石墨及石墨烯行业初探

石墨及石墨烯行业初探

陈波2016年09月目录第一部分石墨概述第二部分石墨行业概况第三部分石墨市场前景第四部分石墨烯第一部分石墨概述一、石墨的性质1、化学构成：

石墨是元素碳的一种同素异形体，是碳元素的结晶矿物之一。它的晶体格架为六边形层状结构，属于导电体。2、形态特性石墨质软，黑灰色；有油腻感，可污染纸张。自然界中纯净的石墨是没有的，其中含有SiO2、AI2O3、FeO、CaO、P2O5、气体、等杂质。二、石墨的分类1、致密晶体状石墨：

即块状石墨，颗粒直径≧0.1毫米，晶体排列杂乱无章，呈致密块状。这种：石墨品位很高，一般含碳量为60~65%有时达80~98%但其可塑性和油腻性不如鳞片石墨好。2、鳞片石墨（晶质石墨）石墨晶体呈鳞片状，这是在高强度的压力下变质而成的，有大鳞片和细鳞片之分。此类石墨矿石的特点是品位不高，一般在2～3％，或10～25％之间。是自然界中可浮性最好的矿石之一，经过多磨多选可得高品位石墨精矿。这类石墨的可浮性、润滑性、可塑性均比其他类型石墨优越；因此它的工业价值最大。二、石墨的分类3、隐晶质石墨（土状石墨）：

又称非晶质石墨或土状石墨，这种石墨的晶体直径一般小于1微米，比表面积范围集中在1-5m2/g，是微晶石墨的集合体，只有在电子显微镜下才能见到晶形。此类石墨的特点是表面呈土状，缺乏光泽，润滑性也差。品位较高。一般的60～80％。少数高达90％以上。矿石可选性较差。三、石墨的特性

耐高温性

石墨的熔点3850+50℃，沸点4250℃，热膨胀系数小。2导电导热性石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。3润滑性取决于石墨鳞片的大小，鳞片越大，摩擦系数越小，润滑性能越好。4化学稳定性能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。5可塑性石墨的韧性好，可碾成很薄的薄片。抗热震性温度突变时，石墨的体积变化不大，不会产生裂纹。四、石墨的用途

石墨生产出来的各种材料应用于冶金、石油化工、机械工业、电子产业、核工业、国防等领域1耐火材料

由于具有耐高温、高强度，可制造石墨坩埚，炼钢中做钢锭保护剂，冶金炉的内衬。炼钢增碳剂在世界范围内炼钢增碳剂用石墨仍是土状石墨的主要用途之一。3导电材料电气工业用作制造电极、电刷、碳棒、石墨垫圈、电话零件、电视显像管涂层等。4耐磨润滑材料可以制成活塞杯、密封圈和轴承，运转补用加润滑油。5耐腐蚀材料（化学稳定性）制成热交换器、反应槽、凝缩器、燃烧塔、冷却器、加热器、过滤器泵、合成纤维等。锻造、翻砂、压膜及高温冶金材料（热膨胀系数小）玻璃器的铸模，使用石墨后黑色金属得到铸件尺寸精确表面光洁；压膜和烧结用的瓷舟等。四、石墨的用途

