一、前言
早两年随着供给侧改革,方大炭素股价的犀利走势让众人兴奋。,石墨烯概念股非常之火,而在各行各业,石墨烯概念炒作也是不绝于耳。
2019年,在工信部公布的《重点新材料首批次应用示范指导目录(2019年版)》中,高效能石墨烯散热复合膜、石墨烯改性防腐涂料、石墨烯改性润滑材料、石墨烯散热材料、石墨烯发热膜、石墨烯导热复合材料、石墨烯改性无纺布、石墨烯改性电池、石墨烯改性发泡材料等9种石墨烯材料入选。
另外近几年受 5G应用带来的新材料开发需求增加 和 “进口替代”需求增加 影响,石墨烯产业正迎来难得的发展机遇。
石墨烯是目前世界上已知最薄、最坚硬、导电性和导热性最好的材料, 可以运用在计算机芯片上,大幅度提高计算速度。用石墨烯作为导电添加剂,可以显著提高锂电池的充电速度和综合性能。所以人们称它为材料之王。
二、国内市场产业规模
国内石墨烯的行业集中度较低,仍处于完全竞争的阶段,尚不及预期。截止至2017年,中国石墨烯产业规模达到70亿元,较2015年增长了10倍还多,2018年中国石墨烯市场规模有望达到280亿元,因为起步晚,所以未来空间很大。未来五年年均复合增长率约为70.48%,发展势头十分迅猛。
我国石墨资源丰富,其基础储量占世界总储量的24%左右。我国石墨烯企业分布态势已经形成为 以“长三角”为聚集区,其他多地碎片化发展的产业格局。其中,无锡、常州、德阳、重庆、上海等地已形成初具规模的石墨烯产业集群。
从事石墨烯产业化方向的代表公司有辉锐 科技 、常州二维碳素、无锡格菲电子等,而 石墨烯粉体由于下游应用较为广泛分散,多数公司从自己主业出发,研究石墨烯粉体,用作主业产品的添加剂和助剂。多家上市公司有涉及。
虽然发展很快,受益于5G的推进和国产替代双重利好的加持。但整个产业尚存在基础性、关键性技术待突破,石墨烯产业化应用停留在初级阶段等难题,后期如果能在产业链上下游之间,不同区域之间企业强化分工合作,共同推进诸如降低原材料成本,提升原材料品质等共性关键技术的研发,则会带动产业链取得更大突破。
三、石墨烯未来可能出现的使命
一路回顾芯片的发展史,从开始的锗金属,到现在的硅材料。锗一度是主流芯片材料,但鉴于其地壳含量小,成本高,性能不太稳定,被后来的硅材料替代。而目前硅芯片达到7nm,市场普遍认为,3nm是硅芯片工艺的物理极限,就目前看,漏电和散热不佳已经是出现的问题。那么将来谁来替代硅材料。包括石墨烯、磷烯、硼烯等有希望成为主流材料。
石墨烯是最突出被看好的一个,其本身不光是二维超导材料,还是碳纳米材料,早在2012年,IEEE(电气和电子工程师协会)就在《超越摩尔》中写道,未来半导体工业可能从“硅时代”进入“碳时代”。碳纳米材料石墨烯可能在未来代替原来的硅基材料。
新材料(石墨烯)、基因工程、核聚变、人工智能、量子技术被称为可能点燃第四次革命的五大领域。美国特斯拉实验室有一款石墨烯电池,充电十分钟,可以跑一千公里,只是价格太贵,如果石墨烯整体技术成本降下来了,则完全可以替代硅材料,进入一个新的 科技 时代。
四、石墨烯相关概念股部分如下:
1、东旭光电(000413) :2015年3月,公司与北京理工大学签署了《石墨烯新材料产学研合作及投资协议》,合作开展石墨烯新材料研发、产业化、市场经营、项目投资。双方将合资设立子公司作为石墨烯新材料的技术孵化与产业运营平台。
2、宝泰隆(601011) :2015年5月份,公司拟通过技术引进在七台河建设100吨/年石墨烯工业化生产项目。该项目预计总投资18000万元,预计年利润总额25361万元。技术转让费用1500万元。公司拟通过该项目的建设实现产业转型升级,改善公司经营业绩,该项目符合公司发展需要和公司的战略规划,有利于公司的长远发展及保持公司业绩的持续和平稳。
