石墨烯生产建设项目可行性研究报告

1、石墨烯生产建设项目第 1章 项目总论 1.1 石墨烯项目背景 1.1.1 石墨烯项目名称石墨烯项目生产建设及研发利用 1.1.2 承担本项目研究的单位和团体介绍本项目由xxxxxxxxxx 纳米材料有限公司“碳材料科学研究所”开发研究，研究所由3 名教授、1 名中科院士、1 名博士后、3 名研究生、高级工程师、工程师、高级管理人员等50 余人组成，已获国家专利17 项。 1.1.3 研究工作依据（ 1）国家在“十二五”规划中明确将新材料列为重要的战略新兴产业；（ 2）国家自然科学基金委员会已经陆续拨款超过3 亿元资助石墨烯相关项目；（ 1） 家引导石墨烯产业成立了中国石墨烯产业技术创新战略联盟

2、。（ 4） 2012年，工业和信息化部发布的新材料产业“十二五”发展规划将石墨烯作为前沿新材料之一；（ 5） 2015 年 11 月 30 日工信部、发改委和科技部联合发布发关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见；（ 6）公司提供的有关材料和数据。 1.1.4 本项目研究工作概况石墨烯是一种宝贵的不可再生资源，是我国的优势矿物资源之一。我国的天然石墨资源储量、产量、国际贸易量均居世界首位，在国际石墨市场上有着举足轻重的地位。我国虽是石墨生产大国，但不是强国。产品的专业化、质量水平、技术含量较低，大部分是初级的原料生产基地。目前，国内石墨产业处于低迷状态，开采无序、资源浪费、恶性竞争、市场混乱、污

3、染环境，整个行业都处于层次低、效益差、资金匮乏，与我国整体经济发展极不相称。随着科技的发展和人们物质生活的提高，非金属矿的初级加工产品已不能满足现代工业的需要。由于非金属矿深加工产品的附加值比较高，延伸非金属矿产业链，已成为当今世界非金属矿工业发展的主要方向。目前，我国石墨产品深加工正朝着提纯、超细、改性和复合方向发展，加工产品的应用领域还在不断拓宽，并呈现出方兴未艾的好势头。但从总体上看，与发达国家相比、与国内的实际需要相比还有很大差距。基于以上分析，项目拟对石墨进行深加工，利用独特的气象成积、物理剥离等多种方法从石墨中制备出高品质的石墨烯产品，成为设备先进、市场适应性强的石墨烯行业生产企业

4、。第2章石墨烯项目背景和发展概况 2.1 石墨烯项目提出的背景 2.1.1 国家或行业发展规划2010 年的诺贝尔物理学奖将石墨烯带入了人们的视线，石墨烯的发现开创了 21 世纪的新材料纪元，将给世界带来实质性的变化。石墨烯是一种二维晶体，由碳原子按照六边形进行排布，相互连接，形成一个碳分子，其结构非常稳定。单层石墨烯只有一个碳原子的厚度，即0.335 纳米，相当于一根头发的20万分之一的厚度。它是人类已知强度最高、韧性最好、重量最轻、透光率最高、导电性最佳的材料。石墨烯是一种技术含量非常高、应用潜力非常广泛的碳材料，在半导体产业、光伏产业、锂离子电池、航天、军工、新一代显示器等传统领域和新兴

5、领域都将带来革命性的技术进步。继【新材料产业“十二五”发展规划】后，新材料产业是国家重要的战略性新兴产业，也是其他战略性新兴产业发展的基础。即将出台的【新材料“十三五”发展规划】规划石墨烯作为五大抢跑工程之一将被打造成新材料产业发展的先导性产业。新能源、节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源汽车等战略性新兴产业发展，离不开新材料的支撑。本次项目即是在做了一定市场预测分析及调查的基础上，结合我国新材料产业“十二五”、 “十三五”发展政策而提出。2.2 石墨烯项目发展概况本公司是一家专业从事高品质石墨烯系列产品及其应用开发的高科技公司。公司研发团队经过近五年的生产试验和研发，成功地生

6、产出第一代石墨烯纳米片产品，并形成了自主发明的一套独特的生产工艺流程和技术装备。围绕石墨烯纳米系列材料、特种石墨材料等应用领域，形成了石墨烯及其系列产品的研发、生产等完整的产业体系，致力于打造拥有自主知识产权的石墨烯生产及其系列产品的全球知名企业，公司有望发展成为中国石墨烯产业化的领军企业。 2.2.1 已进行的调查研究项目及其成果本公司所有产品均自主研发生产，具有自主知识产权；所有设备均自主研发制造，具有自主知识产权。本项目生产的石墨烯具有成本低、低能耗、质量好、产量高、无污染、零排放特点。目前已研发成功高纯粉状石墨烯5 个系列（化验单），已具备工业化生产。并且研发成功800cm 600cm

