钜大LARGE | 点击量:1954次 | 2018年10月05日
石墨烯行业发展现状分析介绍
我国在石墨烯领域的研究起步与发达国家相比较晚,但在近些年的努力下,文献发表量和专利数量都已经位居全球首位,在石墨烯研究领域正和发达国家一样处于起跑阶段。2015年5月,国家金融信息中心指数研究院发布了全球首个石墨烯指数指数评价结果显示,我国全球石墨烯产业综合发展实力位列全球第3位(前2位分别为美国和日本)。以下是我国石墨烯行业发展现状分析:
《中国制造2025》石墨烯产业技术规划目标情况
石墨烯行业发展现状1、制备:石墨烯粉体及多晶薄膜已初具规模,单晶薄膜有待突破
自2004年石墨烯被首次制备以来,研究人员发展了多种方法制备石墨烯,各类制备方法可归纳为2个主流路线,即自上而下(Top-Down)和自下而上(Down-Top)的方法。前者通常以石墨为原料,采用物理或化学的方法将石墨解离成单层或多层的石墨烯,制成的石墨烯单晶一般尺寸较小,以微片形式存在。包括机械剥离法、液相剥离法、氧化还原法等。后者通常以含碳气体或固体化合物为原料,通过化学方法利用碳原子构建石墨烯。除此之外,还有一些比较另类的生产方法如碳纳米管展开法、分子自组装法等。目前,高质量大面积石墨烯单晶的制备还处于探索阶段,不同制备方法得到的石墨烯,其物理化学特性不一样,对应着不同的应用领域。
低端领域生产已经初具规模。目前,国内部分厂家如第六元素、宁波墨西、重庆墨希、二维碳素等厂家已经实现了氧化还原法或液相剥离法石墨烯粉体以及CVD法石墨烯薄膜的规模化生产。根据不完全统计,目前我国石墨烯粉体产能共计3450吨/年,石墨烯薄膜产能105万平米/年,但目前生产的石墨烯质量较差,仅能满足涂料、锂电池添加剂、复合材料添加剂、触摸屏等低端领域的需求。
高端领域生产短期内较难突破。高速电子器件、光电探测器等高端领域需要大面积高质量的石墨烯单晶,与普通多晶态石墨烯薄膜相比,单晶石墨烯薄膜制备异常困难,目前只能做到毫米级大小,与可实用化的晶圆级大小仍有相当距离,短期内较难突破,化学气相沉积法是最具开发潜力的制备技术。
充电温度:0~45℃
-放电温度:-40~+55℃
-40℃最大放电倍率:1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
石墨烯行业发展现状2、应用:低端需求逐步打开,高端领域受制于高质量石墨烯的制备
石墨烯下游应用领域及潜在市场规模
随着批量化生产以及大尺寸薄膜制备等难题的逐步突破,石墨烯的产业化应用步伐正在加快,目前锂离子正极材料导电添加剂、导热材料、塑料添加剂、导电油墨等低端应用领域即将进入或已经实现产业化。我国石墨烯产业正逐渐由产业化初期步入快速成长期。
低端需求初步打开。受制于石墨烯的规模化制备,目前仅导电墨水、锂电池添加剂、涂料及复合材料添加剂、触摸屏等低端应用领域的需求初步打开。
(1)锂电池方面应用
石墨烯作为导电添加剂还可以解决钴酸锂等正极材料高压实比与电池性能之间的矛盾问题,采用石墨烯导电剂的钴酸锂电池容量高出3%,且具有明显更好的2C倍率放电性能。石墨烯还可涂覆在铝箔集流体上,形成石墨烯功能涂层铝箔有助于进一步提升锂电池的综合性能。随着宁波墨西科技有限公司石墨烯涂层铝箔试生产线的建成,此项新技术有望在锂离子电池中得到广泛应用。值得一提的是,作为添加剂,石墨烯仅仅增强了正极材料的导电性,并没有改变电极材料的比容量,因而不会大幅增加锂电池的能量密度。要想大幅增加锂电池能量密度,需选取具有更高比容量的电极材料。目前,多篇已发表论文称利用石墨烯-硫或石墨烯-硅作为锂电池的正负极可大大增加锂电池的能量密度,但此类电池目前还处于实验室阶段,距离产业化应用还需较长时间。
(2)石墨烯导热材料
石墨烯具有极高的热导率和热辐射系数,同时比表面积巨大,因此作为辅助散热的表面涂层具有巨大的应用前景。利用石墨烯可制成具有高导热系数的石墨烯散热片/膜,应用于手机、电脑等电子产品以及高功率LED芯片中,以增强器件性能,延长其工作寿命。此外,作为添加剂还可利用石墨烯制成石墨烯改性的复合材料,如热导纤维和导热塑料等。该技术领域市场巨大,在我国的电子和工程领域有迫切的市场需求,技术难度小、工艺相对成熟,有快速进入市场的机会。
(3)石墨烯导电塑料和油墨
石墨烯可作为新型导电油墨和塑料的主填充料,也可与纳米银粉等混合配制成新型导电浆料或油墨,通过改变石墨烯的填充比例,可调节导电油墨的电阻率和附着性能。美国Vorbek材料公司的石墨烯导电油墨已经在物联网隐形条形码技术中开始应用。我国物联网市场巨大,前景诱人,以添加石墨烯为主的导电塑料可以在防静电应用领域得到大力推广,工艺简便、成本低廉、效果明显。
(4)石墨烯防腐涂料
石墨烯独特的二维结构使得它既可以在涂层中构建导电导热通道,又可以互相拼接形成严密的迷宫式物理屏障,隔绝腐蚀因子。因此,石墨烯涂料具有导电、导热、防腐、电磁屏蔽等多种功能。另外,石墨烯微片可以增强涂层的附着力,使涂层具有优良的耐磨和耐刮擦性能。因此,石墨烯涂料在飞机、船舶、车辆、桥梁、建筑物、集装箱、油罐、等领域具有应用前景。
(5)石墨烯电容屏
石墨烯薄膜最先实现商业化应用的领域是触摸屏领域,用于替代传统的ITO(氧化铟锡)薄膜。2012年1月8日,江南石墨烯研究院、常州二维碳素科技公司联合相关企业通过研究实现了石墨烯薄膜材料和现有ITO模组工艺线的对接,全球首次成功制成石墨烯电容屏手机样机。2015年3月2日,重庆墨希科技有限公司与嘉乐派科技有限公司联合发布了全球首批3万部石墨烯手机,该款手机采用了最新研制的石墨烯触摸屏、电池和导热膜,开启了石墨烯产业化应用的新时代。
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