3、碳元 科技 (603133):公司自设立以来始终专注于高导热石墨散热材料开发、制造与销售,是国内开发、制造与销售高导热石墨散热材料的领先企业。公司自主研发、生产高导热石墨膜,产品可应用于智能手机、平板电脑、液晶电视、LED 灯等电子产品的散热。目前,公司产品主要应用于三星、华为、VIVO、OPPO 等品牌智能终端。
4、方大炭素600516,公司是世界前列的优质炭素制品生产供应基地,涉核炭材料科研生产基地;主导产品覆盖各功率石墨电极、微孔炭砖、半石墨质炭砖等,涵盖4大系列,38个品种,126种规格上游领域拥有高品位石墨矿,18年产出石墨碳素制品18万吨;18年末参股立四川铭源石墨烯 科技 有限公司,通过从事新材料开发机技术孵化拓展生产力
5、华丽家族(600503) :2015年9月份,重庆墨希 科技 与华森心公司签订《石墨烯商务安全手机采购协议》。华森心公司向重庆墨希 科技 公司定制以石墨烯触控屏,石墨烯电池和石墨烯导热膜为核心组件的,符合国家保密局等保四级标准的国密算法硬件加密石墨烯安全手机,该手机主要面向金融业,政府部门和商务高端人士。
6、德尔未来(002631):2015年4月,股东大会同意公司以5亿元设立全资子公司苏州德尔石墨烯产业投资基金管理有限公司作为公司石墨烯新材料新能源对外战略投资平台。苏州德尔投资方向为:与科研院所开展产学研合作,为石墨烯全产业链发展提供技术保障;锂离子负极材料、超级电容器及其他新能源储能产业;未来将石墨烯复合材料应用于家居产品,并进一步通过产业投资基金利用石墨烯新材料在空气净化材料、污水处理等领域投资。
7、珈伟股份(300317) :2014年9月份,公司与清华大学签署石墨烯-硅薄膜太阳电池技术研发合同,在清华大学已有纳米碳-晶体硅太阳电池技术的基础上,就“石墨烯-硅薄膜太阳电池的研究”进行开发。合作期限3年,总价款300万元。内容涉及研发硅薄膜和石墨烯薄膜的制取工艺、设计和优化石墨烯-硅薄膜太阳电池结构、石墨烯-硅薄膜太阳电池的制作工艺和性能影响因素和石墨烯-硅薄膜太阳电池的相关科学问题等。合作的成果和知识产权双方共同享有。
8、大富 科技 300134,属于全产业链,上游石墨矿方面,拥有20余平方公里极易开采的露天石墨矿,已探明总储量4700万吨;中游制备方面,公司年产30吨薄层石墨烯量产线正式投产,并实现了划时代的1元/克以内的低成本高品质石墨烯产业化制造;下游应用方面,公司与内蒙古瑞盛新能源有限公司共同出资组建合资公司,共同开展石墨烯等石墨应用产品的生产、研发及销售的项目合作
9、欣旺达300207,属于产业链下游,下游应用方面,2016年4月,公司与南开大学签署了《技术开发合作合同》,双方就“石墨烯等新型电化学储能器件材料及其关键技术”项目事宜进行全方位合作,协议内容包括双方共建“石墨烯新能源材料联合研发中心”等.
10、东方材料603110,控股子公司新东方油墨与多凌 科技 战略合作,新东方油墨通过现有的成熟的油墨树脂研发生产技术为基础,开发适用于石墨烯应用的电子油墨的连接料树脂,借助多凌 科技 现有的石墨烯生产及应用技术,进一步合作开发适用于导电、导热应用的电子油墨产品和其他石墨烯产品.
11、伟星新材002372,公司石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料的制备方法目前已获得国家知识产权局授权.
12、华金资本000532,属于产业链下游,下游应用方面,间接参股(1.679%)的常州二维碳素主要从事石墨烯透明导电薄膜材料的研发与生产.
