小规模产业化，但国内在低成本、规模化制备石墨烯粉体和浆料领域的应用研究水平同国外不相上下。如表2，为企业可规模化量产石墨烯的概况。

表2 企业规模化量产石墨烯情况Tab.2 Enterprise scale production of graphene

2015年是中国石墨烯产业发展元年，在政策支持和应用前景的牵引下，石墨烯在国内范围内呈现出蓬勃发展之势，江苏常州和无锡、浙江宁波、山东青岛等地相继建设投产量产石墨烯的生产线。目前，石墨烯制造商普遍为小型、初创企业，这些企业见证了来自各个领域对石墨烯产业化的爆炸式增长。据不完全统计，目前，全球有近300家公司涉足石墨烯相关的研究和开发，其中包括IBM、英特尔、美国晟碟、陶氏化学、通用、杜邦、施乐、三星、洛克希德·马丁、波音等科技巨头。

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。现阶段各国的支持政策大多集中在石墨烯中游产业链上，而未来的5到10年，随着石墨烯产业化进程的加快及其展现市场价值的飙升，各国政府正在进一步加大对石墨烯下游应用的政策支持，推动石墨烯产业化发展。

3 石墨烯下游应用产业化及发展趋势

3.1 石墨烯纳米复合材料的产业化应用

石墨烯纳米复合材料是目前在石墨烯应用中比较成熟的一块。比起传统的碳纤维增强，石墨烯增强使原结构本身质量更轻，而且强度大[6]。汽车轻量化是节能减排的一个重要方向。研究表明，在不降低汽车刚性和碰撞性能的前提下，质量减轻 10%，油耗将相应减少6%～8%。石墨烯可作为提高材料力学性能的增强剂，广泛应用于车用轻质复合材料的开发。

2016年，在欧洲最大的科学节日——科学在城市节（Science in the City Festival）期间，英国汽车公司Briggs在英国国家石墨烯研究所发布了一辆车身采用石墨烯材料制成的汽车（图 1），名为 BAC Mono。类似的石墨烯复合材料也体现在德国杜塞多夫的二维材料展上的无人机机翼（图2），质量更轻、强度更高。

图1 石墨烯车体Fig.1 Graphene car

图2 石墨烯无人机机翼Fig.2 Graphene UAV wing

2016年12月，我国正式成立了一个国家新材料产业发展领导小组，新材料是《中国制造2025》重点突破的领域之一，轻量化材料是当前新材料发展战略重点领域，下一步的工作将是围绕着总体的要求和产业发展的需要来深入推进这项工作。一是要通过国家现有的政策来支持汽车轻量化材料的研发和产业化。二是要组织行业协会、企业和专家，把汽车工业材料的标准体系，这个标准的短板补起来。三是要鼓励产业链上下游合作，就是材料和企业通过上下游合作的形式能够建立联盟，来推动上下游融合。第四，将考虑创造条件，推动电动汽车行业和材料行业的骨干企业联合起来，成立一个轻量化新材料的产业基金，通过市场的力量来聚集更多社会力量推动汽车轻量化的发展。

3.2 石墨烯在新能源电池领域的产业化应用

美国电动车制造商Fisker（菲斯科）于2016年11月1日宣布新款纯电动豪华车型Fisker E Motion（图3），采用了全新的外观设计，外形极具未来感和运动感。据称Fisker E Motion采用了全新的电动动力系统布局和全新石墨烯电池技术，使其续航里程能达到643公里，最高时速可达260公里每小时[7]。

图3 Fisker E Motion 采用了全新石墨烯电池技术Fig.3 Fisker E Motion uses a new graphene battery technology

在电动车中，作为电源的储能装置主要有锂离子电池、超级电容器和燃料电池甚至空气电池，这些储能装置均要求其电极材料具备大的比表面积、高的导电性和良好的电化学稳定性，这为石墨烯提供广泛的运用空间。相对于铅酸电池、镍氢电池，锂离子电池具备能量密度大、循环寿命长、绿色环保、安全性能好等优点。石墨烯可以作为锂离子电池的导电剂替代现有的炭黑导电剂，降低电极内阻，提高电极导电率，提高电池容量。

