探尋石墨烯產業化路徑

姜疆

在經過過去幾年的“野蠻”生長之后，當前石墨烯作為高新產業已經成為了我國產業界及資本市場的一大焦點。頂著“21世紀新材料之王”的光環，石墨烯的應用領域和前景被業界寄予了較高期待，資本市場石墨烯題材概念股價格被連續幾輪爆炒，熱度不減。

然而，當前在我國，石墨烯的發展進程面臨冰火兩重天：一方面是石墨烯的研發全面鋪開，熱度不減；另一方面，石墨烯的應用遇阻，相關技術遲遲無進展。在技術、市場、成本等多種阻礙因素的交織之下，石墨烯下一步的發展面臨瓶頸，產業化之路依然缺乏清晰的方向。有專家表示，當前除了在行業標準等方面努力外，還取決于政策激勵機制的融通，能否打通產業鏈上下游，更進一步地整合資源。

石墨烯技術的市場尷尬

去年下半年，國內知名企業東旭光電發布了國內號稱“世界首款石墨烯產品”的充電寶，在業內引起高度關注。不過，隨即這款“石墨烯電池”充電寶引起了激烈的爭論，東旭光電也不得不改口稱該產品為首款“石墨烯基鋰離子電池”。

據悉，該款產品號稱可在滿足5C（單位時間通過導體橫截面的電荷量，1A等于1C/s）條件下，15分鐘內充滿4800mAh，實現快速充放電，而且可在-30～80℃環境下工作，循環壽命能達到3500次左右。

東旭光電方面表示，該款產品的落地開啟了石墨烯在能源領域的應用時代，并稱“該石墨烯技術是石墨烯在鋰電池應用史上的一次革命性突破，是石墨烯業界翹首以盼的真正的殺手級應用”。

然而隨后，清華大學能源互聯網創新研究院副研究員劉冠偉撰文反駁。他表示，在目前的技術水平下，石墨烯只有在理論上能夠提高充放電速率，而對于容（能）量的提升基本沒有任何幫助，其噱頭意義遠大于實用價值。

劉冠偉表示：“這對電池界沒什么影響，用的基本還是非常老的TOOLD的技術。”他進一步指出，在東旭光電這個石墨烯基鋰離子電池中，石墨烯仍然就是一個磷酸鐵鋰的添加劑。“18650電池-石墨烯/磷酸鐵鋰復合材料，其實還是我們最常見的幾個東西，組合了一下。”

隨即，多位電池領域的專家學者也公開質疑這款名為“烯王”充電寶的實際性能與官方標準存在差距。東旭光電方面改口，不再自稱“石墨烯電池”。

首款面對消費者的石墨烯產品在面世的同時，也凸顯了當前石墨烯應用面臨的尷尬。

業內人士坦言，國際上對于石墨烯的定義大都處于研發階段，產業下游可量產的成功應用極為少見，對于石墨烯走向產業化的課題，仍處于理論研討階段。

石墨烯是由碳原子構成的只有一層原子厚度的二維晶體，石墨烯一層層疊起來就是石墨。實際上，石墨烯本就存在于自然界，只是難以剝離出單層結構。

2004年，英國物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫成功從石墨中分離出石墨烯，證實其可以單獨存在。石墨烯被發現后，業界對于石墨烯的研發不斷升溫，2010年諾貝爾物理學獎的頒布更是將行業推向了高潮。

作為目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“新材料之王”，集優異的力學、電學、熱傳導、阻隔性等材料性能于一體，可替代傳統材料，并能促成眾多技術革命，具有不可估量的應用前景。甚至，科學家預言石墨烯將“徹底改變21世紀”，極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術新產業革命。

目前，石墨烯相關的技術研發已被列入美國、英國、中國、日本和韓國等國家的新材料領域重點支持項目。與其他國家相比，這些國家的石墨烯產業化開發處于相對前列。

頂著“21世紀新材料之王”的光環，石墨烯的應用領域和前景被業界寄予了較高期待，資本市場石墨烯題材概念股價格被連續幾輪爆炒，熱度不減。然而，石墨烯的產業化應用遲遲未能取得實質性進展，僅在在蓄電池等少數領域的應用也陷入炒作概念的質疑聲中。