7、高纯石墨烯片，尺寸世界第一，超大片状 （ 2-3 层） ，并与 2015 年 12 月 18 日顺利下线。 2.3 投资的必要性项目采用物理法剥离生产石墨烯，所采用的新工艺，对环境零污染。本项目建成后，将为当地10000人提供就业机会，吸收下岗职工与闲置人员再就业，可促进当地经济和发展。项目正式运营后，年生产粉状50-100 吨，片状1 万片，可实现年均销售收入 500 亿人民币，利税80-100 亿人民币（片状除外），带动下游关联产业销售收入超千亿人民币，可有效促进当地经济发展进程。第 3章市场分析与预测3.1 市场调查3.1.1 拟建项目产出物用途调查石墨烯的高强度、高导电性及传热性、超大

8、的比表面积等特性能够在航天军工、锂离子电池、超级电容器等多领域有潜在应用。本项目生产的石墨烯目前国内的售价在800 元 / 克 -1000 元 /克。 石墨烯凭借其特殊的物理结构和特质，在多个领域都将带来革命性的变革，一旦量产必将成为下一个万亿级的产业。3.1.2 半导体产业应用市场分析与预测石墨烯拥有比硅更高的载流子迁移率（即载流子在电场作用下运动速度快慢的量度），是一种性能非常优异的半导体材料，电子在石墨烯中的运行速度能够达到光速的1/300， 未来很可能成为硅的替代者，成为半导体产业新的基础材料。全球半导体晶硅的市场发展稳定，据半导体协会统计，2012 年全球电子多晶硅的需求量在2500

9、吨左右，石墨烯集成电路技术的成熟将会带来一次新的革命。3-1 2001-2012年全球电子类多晶硅需求量3.1.3 锂离子电池材料应用市场分析与预测实验表明，将石墨烯应用于锂离子电池的负极材料中，其比容量可以达到540mAh/g以上，如果在其中参入碳纳米管后，负极的比容量可以达到730mAh/g，而目前普通的人造石墨负极的比容量只有370mAh/g，可见石墨烯作为负极材料能够大幅提高锂离子电池性能。随着世界各国对新能源汽车的大力推广，未来对于锂离子电池的需求量也将保持持续增长的态势；根据 IEK的预测， 2008-2013 年全球的负极材料的需求量将保持年均20%的增长率，2013 年全球的负

10、极材料需求量将达到3.7 万吨以上。图 3-2 2008-2013年全球负极材料需求量石墨烯能够大幅提升锂离子电池性能，未来将在负极材料领域有广阔的市场前景。锂离子电池有提升自身性能的内在需求，这也使石墨烯在负极材料中的应用形成了促进。3.1.4 超级电容器应用市场分析与预测由于超级电容器是通过导体表面来存储电荷，所以适合电子聚集的有效表面积越大其容量就越大；而石墨烯具有超大的比表面积，单层石墨烯的比表面积能都达到2630m2/g，是极为理想的超级电容器储能材料。实验表明，使用石墨烯作为电极的超级电容器能够产生相同体积电容器6 倍以上的容量，大大提高了超级电容器的性能。目前全球超级电容器的应用

11、领域主要集中在数码相机、电动车系统、变配 电站、智能水表、太阳能发电和风能发电等领域；作为技术发展的方向，未来 超级电容器的市场规模将保持快速增长，特别是在一些需要高功率、高效率的 领域，超级电容器已经开始替代传统电池。图 3-3 2005-2010年全球超级电容器市场规模2010 年全球超级电容的市场规模达到50 亿元，并保持着20%的增长速率。 1.1 5 显示器应用市场分析与预测目前的显示器和触摸屏等器件中的导体材料，主要是使用的氧化铟锡ITO材料。但由于ITO 材料韧性相对较差，在折叠或是拉伸时可能会影响显像的效果。石墨烯由于其特殊的分子结构而有非常高的导电性，而且石墨烯几乎完全透明；

12、这两种性质使得石墨烯本身就是一种性能非常好的透明半导体材料，适合用于制作显示器件。石墨烯的另一个特性是具有高韧性，能够拉伸20%而不断裂。使用石墨烯作 为导体材料，能够制成可以折叠、伸缩的显示器件。目前触摸屏和液晶显示器主流的透明导体材料是ITO 材料，但相比ITO 材料，石墨烯拥有更高的强度和更好的韧性，作为透明导体材料，能够制成可以弯曲折叠的显示器件。 1.2 6 石墨烯在生物医药学领域的应用近年来，石墨烯衍生物在生物医学，包括生物元件、微生物检测、疾病诊断和药物输运系统等的应用前景，使其成为纳米生物医学领域研究的热点。基于氧化石墨烯的纳米载药体系石墨烯具有单原子层厚度，其两个基面都可以吸

