石墨是一種非金屬礦產資源，具備耐高溫、導電、導熱、潤滑、化學穩定、可塑、抗熱震等多種特殊性能。作為耐火、潤滑和摩擦材料，石墨長期以來主要應用于冶金、鑄造、機械等傳統工業領域，受重視程度較低。
　　隨著全球新一輪工業革命的到來，石墨深加工技術不斷突破，石墨的物理化學特性得到深度開發，成為新能源汽車、儲能、核能、環保、新材料等戰略性新興產業領域不可或缺的關鍵材料，資源戰略價值迅速提升，而石墨烯的制備成功和產業化應用也再次推高石墨的戰略地位，晶質石墨成為我國《全國礦產資源規劃（2016—2020）》確立的24種戰略性礦產之一。 
 

一、石墨資源在國民經濟中的地位
 

1、石墨產品是多個產業的基礎性材料
 
　　石墨產業鏈包括上游的資源開采和選礦、中游材料級產品加工和下游終端應用，沿著產業鏈形成了多層次的石墨產品體系，十分復雜。沿著石墨產業鏈橫向上將石墨產品劃分為原料級、材料級和專用級三個層次，本文在其分類體系上進行擴展，在縱向上根據產品的價值，將材料級產品劃分為前沿產品、高端產品、中端產品和低端產品（圖 1）。
 

　　從圖 1 可以看出石墨的產品十分豐富，既可以制備前沿的石墨烯材料和高純石墨、球形石墨、膨脹石墨等高端材料，應用于新能源汽車、儲能、環保等戰略性新興產業領域；同時，石墨的中低端產品又可應用于鋼鐵、鑄造等基礎傳統產業。石墨是工業體系中多個產業部門的基礎性原料，對工業發展有重要作用。
 
2 、石墨與《中國制造 2025》的關系密切
 
　　隨著我國經濟結構調整和發展方式轉變，戰略性新興產業成為中國經濟發展的新引擎。為了促進高端制造業的發展，2015 年 5 月國務院頒布了《中國制造2025》（國發[2015]28 號），確立了新一代信息技術、節能與新能源汽車、電力裝備、新材料等十個重點領域。石墨高端材料和前沿材料石墨烯廣泛應用于《中國制造 2025》重點發展的多個領域（表 1），在許多高科技產品生產過程中發揮著關鍵作用。
 

3、 石墨是制備石墨烯的重要原料之一
 
　　石墨烯被認為會對未來產業發展產生“顛覆性”影響，石墨是制備石墨烯的重要原料之一。
石墨烯的制備方法根據原料的不同可以分為兩類：一類是以天然石墨作為原料，經過氧化還原法、液相剝離法、微機械剝離等方法制備；另一個是以甲烷、乙烯、乙炔等碳氫化合物為原料采用氣相沉積法（CVD 法）、SiC 外延生長法等制備（圖 2）。
 
目前，利用天然石墨制備石墨烯是商業化程度最高的方式，石墨烯產業發展熱度直接引發了石墨資源的開發熱潮
 

二、新形勢下中國石墨產業面臨的機遇
 

1、中國石墨資源勘查不斷突破，掌控全球資源供應
 
　　根據美國地質調查局（USGS）的統計，2017 年全球石墨儲量 2.7 億 t，土耳其、巴西和中國資源最為豐富，分別占全球總量的 33%、26%和 21%，合計占80%（圖 3）。
 

　　在 USGS 統計中，中國為世界第三大石墨資源國，但中國石墨資源在全球地位應該更加突出，土耳其盡管石墨儲量世界第一，但資源以隱晶質石墨為主，主要應用于中低端產品，戰略地位較低，而巴西和中國都以晶質石墨為主，資源戰略地位高于土耳其。
　　在新能源汽車、石墨烯等產業發展的帶動下，我國石墨資源勘查熱度不減，2012 底到 2017 年底的 5 年間，我國晶質石墨勘查成果不斷，查明資源儲量從 1.9億 t 增加到約 3.67 億 t，增加 93%（圖 4），是 24 種戰略性礦產中資源儲量增速最快的礦產。
 

　　而在 USGS 的統計中，同時期中國石墨儲量一直維持在5500萬t，雖然測算方法和標準不同，但 USGS 對中國石墨儲量統計明顯滯后于中國實際情況，并未將近年中國新增石墨儲量反映在數據中，這意味著中國在全球的石墨資源地位可能高于 USGS 統計下的判斷。
　　豐富的石墨資源，使中國成為全球第一大生產國和出口國，掌控全球石墨資源供應。2017年，中國石墨產量達到 78 萬 t（圖5），占全球 65%，除滿足本國消費外，中國大量石墨資源用于出口，根據聯合國商品貿易統計數據庫（UN Comtrade）統計，2016 年全球天然石墨出口總量為 40.04 萬 t，其中中國出口24.01 萬 t，占 59.91%，高居第一位；朝鮮出口 4.73 萬 t，占 11.08%，居第二位。居第三位的巴西出口量僅 2.49 萬 t，占總量的 6.21%。由于地緣政治等因素的影響，出口量居全球第二位的朝鮮石墨基本全部出口到中國，經測算，中國控制全球石墨出口市場份額最多可達 72%。
 