7原子能工业和国防工业

具有良好的中子减速剂用于原子反应堆中，固定燃料火箭喷嘴、导弹鼻锥等。8防垢防锈材料防止锅炉结垢，石墨涂在金属烟囱、屋顶、桥梁、管道上可以防腐防锈。9电极材料取代铜作为电极，优势在于：加工速度更快、重量更轻、放电损耗更小。10新兴高科技材料理想的密封材料、节能环保材料。11其他用途玻璃和造纸的磨光剂、制造铅笔、墨汁、油漆、人造金刚石等等。石墨矿初加工石墨行业的产业链石墨矿藏资源晶质石墨矿隐晶质石墨矿选矿磨碎化学提纯露天开采运输高纯石墨核反应堆屏蔽及反射材料固体燃料宇航设备零件石墨乳(胶体石墨)显像管石墨乳、锻造石墨乳、拉丝石墨乳、节能减磨添加剂等彩色显像管各部位的导电涂料金属锻造和热挤压模具的润滑剂金属冷铸涂型剂玻璃制瓶脱模剂金属拉丝润滑剂润滑油减磨剂可膨胀石墨钢锭浇铸发热剂等柔性石墨制品，如柔性石墨纸，石墨盘根高强复合板材生产密封填料和密封垫片炭素石墨制品如石墨电极、石墨模具、电弧碳棒、光谱分析电极棒、石墨阳极板、电炭刷、石墨管、石墨轴承等耐热耐火材料、绝热材料导电和电阻材料润滑和减磨材料、耐腐蚀材料核反应堆用减速材料和反射材料精练高纯材料用的加热器、坩埚、器皿及模具石墨坩埚用于各种金属的熔炼石墨深加工石墨终端产品细分市场冶金工业铸造业电气（彩电）工业机械工业化学工业核工业航天工业轻工业终端需求分析石墨已成为工业和高科技领域中新型复合材料的重要原料，直接受到世界经济的影响，和世界主要发达国家的GDP的增长相关12345人造石墨（合成材料）磨碎选矿磨矿地下开采运输石油化工石墨化处理石油焦烧结石墨电极,增碳剂(用作炼钢厂或铸造厂)石墨球，耐火材料，金属硅。轻烧镁等第二部分石墨行业概况一、石墨的储量

据USGS（美国地质勘探局）数据，2013年探明的全球天然石墨储量约1.3亿吨，储量前三位的国家为巴西、中国和印度，其中中国储量约为5500万吨，占全球储量的42％。2013年全球天然石墨产量为119万吨，其中中国生产81万吨，占全球产量的68％，位居全球首位。根据中国知识产权网数据，截至2014年7月，中国有关石墨烯专利申请数量处于世界首位。一中国资源

11山东青岛石墨股份公司为代表的莱西、平度石墨生产加工基地黑龙江鸡西柳毛石墨矿为代表的鸡西石墨生产加工基地内蒙古兴和石墨矿为代表的内蒙古石墨生产加工基地最具有开发潜力的黑龙江省萝北县云山石墨矿生产加工基地吉林盘石石墨矿和湖南鲁塘石墨矿为代表的土状石墨生产加工基地吉林盘石石墨矿和湖南鲁塘石墨矿为代表的土状石墨生产加工基地我国石墨矿产资源分布石墨的主要生产基地黑龙江省石墨资源质量高，开发利用条件好，具有明显的优势。二、石墨市场价格

目数越大，说明物料粒度越细；目数越小，说明物料粒度越大。筛分粒度就是颗粒可以通过筛网的筛孔尺寸，以1英寸（25.4mm）宽度的筛网内的筛孔数表示，因而称之为目数。例如100目的筛子表示每英寸筛网上有100个筛孔。三、2015年天然石墨市场

2015年中国天然石墨市场弱势运行，在下游钢铁市场的持续疲软的拖累下，天然市场量价齐跌。东北主产区不少企业产能利用率仅维持在一半左右，据统计，2015年国内天然石墨产量不足50万吨，产品价格全年处于相对低位。2015年国内天然石墨总产量不足50万吨，而目前仅东北地区的石墨设计产能已经超过60万吨，可见国内产能供需已经失调。2015年据东北鸡西地区某天然石墨生产企业表示，在公司开工期间，产能利用率仅位置在50%左右。2015年天然石墨整体行情一般，但在新能源汽车市场及石墨烯概念的推动下，热闹程度也是相对惹人眼球，尤其是在资本市场上的受热捧程度。四、石墨行业生命周期随着科学技术的发展，对石墨的性能的认识越来越深入，应用领域不断拓宽，特别是近三十年来随着现代空间技术、信息技术、能源技术、核工业技术发展需要，石墨已成为高科技领域中新型复合材料的重要原料天然石墨和黏土制成的耐火坩埚史前时期16世纪天然石墨和黏土制成的耐火坩埚十九世纪1960年浸硅石墨石墨纤维天然石墨和黏土制成的耐火坩埚干电池弧光用炭棒冶炼用电极出超高功率电极不透性石墨核工业用石墨高纯石墨天然石墨和黏土制成的耐火坩埚干电池弧光用炭棒冶炼用电极出超高功率电极不透性石墨核工业用石墨高纯石墨天然石墨和黏土制成的耐火坩埚干电池弧光用炭棒冶炼用电极幼稚期成长期成熟期衰退期石墨行业所在周期位置市场容量或价格处于成长期行业是最佳长期投资行业行业成长期的特点1产品需要不断更新换代；2市场需求逐步扩大；3市场风险很大；4对投资的需求很强烈；5投资于优势企业常常获得较理想的回报第三部分石墨市场前景1产品发展趋势石墨材料及其复合材料作为21世纪的新兴材料，毋庸置疑将会有很大发展，并在许多领域得到应用，将相应出现一些新兴高技术产业。国家规划的发展目标包括：研制核能用超低硫和高纯级柔性石墨加工技术及装备，研制钾离子电池的天然石墨阳极材料制备技术装备，研制浸硅石墨生产技术关键设备（专用真空感应炉）及辅助加工和装备。2价格变化趋势从未来三年来看，特种石墨生产企业的环保投入将加大，可研投入增加，产品生产成本将会上升，产品价格的上升概率较大。3用户需求趋势伴随着全球经济发展与环境恶化的矛盾进一步尖锐，全球变暖、环境污染等问题备受关注，石墨材料已经成为环保节能的明星材料，日益受到青睐。这一未来材料在风能、汽车、消费品和国防工业的发展空间不可限量。4

