2、我国石墨烯制备的产业化现状 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

2、我国石墨烯制备的产业化现状

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。

国内部分厂家的石墨烯产能

国内部分厂家的石墨烯产能

数据来源:公开资料整理

3、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

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。

石墨烯产业化的“时间表”

石墨烯产业化的“时间表”

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4、石墨烯下游应用产业化现状

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。

0.1C 充放电时石墨烯和炭黑锂电池循环性能比较

0.1C 充放电时石墨烯和炭黑锂电池循环性能比较

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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。

石墨烯导热膜

石墨烯导热膜

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石墨烯防静电塑料

石墨烯防静电塑料

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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。

[责任编辑:陈语]

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