2、全球和中國石墨消費重心發生轉移，形成新的消費增長點
 
　　石墨的消費過去長期集中在耐火材料和鑄造領域，但隨著世界鋼鐵行業發展步入緩慢期，尤其是中國鋼鐵消費達到峰值，包括這兩個領域在內的與鋼鐵產業相關的石墨消費量增速將放緩，甚至開始下降，石墨高端材料產品在新能源汽車、儲能、核能、電子信息等戰略性新興產業領域消費快速增加，石墨消費正在由傳統產業向戰略性新興產業轉變。
　　石墨是目前應用最廣泛的鋰離子電池負極材料，新一輪石墨消費轉型主要由新能源汽車產業快速發展對鋰離子電池的需求增加所致，電池行業成為目前石墨消費增長最快的部門。
 

　　由于石墨消費數據可得性較差，根據 2014 年的統計數據，全球范圍內耐火材料和鑄造分別占石墨總消費量的 52%和 14%，為消費占比最高的兩個領域，電池消費約占 8%（圖 6），但電池行業石墨消費增速最快，高達 13.95%，耐火材料和鑄造僅為 1.74%和 3.93%，石墨消費重心轉移明顯（圖 7）。
 

　　2014 年以來，全球鋰離子電池出貨量由 72 GWh 增加到 2017 年的 1435 GWh，年均復合增長率 26%，鋰離子電池領域消費增長迅速。
　　中國目前是全球新能源汽車產業發展最快的國家，2017 年中國新能源汽車產量 79.4 萬量，連續三年全球第一，鋰離子電池出貨量達到 74.8 Gwh，占據全球出貨量的 52.1%，居全球首位。
　　我國《汽車產業中長期發展規劃》制定了 2020年和 2025 年新能源汽車產量分別達到 200 萬輛和 700 萬輛的發展目標，未來鋰離子電池出貨量還將快速增加，拉動鋰離子負極材料需求增長，為我國高端石墨材料發展提供了廣闊的市場空間，將使我國石墨消費重心不斷向戰略性新興產業領域轉移。
 
3、我國石墨產業在多領域實現突破
 
　　歐美和日本在石墨深加工領域長期領先，以德國西格里碳素集團、法國卡朋羅蘭碳素集團、日本東洋碳素集團、法國特密高石墨和碳化學公司為代表的國際大型企業長期控制全球高端石墨產品的供應。我國石墨加工技術起步較晚，以高純石墨、膨脹石墨等為代表的高端石墨產品加工技術和工藝落后，長期依賴進口。
　　經過三十余年的發展，我國在高純石墨、石墨負極材料等高端石墨材料研發和產業發展諸多方面已經取得突破。筆者在黑龍江雞西、鶴崗等地調研發現，我國部分企業在石墨高純技術上日臻成熟，已掌握化學酸堿法和物理高溫法生產高純石墨，產品碳含量均可達到 99.99%，甚至 99.999%的水平，已達到國際先進的水平。
　　另外，球形石墨產業已延伸至鋰離子電池負極材料領域，經過十余年的發展，我國鋰離子電池負極材料產量由 2012 年的 2.82 萬 t 增至 2017 年的 14.6萬 t，全球占比達到 70%以上，成為全球負極材料第一生產大國。
　　我國涌現出了一批石墨材料領先企業，貝特瑞、杉杉等在石墨負極材料領域全球領先，為三星、LG、日本松下、索尼等電池企業提供產品，許多企業在積極探索石墨綜合高效開發利用模式，東部地區集中分布了一批與高端石墨產品相關的上市企業。
 
4、石墨烯產業發展蓬勃興起
 
　　石墨烯是新一輪石墨深加工技術的制高點，目前還處于研發和產業化初始階段，從發表論文和技術專利申請數量上看，中國都處于世界領先水平。截止到2017 年 2 月 10 日，我國在石墨烯研究方面的論文共計 47264 篇，占比34.2%，居世界第一。截止到 2016 年底，我國共申請石墨烯相關專利 17603 件，占全球總量的 58%，同樣高居世界榜首。
　　截止到 2017 年 2 月，全國已經擁有從事石墨烯制備、銷售、應用、投資、檢測、技術服務相關的各類企業 2059 家，其中研發企業 884 家，生產制備企業141 家，應用企業 218 家，企業數量最多的三個省分別是江蘇、廣東和山東。我國已建成石墨烯生產能力約 3 000 t （部分企業產能見表 2），實現了海洋重工防腐涂料、電池導電劑等規?；瘧?。
 