市场前景展望石墨具有高强度、高密度、高纯度、化学稳定性高、结构致密均匀、耐高温、耐辐照、导电率高、耐磨性好、自润滑、易加工等特点，广泛应用于冶金、化工、航天、电子、机械、核能等工业领域。尤其是大规格高质量的石墨，作为替代性材料，在高科技、高技术领域有着宽广的应用空间，具有广泛的应用前景。“十三五”规划中提出石墨深加工的方向的引导下，今后五年中国重点发展的石墨深加工产品是异型碳、氟化石墨、渗硅石墨、显像管石墨乳、锂离子电池、碳材料、燃料电池碳材料等。第四部分石墨产品未来发展的代表——石墨烯2010年10月5日，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈・海姆和康斯坦丁・诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。安德烈.海姆和康斯坦丁.诺沃肖洛夫石墨烯分子结构一、石墨烯概念

石墨烯（Graphene）是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，厚度只有0.335纳米,仅为头发的20万分之一，是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元，具有极好的结晶性、力学性能和电学质量。

1、定义最薄的材料：单层石墨烯只有一个碳原子的厚度，厚度大约为0.335nm，相当于一个头发的20万分之一，1毫米厚的石墨中有将近150万层左右的石墨烯。最硬的材料：石墨是矿物质中最软的材料，其莫氏硬度只有1-2级。但是，如果石墨被分离成一个碳原子厚度的石墨烯时，其性能则发生突变，硬度将比莫氏硬度10级的金刚石还高。超大比表面积：理想的单层石墨烯的比表面积能够达到2630m2/g，普通的活性炭的比表面积仅为1500m2/g。超大的比表面积使得石墨烯成为潜力巨大的储能材料。强导电性：石墨烯中的电子没有质量，电子的运动速度超过了在其他金属单体或是半导体中的运动速度，能够达到光速的1/300，所以石墨烯拥有超强导电性

2、石墨烯的特性2004首次发现石墨烯2005证实石墨烯中的准粒子为无质量的狄拉克费米子2009CVD法取得突破，掀起该法制备石墨烯的热潮。2010IBM发布截止频率为

230GHz的石墨烯FET2014.1中国首条石墨烯基超级电容器生产线投产2015石墨烯国家标准制定工作启动3、发展历程二、石墨烯应用

10μm1nm100nm10m1km100km10000km1mm10cm尺寸两极性晶体管接触面板用透明导电薄膜超级电容器电极材料钓鱼竿/球拍等器材大功率太赫激光元器件超高灵敏度传感器锂电池等负极材料汽车/飞机的构造体等柔性晶体管有机太阳能电池用材料显示器及太阳能电池窗口电极太空电梯单电子晶体管储氢材料输电线路不同的应用形式石墨烯薄膜（单层、多层）石墨烯微片（十层以下）单晶薄膜功能化非功能化（纯石墨烯）多晶薄膜制造集成电路，但制备问题较多，距离应用非常遥远。CVD法日趋成熟，有望在5~10年实现应用用于导电、散热等领域拥有含氧基团，应用于药物、监测、催化剂等特殊领域二、石墨烯应用

