【干貨】我國石墨烯產業發展的新趨勢、新進展、新挑戰
來源：高新院 achie.org 日期：2022-04-26 點擊：次
我國石墨烯產業已經發展了十余年，期間在政府部門、生產企業、科研院所、相關高校等通力合作下，產業規模、企業數量均呈現跨越式增長，并在部分領域初步實現產業化應用，產業化進程居全球前列。作為一種前沿新材料，在短時間內取得如此好的成效實屬不易。在經歷了前期的萌芽期和發展期后，目前國內石墨烯產業發展進入新階段，尚處于產業化突破前期、不具備大規模工業化生產能力逐漸成為共識，產業發展也面臨一些新挑戰。
01我國石墨烯產業發展的新趨勢
從技術驅動到應用驅動，產業發展迎來新階段。石墨烯作為技術密集型的前沿新材料，前期產業培育以技術驅動為主，以“從上至下”的產業鏈發展模式為主，需石墨烯企業自行尋找和開拓市場，不利于產業的快速健康發展。近年來，隨著石墨烯制備技術成熟化和產業應用多元化，石墨烯與各領域的融合持續深化，逐步由技術驅動轉變為應用驅動。突如其來的新冠疫情，更是激發了石墨烯在醫療健康領域的新應用，開辟了新市場。此外，終端應用企業的參與度也越來越高，如華為、小米紛紛在新機應用石墨烯散熱膜。
從統籌發展到特色聚焦，區域格局逐步集聚化。隨著石墨烯產業發展逐步趨于理性，尤其各地石墨烯制造業創新中心建設穩步推進，更注重特色化發展，有望形成定位清晰、各具特色、協同協調的區域發展格局。如江蘇省重點打造以新一代信息技術、航空航天裝備、海洋工程和高技術船舶、節能環保、新能源等關鍵領域需求為導向的石墨烯產業鏈；浙江省重點發展面向電動汽車、海洋工程、功能復合材料、柔性電子、電子信息等領域應用需求的石墨烯產業鏈；北京市依托科研優勢，重點攻克石墨烯批量化制備及應用的通用技術；廣東省則著重發展石墨烯新型顯示等產業集群。
從簡單相加到深度相融，相關產業發展協同化。石墨烯屬于技術、人才和資金高度密集型的前沿新材料產業，只有跟下游應用深度融合，完全打開應用市場才能快速發展。石墨烯不僅與紡織鞋服、功能涂料、改性橡膠等傳統產業發展關系密切，同時與電子信息、航空航天、新能源、生物醫藥等戰略性新興產業的發展也緊密相關，形成“共生共融、協同發展”的產業生態。“十四五”期間，我國石墨烯產業將進一步發揮改造提升傳統產業、培育新興產業的功能，與相關產業深度融合發展，加速推動我國石墨烯產業化進程，催生一批高速增長的石墨烯企業。
02我國石墨烯產業發展的新進展
頂層設計持續完善，多層次多維度支持石墨烯產業化。在國家和地方的一系列政策支持下，我國石墨烯產業化進展迅速。國家層面，相繼實施《關于加快石墨烯產業創新發展的若干意見》、《“十三五”材料領域科技創新專項規劃》和《新材料產業發展指南》等規劃，通過創建示范園區和制造業創新中心、搭建公共服務平臺、開展首批次應用示范和保險補償等措施，推動石墨烯邁進產業化初期。地方層面，“十三五”期間，有27個省（自治區、直轄市）出臺石墨烯專項政策或將其列為規劃發展重點，特別地，北京、山東、江蘇、福建等地還成立省級石墨烯產業聯盟或領導小組，大力扶持當地石墨烯產業發展。2021年，各地陸續發布“十四五”規劃綱要，仍有17個省（自治區、直轄市）將石墨烯列為“十四五”時期重點發展的前沿新材料，產業發展前景依舊向好。
企業數量快速增長，涌現出一批優勢石墨烯企業。我國石墨烯企業數量呈快速增長態勢，近年來，“炒作”熱度下降，石墨烯市場趨于冷靜，但注冊企業數量仍在不斷增加，產業規模持續擴大。從全國看，2021年石墨烯相關企業注冊量為13279家，同比增長79.25%。截至2022年4月，在我國工商部門注冊的經營范圍內有石墨烯相關業務的企業數量已達35000多家。從地區看，企業數量排名前五的分別是廣東、山東、江蘇、浙江和福建等五省，均屬東部沿海地區，企業總數占全國總量的50%以上，已形成具有一定規模的石墨烯產業集群，其余地區的石墨烯企業分布相對較為分散。從企業規模看，石墨烯企業以中小微初創企業為主，但也涌現出一批包括貝特瑞、方大炭素、銀基烯碳、碳元科技、沃特新材料、常州二維碳素等的石墨烯上市企業，引領石墨烯產業快速發展。
上下游合作不斷加強，部分領域產業化應用快速推廣。隨著創新能力持續提高、上下游企業合作不斷加強。據知網數據，2021年我國石墨烯相關專利申請數量達11123件，有力推動科研成果向市場應用高效轉化。工業領域，石墨烯產業化應用主要集中在增強復合材料、儲能、熱管理、電子等方面，如廈門捌斗新材的石墨烯改性防腐涂料順利通過五緣灣大橋防腐改造示范性工程驗收；寧波中車新能源推出的大容量石墨烯/活性炭復合電極超級電容器和石墨烯納米混合型超級電容器已成功應用于城市電車。消費領域，石墨烯產業化應用主要在散熱、智能可穿戴、理療、照明等方面，如烯旺科技開發的大型石墨烯醫療設備“頻譜光波治療房”于2021年12月正式獲得二類醫療器械注冊審批并已進入醫療單位。高烯科技的單層石墨烯康護纖維是目前全球首個通過IGCC認證的單層氧化石墨烯改性功能纖維，制成的織品自帶康護性能。