近日，由全國納米技術標準化技術委員會主導的石墨烯國家標準制定工作正式啟動。該項工作主要是對國家去年已批準立項的《石墨烯材料的名詞術語與定義》等4項國家標準項目進行討論，對石墨烯核心術語、材料定義、制備方法等方面進行界定，進一步明確行業標準及規范。全國納標委納米材料分會秘書長戴石鋒表示，“我們制定石墨烯國家標準，目的是更好地引導和促進石墨烯產業健康有序發展，能夠真正推動石墨烯的產業化。”

研發與應用的脫離

中國石墨烯產業聯盟預計，目前全球石墨烯年產能達到百噸級，未來5～10年將達到千噸級。另據預測，2018 年全球石墨烯市場規模可能高達 1.95 億美元，之后將加速發展，于 2023 年超過 13 億美元，復合增長率高達 47%。2023 年石墨烯下游主要市場領域包括超級電容、顯示、結構材料等。

未來 5-10 年，導電添加劑、防腐涂料、觸摸屏等低端應用領域的產業化將趨于成熟，超級電容、傳感器、電子芯片等中高端領域也將逐漸進入產業化，石墨烯產業將進入快速成長期，市場空間將快速擴大。

面對石墨烯作為新材料的廣闊發展前景，我國政府將石墨烯產業的發展提到了戰略高度。在政策上做到了足夠重視，以期中國石墨烯的技術研發和產業化走在世界前列。

2012年1月，工信部發布《新材料產業“十二五”發展規劃》，將前沿新材料作為發展重點，積極開發納米粉體、石墨烯等新材料。2014年9月，科技部發布“863科技發展計劃”，將石墨烯研發作為其中一個重點支持的內容。2014年11月，國家發改委、財政部、工信部出臺了《關鍵材料升級換代工程實施方案》，明確到2016年，推動新興產業發展急需的石墨烯等20種左右重點新材料實現批量穩定生產和規模化應用。

2015年以來，我國對石墨烯的政策支持力度更是明顯加碼。2月，工信部下發了《關于印發2015年原材料工業轉型發展工作要點的通知》，要求制訂石墨烯等專項行動計劃，組建碳纖維、石墨烯、稀土等新材料產業聯合創新中心，重點突破共性技術、專用裝備、高端品種的制約。5月和10月，國務院分別發布了《中國制造2025》和《<中國制造2025>重點領域技術路線圖》，提出了石墨烯產業“2020年形成百億產業規模，2025年整體產業規模突破千億”的發展目標，對石墨烯中長期發展路線進行了部署，并納入《新材料產業“十三五”發展規劃》。11月，國家工信部、發改委、科技部下發《關于加快石墨烯產業創新發展的若干意見》，提出到2018年石墨烯材料制備、應用開發、終端應用等關鍵環節良性互動的產業體系基本建成，到2020年形成完善的石墨烯產業體系，實現石墨烯材料標準化、系列化和低成本化。

在政策的鼓勵下，我國興起了一股石墨烯研發的熱潮。2011年，國內石墨烯相關論文數量達278篇，2012年為494篇，2013年為718篇，2014年上升至914篇，2015年為1239篇。今年2月10日發布的《石墨烯產業專利分析報告（2017）》顯示：截至2016年9月，石墨烯技術全球專利申請量為50452件，公開量為46928件，同比增長了44.92%。中國是全球石墨烯技術專利申請量最大的國家，累計申請量達24942件，公開22418件，同比增長了59.46%，對全球石墨烯產業專利申請數量起到了主導作用。全球排名前20的申請人中有8位是中國申請人，無論在申請人數量還是申請總量方面都居于絕對領先地位。

然而，當前我國石墨烯的發展進程面臨冰火兩重天：一方面是石墨烯的研發全面鋪開，熱度不減；另一方面，石墨烯的應用遇阻，相關技術遲遲無進展。

應用技術成為了現階段制約石墨烯的應用領域的主要障礙。中國石墨烯產業聯盟秘書長李義春對外表示，去年整個石墨烯產業銷售大概有5～6億元，鋰電領域約占2億元左右，但基本還是以導電添加劑為主的低檔次應用，真正高端、革命性的應用還沒有實現。