方向较为明确的几大应用领域石墨烯电子材料领域—重点领域透明电极（太阳能电池）电池负极材料替代硅的芯片材料柔性屏幕（可穿戴设备）……散热材料领域解决手机、计算机等设备的散热问题，进一步提升性能环保监测领域功能化石墨烯及石墨烯复合材料，在污染物吸附、过滤方面表现优异生物医学领域石墨烯在细胞成像、干细胞工程等生物纳米技术领域有着广泛的应用前景。

广泛应用超级电容器移动通讯航空航天交通运输……国防科技信息技术石墨烯在各领域案例在电容式触摸屏中替代ITO材料，或者在电阻式触摸屏中涂在金属表面。1、触摸屏石墨烯与现有手机触摸屏材料氧化铟锡相比，具有低成本、高性能、更柔韧、更环保的特色。以当前价格相比，预计要比现有触摸屏手机成本降低30%左右。工程人员正在演示利用石墨烯制作的手机触摸屏的性能：速度更快，更流畅。具有优异的柔韧性，使其成为柔性显示屏、柔性触摸屏的不二之选。具有优异的强度和柔韧性，比普通触摸屏更耐摔韩国成均馆大学和三星公司的研究人员已经制造出由多层石墨烯和聚酯片基底组成的透明可弯曲显示屏。薄得像纸一样的iPhone概念手机2、锂离子电池石墨烯直接作为锂离子电池负极石墨烯/SnO2复合材料作为锂离子电池负极石墨烯/Si复合材料作为锂离子电池负极石墨烯与Fe2O3、TiO2、Co3O4等复合作为锂离子电池负极石墨烯与磷酸铁锂复合石墨烯与磷酸钒锂复合作为动力锂电池的导电添加剂①石墨烯在锂离子负极中的应用②石墨烯在锂离子正极中的应用③石墨烯在其他方面的应用3超级电容器电容器的研究是从30年代开始的,随着电子工业的发展,先后经历了电解电容器、瓷介电容器、有机薄膜电容器、铝电解电容器、钮电解电容器和双电层电容器的发展.其中双电层电容器,又叫电化学电容器,是一种相对新型的电容器,它的出现使得电容器的上限容量骤然跃升了3~4个数量级,达到了法拉第级(F)的大容量,同时具备高比功率、长循环寿命、充电时间短、绿色环保等优势,正缘于此,它享有“超级电容器”之称.超级电容器

石墨烯超级电容器为基于石墨烯材料的超级电容器的统称。由于石墨烯独特的二维结构和出色的固有的物理特性，诸如异常高的导电性和大表面积，石墨烯基材料在超级电容器中的应用具有极大的潜力。石墨烯超级电容器可以储存更多能量且比普通电池更高效。寿命更长、更轻、更灵活、更易维护，设想一下你的电脑或者手机几个月不充电，而且不发热。4、水泥和混凝土目前在传统混凝土组分中加入高效减水剂、活性矿物粉料以及掺入高性能化学纤维、钢纤维等，其核心是在提高混凝土抗压强度的同时提高混凝土的耐折、抗冲击强度,提高混凝土的耐久性,延长使用寿命。石墨烯与水泥基体的质量比为（0.0001～0.5）：1制成的石墨烯/水泥符合材料可以改善水泥的强度、耐折度、耐久性、使用寿命、抗腐蚀性、凝结时间等性能，石墨烯/水泥符合材料具有特殊的力学性能和电学性能，使水泥的应用领域更进一步扩大，并可适用于多功能建筑材料领域。5、电缆超强导电能力（电阻比银更低）电子的运动速度能达到光速的1/300优异的热导率（达到5300W／mK）超高弹性模量（约1000GPa）超高强度（约100GPa）超高比表面积（达到2675m2/g）低密度（2.25g／cm2）很强的抗气体渗透能力可分散在许多聚合物和常规溶剂中6、涂料石墨烯涂料网状结构具备热胀冷缩性能，这样使得涂料更加牢固，同时对侵蚀结构砂浆的大气因素起到屏蔽作用，从而使得涂料耐候性大大提高；优良的热导体，节能降耗。涂料添加石墨烯之后能形成一张包裹微珠的结构纳米网，能够散射85%的紫外线和99%的红外线，对涂料和墙体都有保护功能；7、太阳能光伏在光伏玻璃中的应用石墨烯直接添加到玻璃内部，增加玻璃强度，降低玻璃厚度；石墨烯膜镀到玻璃表面增加玻璃透光性。添加到EVA胶膜中