　　東部地區依靠區位優勢，吸引了大量人才和資金，成為石墨烯的研發中心和產業發展中心。部分企業在探索石墨烯產業發展中積累了一系列經驗，標準體系正在逐步建立，產業政策體系在不斷完善。我國已初步形成了石墨烯研發、制備和應用較為完整的產業鏈，這意味著我國石墨烯產業有可能實現“彎道超車”、引領世界。
 

三、中國石墨產業發展面臨的問題
 

1、石墨未來需求增長存不確定性，資源開發呈現過剩態勢
 
　　近年來，石墨勘查成果不斷，但是，目前能對石墨消費增長產生實際拉動作用是新能源汽車對鋰離子電池的消費，但按照一輛新能源汽車消費 40 kg 負極材料的經驗值，根據 2025 年 700 萬輛的規劃目標，消費總量不過 28 萬 t，而且，替代技術的發展也會降低鋰離子電池對石墨的需求，而我國晶質石墨資源儲量達3.67 億 t，兩者相差懸殊。
　　石墨烯應用的巨大潛力給石墨需求增長帶來很大潛力，目前我國粉狀石墨烯的產能為 3000t 左右，按照 60%的產率，滿負荷生產需要消耗 5000 t 石墨，但是由于下游石墨烯終端應用產品較少，對石墨烯需求不足，全國石墨烯加工企業基本處于“以銷定產”的狀態，產能利用率很低，實際石墨消費量很少。
　　未來，石墨烯能在多大程度上促進石墨需求增加，有賴于石墨烯制備技術完善和應用領域的拓展，存在不確定性。
　　此外，還存在非石墨制備石墨烯的途徑，例如：碳氫化合物通過氣相沉積法制備石墨烯薄膜，盡管目前利用天然石墨制備的粉狀石墨烯商業化程度高，但未來何種方法未來成為主流尚難確定。
　　總體而言，石墨烯對石墨資源需求的影響程度尚難確定。 因此，盡管石墨產業在戰略性新興產業領域發展勢頭良好，但需求增長還存在諸多不確定性，目前我國石墨已查明資源量已經十分豐富，如果繼續對上游石墨勘查大量投入，資源開發產能過剩態勢將加劇。
 
2、我國石墨產業整體上還處于價值鏈中低端
 
　　盡管我國石墨高端材料已經取得了長足進步，已具備較強的石墨新材料生產加工能力，但將其進一步加工成終端產品、獲取更高附加值的能力不足，在石墨全產業鏈上仍處于原材料供應國位置，在價值鏈上居于中低端。
　　例如，膨脹石墨、等靜壓石墨等領域依然存在產品性能較低、品種單一、大規格高性能產品尚不能自行生產的問題；目前，我們企業還難以生產出高質量、高附加值的手機導熱膜；雖然我國是負極材料生產大國，但車用鋰離子動力電池生產技術和能力弱于日本，約 30%的負極材料出口國外，相當一部分成為日本電池企業的生產原料。
 
3、石墨標準體系建設滯后于石墨產業發展
 
　　在新一輪的技術變革之下，石墨的消費重心發生了深刻變化，但現有的石墨資源和生產標準體系滯后于產業發展，產品標準和檢測標準的缺失，使企業生產無據可循，市場上產品魚龍混雜，監管部門無法可依，不利于產業長遠發展。
　　首先，石墨資源的評價標準不涉及鱗片大小、微量元素含量等指標，而這些指標對鋰離子電池負極材料、石墨烯等高端石墨材料的制備工藝影響較大，由于相關標準的缺失，對企業選擇標準化的原料帶來困難；
　　其次，以石墨烯為代表的前沿石墨材料，缺乏對材料標準的規定。例如：嚴格意義上的石墨烯應該是單層石墨，但在應用中10層以下的均被稱之為石墨烯材料，石墨烯層數、鱗片大小、雜質種類及含量等諸多因素影響其材料的特性，由于我國尚未建立統一的石墨烯材料標準，未能形成標準的產品系列，不同企業生產的石墨烯產品技術指標相差較大，品質參差不齊，阻礙終端應用開發 ；
　　同時，一些下游深加工產品由于屬于新型材料缺乏國家標準，即便性能優越、成本低廉，也無法在市場中推廣和應用，比如石墨烯在重防腐涂料領域性價比明顯高于傳統涂料，但由于缺乏標準限值其推廣和應用。
 