我国电池企业关于石墨烯在电池领域的应用已取得实质性进展，正在推动商业化应用，预计2020年可达百亿市场规模。

3.3 石墨烯在涂料领域的产业化应用

石墨烯薄膜表面的水分子之间的结合能大于其与石墨烯的吸附能，使得水分子以水滴形态存在，表明石墨烯具有疏水性。利用石墨烯喷涂于钢表面，浸泡于海水中可以保持一个月不生锈。

石墨烯因具有高耐磨性和防腐性，在风电涂料应用中也具有特别的优势。目前，我国风电用叶片涂料，基本全依赖于国外品牌。德国Mankiewicz、BASF、Bergolin及美国PPG在叶片涂料上占有较大的市场。国内西北永新、中远关西、时代新材等公司在风电叶片涂料上虽然起步较晚，但也取得了一定的成就。国内产品主要针对内陆、沙漠等环境，与主要用于海洋环境下国外风电用叶片涂料的防腐性能，如耐盐雾、耐雨蚀、防冰性能与进口产品均有较大差距。2016年，青岛市自主创新重大专项中，新材料领域《高性能石墨烯产业化关键技术及海洋工程用石墨烯防腐涂料的产业化应用》项目获批，旨在推动石墨烯在涂料领域的产业化应用。

3.4 石墨烯行业发展趋势

随着石墨烯制备技术的逐步成熟和应用研发的逐步扩展，在各国政府和企业的大力推动下，研发成果转化与产业化发展迅速。在全球石墨烯产业化进程中，中国作为石墨资源大国和全球制造业大国，不但在石墨烯研究、技术开发方面与国际接近，而且在石墨烯应用方面具有巨大的市场空间。中国具备完整的石墨烯产业链，涵盖上游的石墨开采、石墨烯制备、中游的石墨烯材料，下游的石墨烯零部件、石墨烯终端产品。

与国外发达国家相比，我国在石墨烯基础研究方面投入强度大，为我国石墨烯产业化奠定了坚实的基础。我国初期石墨烯产业化项目的开发主要集中于初创型小企业，但初创型小企业在资金、人员和研发实力等方面都相对较弱，限制了石墨烯高端应用的开发。近年来，在中央部委的政策刺激下，地方政府积极跟进，助推了企业的发展。与此同时，央企和部分大型民营企业开始投入对石墨烯及其应用产品的开发，推动了我国石墨烯产业化的发展[7]。截至目前，相当数量的研发项目已顺利完成并进入商业化准备期，石墨烯产业有望进入井喷式发展期。尽管石墨烯产业链还不成熟，市场需求有待培育，但我国有望发展成为全球石墨烯产业的“领头羊”。

4 推进石墨烯产业发展的保障措施建议

(1) 发挥政府的统筹规划和引导作用。

一是规划先行，制定具有可操作性的石墨烯产业专项规划，明确石墨烯发展的阶段目标、重点领域、资金来源、政策体系等重点问题，确立合理的领导组织框架。二是政策引导，出台合理的石墨烯产业扶持政策，在规划用地、载体建设、资金来源、人才引进等方面予以大力支持和资金扶持，加快材料、设备、工艺、应用等上下游协同发展。三是区域协调，根据各地区产业基础、配套环境和载体建设等情况，在具有相关优势的区域，形成规模和集群效应，避免各地区一哄而上，重复建设。

(2) 坚持以市场和应用为导向，推进产业集群发展。

要充分发挥市场的导向和政府的引领作用，同时还需要政府与市场的分工协作，明确各自的责任。在未来发展中，要充分调动政府、企业以及社会资金的积极性，有效地整合资本、人才、技术等要素培育一系列产业的集群化发展，从而实现不同产业间的优化联动，促进传统产业的转型升级。