增加透光、防止氧化8、其它应用pH传感器气体分子传感器储氧材料药物控制释放离子筛作为电极材料三、石墨烯应用前景

1、代替硅生产超级计算机科学家发现，石墨烯还是目前已知导电性能最出色的材料。石墨烯的这种特性尤其适合于高频电路。高频电路是现代电子工业的领头羊，一些电子设备，例如手机，由于工程师们正在设法将越来越多的信息填充在信号中，它们被要求使用越来越高的频率，然而手机的工作频率越高，热量也越高，于是，高频的提升便受到很大的限制。由于石墨烯的出现，高频提升的发展前景似乎变得无限广阔了。这使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。研究人员甚至将石墨烯看作是硅的替代品，能用来生产未来的超级计算机。2、光子传感器

石墨烯还可以以光子传感器的面貌出现在更大的市场上，这种传感器是用于检测光纤中携带的信息的，现在，这个角色还在由硅担当，但硅的时代似乎就要结束。IBM的一个研究小组首次披露了他们研制的石墨烯光电探测器，接下来人们要期待的就是基于石墨烯的太阳能电池和液晶显示屏了。因为石墨烯是透明的，用它制造的电板比其他材料具有更优良的透光性。3、减少噪音美国IBM宣布，通过重叠2层相当于石墨单原子层的“石墨烯(Graphene)”，试制成功了新型晶体管，同时发现可大幅降低纳米元件特有的1/f石墨烯，试制成功了相同的晶体管，不过与预计的相反，发现能够大幅控制噪音。通过在二层石墨烯之间生成的强电子结合，从而控制噪音、噪声四、石墨烯制备

制备石墨烯常见的方法：

机械剥离法氧化还原法

SiC外延生长法化学气相沉积法（CVD）五、石墨烯今年相关产业会议

1.中国石墨产业发展联盟成立2016年6月15日，中国石墨产业发展联盟大会在哈举行中国石墨产业发展联盟大会暨黑龙江省石墨产业推介合作大会在哈尔滨举行。2.2016年5月，全国“石墨产业的未来”研讨会在兴山县举行；3.中国国际石墨烯资源产业联盟中阿高峰论坛2016年8月1日至5日，中阿石墨烯产业高峰论坛暨中国国际石墨烯资源产业联盟赴阿联酋项目推介会在阿布扎比皇宫酒店和迪拜亚特兰蒂斯酒店成功举办，论坛的召开预示着中国石墨烯产业国际化再次推进一步。4.阿拉善石墨产业发展研讨会2016年，7月，2016内蒙古•阿拉善石墨产业发展研讨会顺利召开。5.2016中国石墨烯大会2016中国石墨烯大会，指的是2016中国国际石墨烯创新大会。是由中国石墨烯产业技术创新战略联盟（CGIA2013）主办的，于每年的9-10月份举行。由于其在国际上的影响力，被誉为全球石墨烯秋季大会。今年将于2016年9月22日至24日在青岛举行。6.2017中国（上海）石墨烯研讨会六、石墨烯上市公司

1、000413东旭光电，总股本50亿股，流通股：24.09亿股（1）与中国石墨烯联盟签署合作协议（2）签署石墨烯产业合作协议（3）投资石墨烯设备公司（4）东旭光电“烯王”8.8官网全球预售东旭光电官网消息显示，2016年，8月8日～9月8日，公司石墨烯基锂离子电池移动电源正式对外接受预定，限量1000台，预售价为299元。技术性能方面，该款充电宝的容量为4800毫安、15分钟充满、可实现3500次循环使用、在