國家知識產權局、Wind數據庫資料，2015年中國專利申請數量達7925個，居全球第一。但從專利布局來看，企業和學校總占比達80%以上，公司占比遠低于學校，這也說明了我國石墨烯企業掌握的技術資源很有限。

弗若斯特沙利文全球合伙人兼大中華區總裁王昕也表示，“中國的石墨烯雖然科研人員和成果數量大，但高精尖的原始科研成果還較少，大多采用跟蹤研究的方法，重大創新還比較少，研究成果還主要集中在基礎研究領域，高端應用技術還相對薄弱。”

行業盈利模式缺乏

從國家層面而言，把石墨烯產業定位為戰略性新興產業，把握石墨烯產業的發展先機，毫無疑問具有重要戰略意義。過去一個階段政策的支持有力促進了石墨烯的技術研發，但接下來在產業化推進的過程中，如何改變研發與應用脫節的現狀，還需要政府進一步做好引導。

盡管目前，我國已初步形成了以江蘇省（常州、無錫、南京等地）為中心，寧波、青島、重慶、德陽、河北、北京等地較為活躍分散的石墨烯產業發展格局。整個產業鏈中，下游企業逐漸居多，已經有超過50 家的制備及相關應用開發企業，市場競爭也在一定程度上集中于石墨烯規模化制備以及與下游商業化應用的對接兩方面。

不過，因為應用技術的水平較低，當前石墨烯的應用領域還相當有限，下游的產業鏈及市場難以形成。同時，下游應用的缺乏又反過來影響了技術的研發。這導致了上游制備企業的生存艱難，在整個石墨烯產業鏈研發制備企業與下游應用企業脫節明顯。

國內許多從事石墨烯制備的企業面臨著尷尬的現狀：空有產能，卻很難賣出產品，大部分石墨烯企業無法找到穩定的商業模式和盈利模式。

中國寶安旗下貝特瑞公司，早期進行關于石墨烯在儲能領域的研究，似乎仍在實驗室階段。對此，李義春表示，對新能源領域的石墨烯應用總體看好，但很多企業做不出針對行業痛點、符合客戶需求的產品，加之電池產業鏈中多環節配合不利，實現商業化恐怕還需3到5年時間。

尤為值得關注的是，在應用技術缺乏的情況下，有限產能的高品質石墨烯材料也很難發揮作用。“不少企業購進石墨烯材料等相關產品后，不針對產品特性進行加工工藝的改變。在這種情況下，石墨烯材料即使品質再高，也難以發揮其優越性，造成‘材料好、用不好的現象屢屢出現。” 中科院寧波材料技術與工程研究所研究員、寧波墨西科技有限公司首席科學家劉兆平表示。

還有業內專家直言，當前石墨烯技術的研發，恰恰需要市場應用來指明研發的方向。而當前研發與應用的斷裂，又反過來制約了石墨烯的技術研發。“只有得到下游應用需求的支撐，石墨烯產業才能真正散發出生命力和可持續性”，有石墨烯上游制備企業負責人表示。

目前石墨烯比較主流的制備方法有兩種：一種是氧化還原法；另一種是化學氣相沉積法（CVD法）【見圖表】。作為一種仍未真正走出實驗室的新材料，實際上，每一種都還難以突破臨界條件、將成本降低到可以碾壓替代材料的地步。因此目前石墨烯的下游應用發展仍較緩慢，產業發展的瓶頸在制備環節。

只有下游應用反饋到科研方面——下游應用商到底需要什么性能的產品，能夠接受的價格是怎樣，想要應用于哪些領域，科研機構才能更具針對性地進行研發。

供需雙側整合產業鏈上下游的資源

“當前石墨烯產業化應用存在的技術、市場以及成本三個方面主要問題已經較明顯，比如關鍵性技術尚未獲得實質性突破，下游應用領域研發落后，產業應用技術缺乏指導，前期研發投入資金量大且周期長等，但后續的政策路線該如何跟進才是關鍵。”一位業內專家表示。

