产业观察 | 循脉问诊石墨烯，产业发展何所去？

作者： 周攀 华夏幸福产业研究院

▲宁夏汉尧石墨烯改性电极材料一期项目完工实景

进入2018年以来，有许多代表性的石墨烯项目落地，比如玉汉尧年产3000吨石墨烯正极材料一期项目投产、正信光电开始向印度交付石墨烯基光伏组件。数家上市公司的产业链闭环战略也在稳步推进，比如玉龙股份嫁接股东资源隐现的石墨烯改性电极材料-动力电池-电动汽车产业链，东旭光电通过收并购形成的石墨烯基锂离子电池-高功率LED车灯-车载显示玻璃-电动客车产业链。同时我们也看到市场上出现了许多成熟的下游消费品，从口罩、散热膜、地暖到智能服饰等等，种类繁多而又让人眼花缭乱。如何观察、把握产业脉络？本文将从材料特性、产业现状、国内外对比与未来预期这四条线出发，简单描摹石墨烯产业的图景。

1 当我们谈论石墨烯时我们在谈论什么？

资料来源：产新智库整理

首先，适当廓清概念认识是必要的。近日，中科院宁波材料所刘兆平研究员在先进材料产业推进会上就专门对所谓“石墨烯电池”的新闻报道进行了批判。因为定义不清、技术不明带来了很多误解、误判，甚至行业混乱。比如有部分企业拿膨胀石墨充当石墨烯在市场上售卖。要按科学标准的话只有单个碳原子层才能称为石墨烯，美、欧、日、韩等国也以此为共识，因为随着层数的增多，石墨烯的许多性能会逐步减弱。但宏量生产的粉体石墨烯无法满足这个要求，因此产业界做折中处理，将10层以内的都当做石墨烯。饶是如此，那也与膨胀石墨是两回事。

讨论材料，要回到其自身逻辑，一言以蔽之：“料要成材，材要成器，器要有用”。任何一款材料，在应用中都不会使用其本征特性，而是需要因应特定场景需求进行性能调控和组装，然后通过器件化过程保障功能稳定输出。石墨烯是一种理想的结构功能一体化的材料，综合性能优异，应用场景丰富。下图描述了石墨烯的特定性能与特定应用的对应关系。这种对应关系有很多，因而说石墨烯是平台型材料。

资料来源：产新智库

产业诞生的前提则是要形成最小产品原型。也就是打通从制备、调控、组装到器件化的道路，创造基本功能健全的产品，这样才有迭代优化的可能。因此，对科技型新兴产业来说，产、学、研结合，甚至政、产、学、研、融互动，具有至关重要的价值。笔者早在2011年参加学术会议时就曾看到日、韩学者展示其石墨烯应用产品原型。产学研结合有很多种方式，现举一例：东南大学孙立涛教授，日常研究在东南大学微电子学院开展，相关科研成果放在江南石墨烯研究院做孵化，孵化成功后依托常州碳星科技公司做成商品推广。孙教授摸索出了一条“科学-技术-资金-小试-中试-量产-设计-市场-销售-客户”的产业化道路，在石墨烯环保应用领域已经推出数款产品。

2 石墨烯产业现状（国内篇）

石墨烯诞生不过15年，规模化生产的时间更短（一般认为2015年是产业化元年）。业界的判断是石墨烯产业生命周期至少在30年以上，目前整体仍处于导入期，未来3到5年将过渡到实质性的高增长期。但由于石墨烯的应用领域实在太多，下游产业化进度不一，笼统的判断无法帮助我们进行清晰认识。为此我们对石墨烯的主要应用方向及产业化进度做了简单整理，如下图所示。

资料来源：产新智库

拉开时间线，我们会看到石墨烯产业多点萌芽的过程，这是产业生命力的体现，也是各种影响因素叠加的结果。影响产业发展的因素很多，但直接的作用力量主要有四种：需求、技术、政策与资本。其中需求与技术是产业发展的源动力。

石墨烯虽然在储能、热管理、传感器等诸多领域有革新的潜力，但这种革新需求一般是隐性的，只有技术上可行之后才会浮出水面。而石墨烯的渗透与替代过程又面临着既有材料竞争和各种行业制约。化解这些阻力，一方面需要石墨烯制备与应用技术实现端到端突破（例如开发绿色、高效、高质量的制备技术），进而产生性价比综合效益，另一方面则需要政策支持与资本供血以助力产业走过早期的瓶颈阶段。

举例来说，一个造价3000万的风电塔筒，其中防腐涂料成本在30万左右。如果要换用尚未被行业普遍接受的石墨烯改性涂料，则意味着为了30万的成本而拿3000万的设备去冒险。恐怕没人会愿意。如何化解这种隐形制约？近期我们看到工信部发布的《2017年重点新材料首批次应用保险补偿试点项目》名单，其中有宁波中科建华、深圳烯世传奇的四个石墨烯改性防腐涂料项目入选，这代表政策已经开始对行业病痛进行“精准治疗”。

数据来源：工信部，产新智库整理

如上所述，多种力量综合作用推动了产业创生与发展，同时也在促进企业集聚、形塑产业格局。企业注册信息统计显示，截止到2017年底，经营范围包含石墨烯相关制备、应用、销售、投资、技术服务的企业数量超过4800家（当年新增1093家，增长放缓），其中实际发生石墨烯业务的企业数量约700家。通过数据可视化处理，得到如下企业分布图，从图中能够看到明显的集聚现象。