13、附药物，所以具有其他纳米材料无可比拟的超高载药率。研究发现，将抗癌药物SN38吸附在氧化石墨烯（ NGO）表面，可形成石墨烯-药物复合物（NGO-SN3） 8，这种复合物具有良好的水溶性，表明其作为药物载体可以用于难溶性药物的增容，且复合物中SN38仍高度保持活性。体外实验发现，NGO SN38可以有效地杀伤结肠肿瘤细胞HCT一116，其杀伤效果是CPT-11（依立替康，FDA通过用于治疗结肠癌的SN38药物前体 ） 的近 1000 倍。另外，基于石墨烯的药物载体还具有靶向输送和药物的可控释放等特性，因此，有望在临床上实现实际应用。石墨烯用于生物检测最近，研究人员报道了功能化的石墨烯在生物检测

14、方面的一些进展，例如以石墨烯为基底的生物装置或生物传感器可以用于细菌分析、DNA和蛋白质检测。值得一提的是，与碳纳米管相比，石墨烯制备成本很低，且易于大规模生产，有望在生物检测方面实现实际应用。石墨烯在肿瘤治疗方面的应用科学家们研究了使用PEG 包被荧光标签的纳米石墨烯片(nanographenesheets ， NGS在体内的作用。在活体内异种皮肤肿瘤移植荧光成像中)NGS表现出了高肿瘤细胞摄取率。PEG功能化的NGS展现了在生物溶剂中的高溶解性和稳定性，同时被应用到体外药物承载和成像。在这些基础上，他们第一次研究了PEG化 NGS在小鼠体内荧光成像，同时在几种不同的异种皮肤移植肿瘤模型中观

15、察到令人惊喜的肿瘤堆积变化，比如增强癌性肿瘤的通透性和记忆性效应(EPR)。相比于碳纳米管，PEG化的NGS展现了一些有趣的体内表征现象，包括高效率肿瘤被动靶向识别以及在材料网状内皮组织中相对较低残留。之后利用体内光热疗法中NGS在 NIR光区的高光吸收，在静脉注射NGS并在肿瘤移植部位用低强度 NIR激光照射后得到了极为高效的肿瘤消除。此外，在毒性研究中，PEG化 NGS注射小鼠后组织学、血液化学和全血分析结果表明没有产生明显的副作用。尽管对这种新型碳纳米材料在体内表现还需要更多的认知以及长期的毒性研究，但是使用碳纳米材料有效地用于通过静脉处理的体内光热疗法，提供了石墨烯在诸如肿瘤治疗的生物

16、医学领域应用的更大潜力。 1.3 7 市场小结通过以上分析，可以得知当前国内外石墨烯产业背景较好，我国发展石墨烯生产产业政策及市场需求前景可观，市场潜力较大。投资该产业面对较强的 市场可行性、经济收益可行性，因此该项目的实施不仅可以促进我国新兴石墨烯生产产业的快速发展，还可有效满足当前市场需求，促进我国相关产业链快 速发展，具有良好的社会效益和经济效益，同时对于促进经济社会可持续发展有着长远的意义。第 5章风险分析及规避 4.1 主要产品本次项目主要是采用物理剥离法石墨烯及其相关衍生产品，并在此基础上，探索单片石墨烯及其相关衍生产品在石墨烯导电材料及导电复合材料、储能材料、润滑材料导电油墨等领

17、域中的应用。 4.2 产品简介及生产规模确定项目生产的石墨烯产品将具有尺寸大、层数少、缺陷低、导电性强等优点。企业中高纯石墨烯片已顺利下线，将进一步优化石墨烯生产方法，逐步摸索出最佳的、效率最高的单片石墨烯生产配方。进一步优化中试装置生产工艺参数，争取年生产能力达到50 吨以上。 4.3 厂房建设及原料供应本项目投产，计划土地1000 亩。厂房规格100 米 54 米 12 米，其中先上 5 条三联厂房生产线，一个车间配三个成品库房，一个原材料库房，5 条生产线总共需要15 个成品库房，5 个原料库房，生产线设备装机容量为2 万千伏安，用水 15 吨。计划总投资15 亿人民币。加上石墨烯下游产

18、业链至少需要一万亩地以上，目标是打造“中国烯谷”之都。项目实施的主要原材料为高纯度的石墨微粉，我公司有自主石墨烯矿且货源量充足，完全能够满足项目产业化需求。 5.1 项目风险分析本项目实施运营后，主要包括以下潜在风险：管理风险、技术风险、市场风险。 5.1.1 管理风险项目的实施有一定的周期，涉及的环节也较多，在这期间如果出现一些人力不可抗拒的意外事件或某个环节出现问题以及宏观经济形势发生较大的变化，公司组织结构、管理方法可能不适应不断变化的内外环境，将会大大影响项目的进展或收益。本项目实施后，公司内部管理中存在诸如成本控制、人员变动、资金运营等方面的不确定性，将为公司的运营带来风险。如何减少管理风险是本项目运行过程中必须予以关注的。 5.1.2 技术风险技术风险是指技术开发及应用方面的各种不确定因素，如技术难度、成果成熟度、与商品化的差距，以及产品的生产设备和专业技术人才的能力，很难保证将来不被超越。 5.1.3 市场风险市场风险是指由于某种全局性的因素引起的投资收益的可能变动，这些因 素来自公司外部，是公司无法控制和回避的。