4、石墨烯產業發展面臨多重困境
 
　　首先，石墨烯終端應用不足。一方面，石墨烯的制備技術還不夠完善，連續制備性能穩定的石墨烯還存在困難，成本也較高。目前石墨烯市場價格較高，高昂的成本限制了其推廣和應用；另一方面，石墨烯作為一種前沿材料，終端產品應用技術仍未實現重大突破，下游適用領域還處于探索階段。
　　目前，僅在重防腐、電池導電液等幾個領域有小規模應用，尚缺少能夠大規模應用、從而帶動產業發展的終端產品。石墨烯企業全部以銷定產，產能大量閑置，難以實現規模經濟。石墨烯生產成本居高不下和終端產品缺乏導致產業發展處于僵持狀態。
　　其次，各地區高度重視石墨烯產業發展，將其視為戰略性新興產業標志，甚至出現不顧當地資源、環境、區位、產業等基本條件，一窩蜂建立石墨和石墨烯產業園區的情況。
　　據不完全統計，目前我國各地已有石墨烯產業園區 13 個，在建和規劃還在持續，石墨烯產業正在陷入小、散、亂的局面?；谡{研情況發現，目前粉體石墨烯制備普遍采用氧化－還原法，生產 1 t 石墨烯需要消耗 80~110 t硫酸，280~450 t 水，產生 150~220 t 廢酸，負面環境效應巨大。我國東部地區集中了 79 家石墨烯制備企業，占全國總數的 56%，這無疑會給環境承載力已近極限的東部地區帶來沉重的環境壓力。
 

四、中國石墨產業發展建議
 

1、提高行業標準，集約高效開發利用石墨資源，避免重蹈稀土覆轍
 
　　為遏制資源產能進一步過剩勢頭，各級國土資源管理部門應統籌規劃，使石墨產業上下游協調、有序發展，避免重蹈稀土覆轍。
　　建議大幅度全面提升新建、擴建和在產石墨項目行業標準，通過資源整合，淘汰中小型礦山，提升石墨資源開發規?；图s化水平；將資源優先配置給產業規劃鏈條長、綜合開發能力強，產品多元化、污染物零排放的企業，鼓勵集礦山開發、礦產品生產和高端石墨加工于一體的園區化高效開發利用模式，提升高端材料生產技術，搶占石墨產業價值鏈頂端。
 
2、提升高端材料生產技術，搶占石墨產業價值鏈頂端
 
　　隨著我國新能源汽車相應產業規劃的實施，以及英國、法國、德國等國宣布2025—2040 年開始陸續禁售汽、柴油車，可以預料全球電動汽車時代即將到來。以全球電動汽車產業發展為契機，建議國家通過補貼、稅收優惠等激勵措施，大力推動石墨負極材料和動力電池技術研發和產業發展，搶占石墨產業價值鏈的頂端。
 
3、加快石墨烯產品相關標準的制定
 
　　根據新興產業和新技術發展需求，及時制定和修訂包括石墨地質勘查規范、石墨等級評價標準、石墨烯產品標準、石墨烯產品檢測標準、石墨烯終端應用產品標準在內的一系列標準和規范。
 
　　一是使資源勘查適應產業發展需要，使寶貴資源物盡其用；
　　二是使企業有據可循，促進產業發展；
　　三是使市場監管部門有“法”可依，便于規范市場；
　　四是率先占位，使我國在未來全球石墨烯產業競爭中占據有利地位。
 
4、構建三個層次的石墨烯科技創新體系，打破終端應用瓶頸
 
　　科技創新是產業發展的根本動力，為促進我們石墨烯產業發展，拓展終端應用市場，建議建立三個層次的石墨烯科技創新體系： 
　　一是建立國家石墨烯研究院，由國家公共財政出資，大力引進國內外優秀人才，主攻企業和一般研究機構無法完成的重要基礎性研究，以及對產業發展全局具有重大影響的關鍵技術和高端產品研發，如超導材料、半導體器件、超級電容、儲能裝備、傳感器、生物應用等。 
　　二是通過政策鼓勵，資本支持，加強稅收，加強專利保護等方式，支持企業加大研發投入，建立產－學－研發聯合體，使企業成為石墨烯應用研發的科技創新主體，加快研發成果產業化。近期重點研發可以實現產業化的項目，例如：導電玻璃、超級石墨烯光纖、鋰離子電池導電劑、防腐涂料等。 
　　三是建立研發基金和產業孵化器。由政府和企業合作，充分吸納社會資本，建立以實用技術創新為導向的研發基金，由石墨烯制備企業提供試驗樣品、共享實驗室，鼓勵科技人員、高校研究生等投入終端產品研發的科技創新活動；建立石墨烯創業孵化器，鼓勵科技創新成果產業化，切實形成“大眾創業，萬眾創新”的局面，實現終端應用技術和產品研發的多領域突破。與以上兩類創新體系不同，第三層次的研發基金和產業孵化器重點關注與民用相關的技術，將石墨烯產品融入到老百姓生活的方方面面。
 
來源：石墨盟；中國石墨產業發展的機遇、問題與建議，作者： 馬哲，李建武，安彤
編輯整理：粉體技術網