资料来源：产新智库

石墨烯企业集聚的模式大致有三种：1）科技成果转化，依托周边丰富的高校、科研机构资源的研究成果，落地产业化；2）政府筑巢引凤，强力的政策支持、基础设施建设，吸引科研人才与创业项目；3）投资孵化，以投资孵化平台为核心，促进石墨烯创新创业项目成长壮大。三种模式同时存在，形成了常州、无锡、北京、深圳、宁波、厦门、青岛等地区石墨烯企业集聚的现状。如果未来进入大生产时期，那么要素成本低的中西部或石墨资源禀赋好的内蒙、东北等地也会有发展机遇。

目前这些聚集区在石墨烯产业化方面齐头并进，各有特色，主攻方向也不一样，比如北京重点发展产业化关键技术，无锡布局储能、导热膜、发热材料、复合材料、电子元器件等五大方向。从发展势头看，长三角区域最有可能率先突破石墨烯应用瓶颈，打开新局面。

当然，企业数量多少不能完全反应产业现状，还需分析企业经营性现金流。总体而言，以石墨烯为主营业务的企业，目前经营状况都不是很好。以16家新三板石墨烯概念企业为例，有近半数滚动市盈率为负。尽管这16家企业2017年总体营业收入较2016年增长近40%，但归属母公司净利润增幅为近四年最低。尤其是第六元素、凯纳股份、二维碳素、华高墨稀、爱家科技这5家主营业务为石墨烯的企业，2017年继续亏损，石墨烯各项下游应用市场仍未完全打开，2018年企业扭亏压力较大。在当前宏观金融环境下，企业融资难度不小，前行的道路也更加崎岖。这些是新兴产业起步时期大多会遇到的难题，市场压力会倒逼企业不断创新，寻找增长点。比如2017年家用石墨烯发热产品销路不错，不少企业在今年就新开辟了这类业务。

资料来源：CGIA Research，产新智库整理

3 石墨烯产业现状（国际篇）

较全面的认识还需要外部视角的对比分析。先说几个事实：我国石墨烯专利数量、市场体量均占全球半壁江山；包括诺奖获得者安德烈·海姆教授在内，国外不少行业领军人物选择到中国进行科研成果转化。这些事实背后的原因是什么？值得我们乐观吗？

数据来源：科睿唯安，产新智库整理

先看专利情况。截至2017年底，全球石墨烯公开专利总量为60874件，同比增长约20%。其中，我国专利数量最多，公开专利量全球占比高达61%。美国和韩国专利申请量次之，公开量分别占比13%和10%。日、德、英、法等国专利申请量则相对较少。

同样的，仅仅数量并不能反映本质。从技术构成看，目前石墨烯技术专利主要集中在石墨烯制备，以及储能（电池）、复合材料、传感器、透明导电薄膜、触控屏、晶体管/集成电路等应用领域。我国石墨烯制备和储能应用领域的技术专利最多，偏重基础应用；美、韩等发达国家更注重基础理论研究及未来高端应用领域的前瞻性专利布局。同时，我国石墨烯专利大部分在国内申请，国际专利布局相对薄弱，近年来虽然也开始重视海外申请，但还是缺少整体规划。

进一步与美国做一下对比。美国政府在石墨烯领域资助力度比较大，但主要资金是投入到了石墨烯的基础研究中，因为美国认为石墨烯技术成熟度为3-4级，目前仍以研发为主，尚不宜大规模产业化应用。国内状况也大致印证了这种认识，虽然从企业、科研机构到政府、投资者各方参与热情很高，但实际情况是市场频频遇冷，企业盈利也不在近期。

当然差异还有很多，比如专利申请主体，政策支持方向，下游应用现状等等，限于篇幅，本文不做展开。从研究视角看，石墨烯产业为观察产业演化的过程提供了极好的样本。大家几乎都从一条起跑线出发，但慢慢会出现技术分化，部分技术方向也将产生差距，产业前景也会不一样，这背后其实涉及到更深层次的国家创新体系与产业结构的问题。

4 石墨烯产业未来预期

预测科技创新型产业的未来主要是把握其技术发展趋势，而且一般来说有两条路径，一条是整合专家的分析与判断，另一条是对海量的技术文件尤其是专利文献进行分析——MIT的研究表明，专利大数据可以预测未来10年左右技术发展趋势。同样，预测依据也不是专利的数量，而是引用频次等可以体现专利影响力的指标。

前面介绍了石墨烯专利主要分布的领域，但严格来说这不是产业现状的映射，而是表明研发资源重点投入的方向以及各方向上研发成果的丰硕度。这些技术成果会成为未来产业发展的助推燃料。比如下面这幅图显示的是石墨烯专利地图中竞争最为激烈的区域，可以明显看到专利攻防的阵势。背后的竞争主体是三星和IBM，所争夺的领域是石墨烯基晶体管与半导体器件。这批专利主要是在2010年到2014年间申请的。那么可以预计石墨烯晶体管产业化不会太遥远了，5年内也许能看到成熟的产品。有报道说西班牙知名石墨烯企业Graphenea在近期推出了两款售价385美元的石墨烯场效应晶体管产品，此新闻可以作为这一判断的注脚。

数据来源：科睿唯安，产新智库整理

除了晶体管与半导体器件，更多领域也出现这种苗头与趋势。未来石墨烯技术将越来越成熟，行业日趋规范，产业链更健全，在下游应用领域的渗透率也将逐步提高。这种积极预期最根本的依据是对石墨烯材料自身的逻辑以及产业发展驱动力的认识。

石墨烯足够简洁，也足够复杂，对制造业来说，它既是改革力量，也有颠覆潜力，它的产业化正在蹒跚起步，相信未来的道路会越走越宽