(3) 开发战略性应用产品，掌握核心技术与标准制定权。

通过对石墨烯技术专利主要技术原创国与目标申请国数量对比研究发现（见图4），中国、韩国、美国、日本四个主要技术原创国中，我国石墨烯专利遥遥领先。但是，我国专利海外布局相对薄弱，韩国、美国和日本的海外布局最多。因此，我国需要进一步加强石墨烯专利的全球布局，同时，积极参与国际标准化制定，确保行业领先和可持续发展的强劲竞争力。

图4 石墨烯技术专利受理国家/地区分析Fig.4 Country / region analysis of graphene technology patents

[1] 中国石墨烯产业技术创新战略联盟. 2016全球石墨烯产业研究报告 [R]. 北京: 中国石墨烯产业技术创新战略联盟, 2016.

[2] 中华人民共和国国家发展和改革委委员会. 关键材料升级 换 代 工 程 实 施 方 案 [R/OL]. [2014-10-23]. http://www.miit.gov.cn/n1146285/n1146352/n3054355/n30 57569/n3057573/c3570174/content.html.

[3] 中华人民共和国工业和信息化部.关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见 [R/OL]. [2015-11-30]. http://www. miit.gov.cn/n1146290/n4388791/ c4471468/content.html.

[4] 青岛德通纳米技术有限公司(引自烯碳资讯). 2017年十大政策红利助推石墨烯产业破冰起航 [EB/OL]. [2017-02-07]. http://www.dtnano.com/info.php?mod=detail&id =195&cid=2&parentid=0.

[5] XIAO X Y, LI Y C, LIU Z P. Graphene commercialization [J]. Nat Mater, 2016, 15(7): 697-698.

[6] 孙瑜. 2016年石墨烯商业化状况与最新应用分析[EB/OL]. [2017-01-18]. http://www.dtnano.com/info.php? mod= detail&id=192&cid=2&parentid=0.

[7] 青岛德通纳米技术有限公司(引自烯碳资讯). 正道集团即将发布石墨烯基电池电动汽车 [EB/OL]. [2017-02-16]. http://www.dtnano.com/info.php?mod=detail&id=198&cid=2& parentid=0.

（编辑：陈丰）

Overview of graphene industrialization worldwide

WANG Zhongqiang1, XIAO Xiaoyue1,2
(1. Qindao Detong Nanotechnology Co., Ltd, Qingdao 266613, Shandong Province, China; 2. Nanjing SCF Nanotechnology Co., Ltd, Nanjing 211800, China)

Graphene, with outstanding thermal, electric and mechanical properties, has

a tremendous attention. This article gives an overview of potential commercialization in the fields of new energy batteries, composites, functional coatings and so on. It also provides a comparison of graphene industrilization and policy supports among countries.

graphene; commercializaton; review; battery; composites; functional coatings; policy support

10.14106/j.cnki.1001-2028.2017.09.020

O613.71

A

1001-2028（2017）09-0094-04

2017-06-01

萧小月 sxiao@syfsci.com

王忠强（1992－），女，山东威海人，主要从事石墨烯及其下游应用产品的开发与应用 。

时间：2017-08-28 11:41

http://kns.cnki.net/kcms/detail/51.1241.TN.20170828.1141.020.html

萧小月：教授，美国普渡大学化学博士，南京科孚纳米技术有限公司董事长。曾任清华大学材料系副教授、新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室副主任、清华大学科技处副处长、美国三开公司技术部经理和主任科学家等职。现兼任中国国际石墨烯创新大会主席（2014～2017）、欧洲石墨烯大会国际科学委员会委员（2015～2017）、中国石墨烯产业技术创新战略联盟常务理事兼国际合作部主任、全国侨联特聘专家、中国侨联新侨创新创业联盟副理事长、江苏省海外交流协会副会长及新材料专业人士委员会主任委员。入选“中国产学研合作创新奖（2012）”和“中国经济创新领军人物（2015）”。在石墨烯领域申请专利21项，发表论文40余篇。2016年，作为第一作者应邀在《Nature Materials》发表《Graphene Commercialization》，介绍中国石墨烯商业化进展。