20161020-广发证券-锂电辅材系列报告（二）：石墨烯导电剂：产业化进程加快，发展前景可期_19页_3mb

石墨烯导电剂与锂电池应用分析报告总结

核心内容

本报告聚焦于石墨烯材料在锂电池领域，尤其是作为导电剂的应用前景与产业化进展。石墨烯作为一种新型二维材料，因其卓越的电学、热学和力学性能，被认为在锂电池领域具有巨大潜力。

主要观点

• 石墨烯性能突出：石墨烯具有极高的电子迁移率（15000 cm²/V·s）、优异的导热性能（5300 W/m·K）、超大比表面积（2630 m²/g）及高强度（180 GPa），在多个领域展现出广泛应用潜力。
• 产业化进程加快：全球范围内，石墨烯研发及产业化正逐步推进，中国、韩国、美国等国家投入大量资金支持，推动其向规模化生产迈进。预计2020年前实现石墨烯原材料的规模化生产，带动下游产品产业化。
• 锂电池应用优势显著：石墨烯在锂电池中主要以导电剂、电极复合材料等形式应用，可显著提升电极导电性、循环性能及电池能量密度，预计未来将在锂电池领域实现大规模应用。
• 导电剂性能优越：石墨烯导电剂相比传统导电剂（如导电碳黑、碳纳米管）具有更低的电阻率，且在放电性能方面表现更佳，具有广阔的市场前景。
• 成本下降趋势明显：随着生产工艺的成熟，石墨烯导电剂的成本有望大幅下降，从而增强其市场竞争力。

关键信息

一、石墨烯材料研发技术逐步成熟，产业化进程加快

1. 石墨烯性能优良：

   • 电学特性：高载流子迁移率（15000 cm²/V·s）及高电流密度耐性（2亿A/cm²）。
   • 机械特性：高硬度、高强度（180 GPa），韧性为碳纤维的20倍。
   • 热学特性：导热系数达5300 W/m·K，是铜的13倍。
   • 特殊用途：如吸氢材料、无散射传输器件、应变传感器、双极半导体等。

2. 全球研发进展：

   • 中国、韩国、美国是主要研发国家，其中中国在专利申请数量上领先。
   • 全球石墨烯专利主要集中在锂电子电池、超级电容器、催化剂等领域。
   • 欧盟将石墨烯研究提升至战略高度，计划在2023年前投入10亿欧元。

3. 产业化阶段：

   • 第一阶段：主要用于锂电辅助材料、导热材料、导电油墨等。
   • 第二阶段：将拓展至触摸屏、太阳能电池等。
   • 第三阶段：发展为柔性显示屏、高强复合材料等高端应用。

二、锂电池应用受益于石墨烯发展

1. 应用领域：

   • 石墨烯在锂电池中主要作为导电添加剂、电极复合材料及负极材料。
   • 应用于智能手机、笔记本电脑、移动电源、可穿戴设备、电动交通工具等。

2. 应用优势：

   • 电极导电剂：电阻率远低于碳纳米管和导电碳黑。
   • 正极复合材料：提升电池循环性能，如磷酸铁锂正极材料在100周循环后可逆比容量为纯材料的1.4倍。
   • 负极复合材料：如硅基负极材料在100周循环后可逆比容量可达708 mAh/g，传荷电阻显著降低。

3. 市场需求增长：

   • 全球动力锂电池市场规模预计从2012年的300亿元增长至2020年的2100亿元，年均增长率约30%。
   • 便携式锂电池需求逐年增加，预计2020年市场规模将达45,000 MWh。

三、石墨烯导电剂性能极佳，受益石墨烯量产迎来广阔市场

1. 导电剂种类与性能：

   • 按照溶剂类型分为水浆料、NMP浆料、粉末类导电剂。
   • 石墨烯导电剂的电阻率仅为同浓度导电碳黑的1/40-60，为碳纳米管的1/10。

2. 技术成熟度：

   • 石墨烯导电剂研发技术日趋成熟，制备可控性强，产业化难度较低。
   • 国内已有多个石墨烯导电剂相关专利，如“石墨烯导电液及制备技术”、“锂电池专用石墨烯导电剂”等。

3. 成本下降预期：

   • CVD法生产单层石墨烯的成本预计从7欧元/平方厘米降至0.07欧元/平方厘米。
   • 石墨烯导电剂价格有望从230美元/千克降至113美元/千克，远低于碳纳米管（约200美元/千克）。

四、石墨烯复合电极材料性能优良，前景可期

1. 复合电极材料种类及优势：

   • 正极材料：如磷酸铁锂、锰酸锂，提升循环性能及放电比容量。
   • 负极材料：如硅、二氧化锡、氧化钴、氧化铁，提升电池能量密度与循环性能。

2. 产业化进展：

   • 国内石墨烯复合电极材料研发已接近产业化，专利数量逐年增加。
   • 预计产业化时间将比导电剂晚1-2年，但整体发展前景良好。

五、风险提示

1. 产业化进展不及预期：部分企业面临制备工艺不成熟、成本高、环保要求严等问题。
2. 技术替代风险：不同制备方法对石墨烯薄膜性能有较大影响，限制其在导电薄膜材料中的应用。
3. 下游应用拓展缓慢：尽管应用领域广泛，但实际应用技术与市场衔接仍需完善。

总结

石墨烯材料凭借其卓越的性能在锂电池领域展现出巨大的应用潜力。随着技术的成熟与成本的下降，石墨烯导电剂和复合电极材料有望在锂电池市场中实现大规模应用。然而，其产业化仍面临工艺、成本、环保等多重挑战，需进一步推动技术突破与市场拓展。