13、道氏技术300409,子公司昊鑫新能源的主要产品为针对动力锂离子电池用的石墨烯导电剂、碳纳米管导电剂和石墨负极产品。
14、杉杉股份600884,属于产业链下游,下游应用方面,石墨烯导电浆料目前已建成一条年产约400吨的生产线目前处于试生产阶段;与中科院宁波材料所合作开发的石墨烯导热垫目前处于产品工艺验证试验的中试阶段,距实现量产供货尚存不确定性
15、天奈 科技 688116,公司碳纳米管导电浆料按主要原料分类,可以分为纯碳纳米管导电浆料和石墨烯复合导电浆料。石墨烯复合导电浆料按配比7:3添加碳纳米管粉体、石墨烯与分散溶剂等其他原材料混合搅拌、研磨而制成,其主要应用于磷酸铁锂锂电池领域。公司石墨烯产品主要配合碳纳米管产品使用。公司不单独生产石墨烯粉体产品,而是在生产石墨烯复合浆料的过程中,先采购膨胀石墨,经过物理剥离、分散后在溶剂中制备出石墨烯,再加入碳纳米管粉体直接制备成石墨烯复合导电浆料。报告期内公司生产石墨烯均为了制备石墨烯复合导电浆料。
16、正泰电器601877,属于产业链下游,下游应用方面,2016年12月8日晚间公告,公司控股子公司正泰西班牙收购西班牙GRABAT公司合计25%的股权,GRABAT公司正大力开展石墨烯电池的产业化推广;16年5月公司子公司与中国船舶重工集团动力股份有限公司签订了战略协议,研发高性能石墨烯铅酸蓄电池;正泰电器是正泰集团从事石墨烯电池产业的唯一运作平台。
17、沃特股份002886,公司与清华-伯克利深圳学院开展技术交流,以期共同探讨并开展石墨烯在高分子材料领域的应用研究。另外,公司目前拥有一项直接石墨烯复合材料相关授权发明专利。
18、中国动力600482,属于产业链下游,下游应用方面,与上海新池新能源合作研发高性能石墨烯铅酸蓄电池、锂电池。
19、金城医药300233,属于产业链下游,下属山东金城石墨烯 科技 有限公司参与研究开发石墨烯产业化制备技术及石墨烯有机纳米过滤膜技术研发项目,拥有氨基化石墨烯及属锰氧化物石墨烯复合材料的制备方法专利
20、 中天 科技 600522,属于产业链中游和下游,中游制备方面,2017年1月5日晚公告,全资子公司上海中天铝线在石墨烯制备方面取得重要突破;下游应用方面,全资子公司上海中天铝线在应用于新型金属基石墨烯复合材料方面取得重要突破。
21、彤程新材603650,公司持有北京石墨烯研究院有限公司16%的股权,该公司主营石墨烯技术的基础研究和产业化应用。
22、南都电源300068,属于产业链下游,下游应用方面,拥有领先的铅炭电池专利技术,可实现铅粉与石墨烯碳材料的均匀混合。
23、莱宝高科002106,2014年9月16日,公司在互动平台表示,公司与中科院重庆分院关于石墨烯的合作尚未进入实质合作阶段。公司同时透露,由于石墨烯材料尚未成熟,且存在一定的应用缺陷,公司与行业相关企业合作开展应用于触摸屏的研究尚未开发出样品。
24、乐通股份002319,属于产业链下游,下游应用方面,2013年1月,公司与宁波墨西 科技 有限公司签署《石墨烯油墨项目合作协议》,双方商定组建合资公司从事石墨烯油墨的研发和生产,计划总投资1亿元人民币。
25、长信 科技 300088,属于产业链下游,下游应用方面,公司与上海师范大学联合成立石墨烯实验室,主要是研发电池材料和电子油墨两个方面。
26.安利股份300218,公司正在研发的项目有铜石墨烯电接触复合材料及其一体化焊接工艺的研究。
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导语
固态电池的能量密度大幅提升,柔性化特性也让更多电池造型成为可能,另外,固态电池在安全性上也具备优势。不过,受技术和成本等因素限制,当下固态电池批量化生产难度仍很大。
据海外媒体Autocar报道,丰田执行副总裁兼首席技术官寺岛茂树(ShigekiTerashi)在东京车展前夕透露,丰田将在2020年东京奥运会期间推出一款搭载固态电池技术的新能源车。
据悉,该车型将基于丰田e-Palette平台开发,e-Palette是丰田面向未来自动驾驶和车联网打造的一款概念产品,根据此前丰田方面的介绍,e-Palette将作为2020年东京奥运会和残奥会上运动员及后期保障人员的出行巴士。
成本过高影响商业化进程
相比现有搭载碳酸铁锂或三元锂动力电池的新能源产品,固态电池的能量密度大幅提升,柔性化特性也让更多电池造型成为可能,另外,固态电池在安全性上也具备优势。不过,受技术和成本等因素限制,当下固态电池批量化生产难度仍很大。
寺岛茂树也表示,丰田推出固态电池新能源车型旨在对外展示其在固态电池领域的技术领先性,但鉴于当下过高的生产成本,该车型的大规模量产或将推迟至2025年。
全固态电池 汽车 的优势
1、电池更薄、体积更小, 汽车 动力储存更大
传统锂电池受制于工艺的原因,其中的隔膜和电解液就占据了电池中近40%的体积和25%的质量。
