石墨烯导电剂: 产业化进程加快, 发展前景可期

影响石墨烯导电剂性能的主要的因素是石墨烯在电极材料中分散的均匀性,要保证导电剂优异的电学性能,则需要研发出适当的配方及严格控制生产中的生产工艺。

石墨烯电子迁移率高,用于锂电池可减低电阻并改善循环性能。 石墨烯具有10倍于商用硅片的高载流子迁移率(15000cm2/V·s),导电性能优越,尤其适用与制造锂电池导电添加剂、 锂电池正负极复合材料等锂电池材料。此外,石墨烯电极复合材料及导电添加剂能有效改善电极循环性能:加入石墨烯的磷酸铁锂正极复合材料,循环100周后,可逆比容量为纯LiPO4电极的1.4倍。

锂电池下游应用需求持续增加, 石墨烯需求不断增加

添加石墨烯的锂离子电池主要运用于电子设备及电动交通工具。从产业链上看,鳞片石墨矿经过初加工及深加工后制成石墨烯制品。石墨烯在锂电池中的添加形式主要有导电添加剂、电极复合材料及直接作为负极材料三种形式。添加石墨烯后的锂电池则在主要运用与智能手机、笔记本电脑、移动电源及可穿戴设备、电动交通工具及工业储能等下游领域。

图:石墨烯-锂电池产业链

石墨烯导电剂: 产业化进程加快, 发展前景可期

数据来源: 广发证券发展研究中心

下游动力锂电池厂家纷纷扩充产能,16年国内将扩产80%。全球动力 锂电池市场规模逐渐扩大,2012年动力锂电池市场规模约为 300亿元,预计每年保持约30%的平均增长率,至2020年全球动力锂电池市场规模达到2100亿元,为2012年的7倍。与此同时,各国动力锂电池厂家纷纷扩增产能,以中国为例,2017年国内预计扩增产能约为15.2Gwh,而15年国内动力锂电池总产能为18.97Gwh,产能扩张将近80%。

石墨烯导电剂: 产业化进程加快, 发展前景可期

数据来源: 中国产业信息网, 广发证券发展研究中心

下游便携式锂电池需求逐年提高。全球便携式锂电池市场规模自2012年以来逐年增长, 预计未来在2020年以前保持每年约10%的平均增长率。其中锂电池在手机、平板电脑及笔记本方面的需求量将保持8%的年平均增长率,预计2017年便携式锂电池在手机、平板电脑及笔记本方面的需求量达到45,000 MW

石墨烯导电剂: 产业化进程加快, 发展前景可期

数据来源: 中国产业信息网, 广发证券发展研究中心

石墨烯厂家已经逐步产业化,发展动力十足。当前国内石墨烯初具规模的厂家主要青岛昊鑫、东莞鸿纳新材料、德阳烯碳、济宁利特和第六元素,随着国内锂电池下游产能的扩张,以及生产技术的进步,厂家的研发动力 十足,发展前景可期。

石墨烯导电剂性能极佳, 受益石墨烯量产迎来广阔市场

石墨烯导电剂可有效改善电极导电、放电及循环性能。石墨烯导电剂按照溶剂类型,可分为水浆料、NMP浆料、粉末类导电剂。在水浆料和NMP浆料型导电剂中,石墨烯含量一般为5.0±0.1 wt%,分散剂含量为0-0.5wt%。粉末类石墨烯导电剂,需要添加水或NMP及分散剂,配制成水浆料及NMP浆料型导电剂后才可添加于锂电池正负电极中。

石墨烯导电剂: 产业化进程加快, 发展前景可期

数据来源: 宁波墨西科技, 广发证券发展研究中心

石墨烯导电添加剂导电、放电性能远远优于传统导电剂。石墨烯相比传统导电剂,其接触方式主要为“面对点”,由于其极薄的颗粒尺寸及晶相内自由移动的电子使得石墨烯的粉体导电率达到1000 S/cm, 为导电碳黑的100倍。在导电添加剂用量为1-6 wt%的范围内,石墨烯导电剂的电阻率均仅为同浓度的导电碳黑1/40-60,仅为同浓度碳纳米管1/10左右。关于放电性能上,在10C、电池容量为0 -133mAh·g-1时,石墨烯的放电电压明显高于导电碳黑, 由此可知,石墨烯的电学性能远优于传统导电剂.

石墨烯导电剂: 产业化进程加快, 发展前景可期

数据来源:宁波墨西科技, 中国知网, 广发证券发展研究中心

石墨烯导电剂: 产业化进程加快, 发展前景可期

数据来源: 中科院宁波材料所, 广发证券发展研究中心

石墨烯导电剂研发技术日趋成熟,将有利于推动石墨烯产业化。石墨烯导电剂的制备可控性强,研发技术成熟,产业化难度较低。影响石墨烯导电剂性能的主要的因素是石墨烯在电极材料中分散的均匀性,要保证导电剂优异的电学性能,则需要研发出适当的配方及严格控制生产中的生产工艺。相比其他石墨烯锂电池电极材料,石墨烯导电剂在制备过程中不涉及复杂的合成过程,因此可控性较强,难度较低,成功率较高。当前石墨烯导电剂研发技术已经相对成熟。

石墨烯导电剂: 产业化进程加快, 发展前景可期

数据来源: 中国知识产权局, 广发证券发展研究中心

我国石墨烯的规模化生产将使率先使导电剂产业化。当前制备石墨烯的方法主要有微机械玻璃法、气相沉积法、外延生长法及氧化石墨还原法。决定量产的关键因素是产品的尺寸,其次是制造成本与产品质量。氧化石墨还原法及气相沉积法均可制得大尺寸的石墨烯,前者虽然易导致石墨烯分子结构破坏但具有成本优势,后者尽管成本较高但具有质量优势。石墨烯制备方法的成熟为产业化提供了前提条件,我国政府也在《中国制造2025》中明确提出要在2020年实现石墨烯原材料规模化生产。预计在政府的支持及生产技术的改进下,石墨烯原材料产业化进程将加速,而石墨烯导电剂在充足的石墨烯原材料供应的条件下,将会迅速在下游市场中得到大规模推广。

石墨烯复合电极材料性能优良,前景可期

锂电池中石墨烯电极复合材料循环性能突出,导电性优异。石墨烯复合电极材料主要可分为正极复合材料及负极复合材料,相比纯电极材料,能够大幅改善电极循环性能,减少传荷电阻,使电极导电性明显改善.

石墨烯导电剂: 产业化进程加快, 发展前景可期

数据来源: 《中国制造2025》 ,广发证券发展研究中心

国内锂电池石墨烯复合电极材料研发较成熟,接近产业化。国内当前石墨烯复合电极相关专利约有124项, 其中2014年公开专利51项,专利数为历年最多。其中涉及锂电池的石墨烯电极复合材料约为14项,以负极运用为主。专利申请人中企业仅占 35%,可见锂电池石墨烯复合材料的研发主体依然为科研机构,然而亦有多家企业投入研究。 由于石墨烯在锂电池复合电极材料中研发技术相对较成熟,考虑到合成工艺控制因素,预计产业化时间将比石墨烯导电剂晚1-2年。

石墨烯导电剂: 产业化进程加快, 发展前景可期

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