03我國石墨烯產業發展面臨的新挑戰
關鍵技術仍未突破，制約下游大規模應用。通過不斷創新研發，我國在大面積單晶石墨烯、多層石墨烯粉體規模制備等方面取得了重大進展，但仍存在基礎物性研究不透徹、綠色低成本的規模化生產技術不成熟、“殺手锏”級應用開發不足等技術瓶頸。從生產端看，現階段國內已建成石墨烯粉體及薄膜材料生產線并基本實現量產，但普遍存在產品尺寸及層數不均勻、質量不穩定等問題，各項性能指標遠低于實驗室水平，難以滿足大規模工業化應用需求。從應用端看，石墨烯粉體主要用作添加劑以增強基體材料的相關性能，與基材間的相容性和均勻分散性是制約其大規模應用一大難點；石墨烯薄膜主要用于柔性顯示、電子/光電子領域，也面臨大規模均勻制備技術不成熟、工藝復雜和成本高等難題。
企業規模總體偏小，石墨烯產業競爭力不足。我國石墨烯生產和應用的主力軍是中小型企業，近半數屬于小微型初創企業，技術成熟、盈利性好、發展穩定的企業微乎其微，一些上市公司雖通過控股或參股方式參與其中，但并未將石墨烯當作主營業務進行實質投入，缺乏行業龍頭引領和帶動導致石墨烯產業競爭力不足。一方面，小企業抵抗風險能力整體較弱，在“大浪淘沙”的市場競爭中極易消沒，目前存續時間在10年以上的石墨烯企業占比僅為5%。另一方面，小企業研發能力弱、創新動力不足，大部分沒有配套設施和專職研發團隊，多采用合作或委托的研發模式，主要涉足研發門檻低、對石墨烯品質要求不高、產品附加值低的應用領域，如復合材料、大健康、涂料等，高端前沿應用領域關注不夠。
高端應用需求日益增長，發展壓力逐漸顯現。現階段，我國石墨烯產業發展進入“平臺期”，產業鏈高端化發展迫在眉睫，企業承壓不斷提高。一方面，石墨烯多被用作“工業味精”，無法真正體現其作為高品質、高性能材料的價值，還沒有成熟的、高端的商業化石墨烯產品問世。石墨烯巨大潛質與尚未全面打開的下游應用需求形成強烈反差，高端化才是石墨烯產業的發展重點和方向，對人才、科技和資金等要求也隨之提高，無形中增加發展壓力。另一方面，石墨烯產業遲遲未實現大規模商業化應用，炒作熱情逐漸消退，市場開始趨于理性，相關投資也變得更加謹慎；疊加當前宏觀經濟下行壓力大，國內、國際環境不確定性顯著增多，企業生產和進出口均受不同程度的影響，石墨烯企業面臨資金短缺、供應鏈安全等問題。
04措施建議
聚焦重點和前沿領域，突破原創型科技成果。一是統籌協調國家重點實驗室、科研機構、高水平研究型大學和科技領軍企業等科研力量，立足重大平臺和科研團隊基礎，以重大科技項目為依托，在石墨烯規模化高質量制備和下游高端應用等關鍵核心技術開展重點攻關。二是聚焦國際研發前沿和我國戰略性新興產業需求，加快石墨烯核心技術、專利和產品在新一代信息技術、航空航天、新能源等重點領域的布局，推動一批重大原創科技成果突破和轉化，提高自主創新能力，推動我國石墨烯產業實現從“跟跑”到“領跑”的跨越式轉變。
注重優質企業培育，提升石墨烯產業核心競爭力。一是針對不同產業鏈環節和成長階段的企業，開展分級分類、精準施策，提高重點新材料首批次應用保險補償等政策在石墨烯領域的實施力度。二是鼓勵國有企業、行業龍頭企業參與石墨烯產業，開展石墨烯關鍵技術研發和重點應用示范，培育一批掌握核心技術、具備國際競爭力的領軍企業。三是支持中小企業聚焦主業、做精主業，提高細分領域的專業化水平，培育一批石墨烯專精特新“小巨人”和制造業單項冠軍企業，不斷增強我國石墨烯產業核心競爭力和自主可控力。
加強資源整合，打造特色優勢石墨烯產業示范基地。一是整合全國石墨烯產業鏈上下游、產學研用等優勢資源，鼓勵重點企業聯合高校和科研院所，協同推進設施、人才、成果等要素優化配置，針對石墨烯產業核心環節和關鍵技術開展深度合作，打造一批石墨烯規模化生產和高端化應用示范線。二是整合各地石墨烯產業園區資源，發揮園區示范效應，繼續完善園區配套，進一步打造公共服務平臺等產業載體，針對高端化應用需求，引導建立一批石墨烯新材料產業應用示范基地，提高石墨烯產業綜合競爭力。
加強區域聯動，促進產業特色化、高端化、差異化發展。一是細化區域內分工，鼓勵江蘇、浙江、廣東、山東、北京等重點地區，充分利用現有產業基礎、品牌、市場、資本、人才、研發等資源優勢，推動各地石墨烯產業集約集聚集群發展，打造石墨烯特色區域產業鏈。二是加強區域間合作，發揮國家關于京津冀協同發展、長江經濟帶、長三角一體化、粵港澳大灣區等一系列重大區域發展戰略布局，以產業鏈和重點項目合作為牽引，推動區域間資源協同共享，構建全國“一盤棋”石墨烯產業發展格局，加快推動石墨烯產業向特色化、高端化、差異化方向發展。
資料來源：本文作者：王敏馬琳，材料工業研究所，轉載請注明出處