工信部賽迪研究院原材料工業研究所所長肖勁松建議，“十三五”期間國家應設立石墨烯發展專項計劃和專項基金，將石墨烯定為戰略性礦產資源；打通應用環節，形成上下游一體化的產業鏈條；加快制定正確的技術路線和材料標準、應用標準等標準規范；做大做強采、選、冶一體的高科技龍頭企業集團，建立石墨烯產業基地；鼓勵和引導社會資本進入石墨烯產業領域。

肖勁松他表示，“企業+研發機構+孵化器+加速器”的發展模式尚在摸索起步階段，石墨烯產業化技術路線和產業化路線及產業發展的階段目標、重點任務、重大工程等仍需要進一步明確。

有業內專家坦言，目前世界很多國家已將石墨烯定為一種戰略性新興材料，都想在石墨烯發展潮流中躋身前列，但誰能在研發及產業化應用上率先取得突破，這取決于政策機制的融通，能否打通產業鏈的上下游，切實做到資源整合，以及能否靈活接納新事物、新理念。

縱觀歐美日韓等國，均有著完善的產學研合作機制，石墨烯產品的研發主體都是企業，高校及科研院所負責基礎開發，產品導入階段由企業負責，以產業應用指導研發，促進科研成果有效轉化。“當前石墨烯產業發展，重點在下游應用上發力。一方面要不斷加大研發投入，提高研發速度和研發深度，集中優勢資源進行技術突破；另一方面還需加強與高校及科研院所合作，加速應用產品的轉化，并不斷開拓應用市場，早日將實驗成果轉化為產品。

顯然，產業集群是官產學研合力整合資源鍛造產業鏈的優良土壤！中航工業正在著力打造的系列化石墨烯產業集群，或為石墨烯產業化樹立良好的模范。

不久前，中航工業、中航工業基礎院、中航工業航材院共同簽署中航石墨烯科技發展有限公司投資協議，該公司將集約中航工業優勢資源，加快推動石墨烯產業發展進程，是系列化石墨烯產業集群的重要組成，是中航工業構建石墨烯基礎研究、產品研發與孵化、融資和產業化的重要一環。與此同時，中航工業、中航工業航材院、西藏灃翌投資管理有限公司、深圳前海三六三投資管理有限公司、天津東麗經濟技術開發區總公司五家單位簽署中航工業首個石墨烯控股產業化項目——中航防護科技有限公司的投資協議，該公司將落地天津東麗國家級經濟技術開發區，致力于打造成為國內最大的專業化從事系列先進輕質防護材料與制品開發和生產的國有控股公司。此外，中航工業還與天津市東麗區簽署石墨烯研發及產業化落地合作協議，與紅鉆集團碳谷公司簽署合作協議，以促進石墨烯相關產業的發展。

中航工業副總經濟師、戰略規劃與資本部部長李平介紹說，中航工業會在集團內外引入戰略合作伙伴，實施成果轉化，著力打造系列化石墨烯產業集群，形成完整的石墨烯產業鏈，重點開展石墨烯應用基礎研究，新技術探索和新領域開拓。

由于目前國內石墨烯產業鏈下游應用的關鍵“痛點”還在于應用市場還未打通，一些潛在的下游應用企業并不知道石墨烯材料的運用可以極大改善產品性能，因此引導市場需求，推動下游應用將成為石墨烯產業可持續發展的重要任務。

對此，賽迪顧問提出：協調發改、經信、科技、財政、國土、建設、商務和電力等部門聯合成立石墨烯產業發展領導協調小組，瞄準新能源及新能源汽車、新一代顯示器件、醫藥等領域，構建石墨烯制品示范應用推廣鏈；不斷優化石墨烯終端產品的應用環境；對研發石墨烯終端產品的企業、創新產品，以及應用終端產品的應用企業從科研項目、政府采購、設備配置、財政補貼等方面予以傾斜支持，促進石墨烯材料生產企業與下游產業企業的良性互動，最終形成“料成材，材成器，器可用”的完整石墨烯產業鏈。