但全固态电池,因采用固态电解质,正负极之间的距离可以缩短到几到十几个微米,这样一来厚度得到大幅降低,在同等空间下全固态电池装载数量远大于传统锂电池,从而具有更大动力储存、更大续航里程的优点。
往大了说,厚度薄、体积小这一优势还可以让全固态电池适应各种新型小尺寸智能电子设备的应用(在厚度达到毫米级以下后还可以柔性化开发,使其成为可弯曲可折叠的电池膜)而在这一点上传统的锂离子电池的技术是很难达到的。
2、更安全
因为传统锂电池使用液体电解质,而液体电解质具有易燃、易爆、易挥发的特性,在受到外部撞击或者其他极端情况时,就会发生电池短路,继而起火燃烧的特性,无法提供足够的安全保障。
但全固态电池使用固态电解质没有电解液具有不可燃、无腐蚀、不挥发的特性,且不存在漏液问题,相较于传统电池在热稳定性上有先天优势,理论上讲安全性上,全固态电池 汽车 可以吊打现有的所有锂电池 汽车 。
3、电池能量密度更高, 汽车 续航更大
与目前市面上的液态锂离子电池相比,全固态电池除了安全性高外,能量密度高也是其最大的亮点。
能量密度高的核心就是可以不必使用嵌锂的石墨负极,而是直接使用金属锂来做负极,这样除了减轻负极材料的用量外,还使得整个电池的能量密度有明显提高,因其负极可采用金属锂,电池能量密度有望达到300~400Wh/kg甚至更高,可匹配高电压电极材料,进一步提升质量能量密度,应用到 汽车 上将大大提升续航能力(现在许多实验室中,都已经可以小规模批量试制出能量密度为300-400Wh/kg的全固态电池了一般锂离子电池是100-220Wh/kg)。
此外,许多新型高性能电极材料,可能之前与现有的电解液体系的兼容性并不好,但是在使用全固态电解质后该问题可以得到一定的缓解。除了以上3大优点外,全固态电池 汽车 还具有:电池循环寿命长、工作温度范围宽、电池回收方便、可快速充电、生产效率高等优点。
固态电池或将被列为新能源 汽车 核心技术攻关工程
近日,一份标有《新能源 汽车 产业发展规划(2021-2035年)》(征求意见稿)(以下简称《规划》)字样的行业规划文件在网上流出,许多人都感觉很过瘾,认为以此可以提前窥探政府层面对新能源 汽车 产业长远规划的大致方向。网传《规划》对动力电池、燃料电池的产业发展和技术创新提出了具体目标。其中,“加快全固态动力电池技术研发及产业化”被网传《规划》列为“新能源 汽车 核心技术攻关工程”。如若消息属实,全力研发全固态电池或将被上升到国家战略层面。
固态电池企业现状汇总
赣锋锂业
赣锋锂业同样选中氧化物厚膜路线。根据其发布的公告,由其研发的第一代固态锂电池研制品已通过多项第三方安全测试和多家客户送样测试,单体容量10Ah,能量密度不低于240Wh/kg,1000次循环后容量保持率大于90%,电池单体具备5C倍率的充放电能力。截止至2018年12月31日,其40Ah固态锂电池产品定型,产品的安全指标和综合性能通过内部测试,达到研制品水平。
今年3月份,年产亿瓦时级的第一代固态锂电池研发中试生产线开始建设,计划于2019年下半年建成投产。
清陶新能源
清陶坚定固态聚合物的路线。去年11月,清陶建成第一条单体能量密度达到400Wh/kg的固态电池产线,推出第一批固态锂电池产品,产品主要投用于特种电源、高端数码等领域。
它建成产能为100MWh的中试线。除此之外,今年7月,清陶新能源年产10GWh固态锂电池项目签约仪式在宜春举行。该项目一期固态电池产能为1GWh,预计今年年底投产,二期产能9GWh,2020年6月底开工建设,此后两年内投产。
北京卫蓝
北京卫蓝走的是氧化物+聚合物固态电解质路线。它开发出一种固态电池额定容量为4-8Ah,能量密度为240Wh/kg。据了解,北京卫蓝已经掌握了包括金属锂表面处理、原位形成SEI膜技术、固态电解质、锂离子快导体制备技术以及高电压电池集成技术、陶瓷膜优化技术和集流体解决方案等多项技术。
目前,它处于中试线建设阶段、一期项目总投资5亿元,将于2020年3月投产,建成后预计形成年产100MWh固态电池的生产规模。
宁德时代
宁德时代主要走的是硫化物路线。目前它研制出容量为325mAh的聚合物锂金属固态电池,能量密度达300Wh/kg,循环达到300周以上,容量保持率达到82%。
比亚迪
比亚迪没有对固态电池的技术开发路线设限,固态聚合物、氧化物均是它的目标对象。资料显示,它申请了全固态锂离子电池正极复合材料及一种全固态锂离子电池的发明专利。
目前,其固态电池正处于小规模试用阶段。而据外媒报道,比亚迪新兴固态电池将于2021年开始在日本交付。
珈伟
珈伟发力的是凝胶聚合物。2018年7月,其36Ah类固态三元软包电池通过国家强检。能量密度达到230Wh/kg,循环次数为4000次,可用在电动摩托车上,价格大约1.5元/wh。
目前它已完成类固态电池测试阶段。一期已投产产能规模为100MWh(或为中试线产能),正在开工建设的二期产能为2GWh。
全国能源信息平台联系电话:010-65367817,邮箱:hz@people-energy.com.cn,地址:北京市朝阳区金台西路2号人民日报社