石墨烯产业化应用开发.pdf

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1、附件：宁波市重大科技专项“石墨烯产业化应用开发”实施方案（甬科计 201393 号）石墨烯是一种新型碳材料，具有优异的电学性质、丰富的光 学特性，可应用于电子信息、新能源、航空航天、复合材料等领 域。对于现在运用的电子芯片、导体材料等有大面积替代的可能 性，同时石墨烯电池在技术上的突破，对新能源汽车等新能源设 备行业具有重要的意义，应用空间广阔。当前，世界多国政府和 企业已将石墨烯及其应用技术列为重要战略布局，纷纷加大研发 支持力度，推进石墨烯应用的商业化。其中欧盟设立 10 亿元专 项研发计划、英国投资 6100 万英镑建立国家石墨烯研究所等，以期在由石墨烯引发的新一轮产业革命中占据主动和先

2、机。作为一种新材料，石墨烯量产技术的突破将有望迅速形成一 批新的应用技术与产品，产生以石墨烯为核心的创新产业集群，也可在众多传统产业的技术转型以及创新型产业的发展中发挥 重要作用，带动地方经济发展。目前，宁波在石墨烯产业领域已 经形成了一定的基础。中科院宁波材料所已成功突破了石墨烯微 片低成本规模化制备技术。宁波墨西科技有限公司年产 200 万平 方米石墨烯涂层铝箔生产线已建成投产，成为全国首个正式面向 市场的石墨烯应用产品，可广泛应用于锂电池、超级电容等新能源领域，同时计划于 2013 年底建成年产 300 吨的石墨烯生产线。以石墨烯这一新材料为牵引，以市场需求为主导，设立“石 墨烯产业化应

3、用研发”重大专项，可以加快石墨烯产业化及应用 进程，形成基于石墨烯的系列新技术、新产品和新应用，并带动 石墨烯下游若干产业，增强我市锂电池、涂料/油墨、塑料领域 等相关企业的科技创新能力和产品竞争力，提高产品附加值，带 动我市传统优势产业的转型升级，加速战略新兴产业的培育发 展，提升我市新材料产业在全国的竞争力。一、总体思路与发展目标（一）总体思路 全面贯彻落实创新驱动发展战略，以宁波市“十二五”科 技创新发展规划 和宁波市中长期科技发展规划纲要（2006-2020 年）的文件为指导，通过石墨烯下游应用技术研发与应用产品 示范推广专项的实施，构筑以应用企业为主体，科研机构、研发 企业、应用企业

4、三者新型产学研合作对接机制，推动石墨烯全产 业链规模化、高端化、集群化发展，示范引领宁波传统产业转型 升级，为宁波率先实现创新驱动发展格局、建设工业强市提供强 大支撑。（二）发展目标 到 2016 年，石墨烯相关企业和研究机构创新活力和效率有 效提升，创新效益大幅提升，对引领带动宁波新材料产业发展、传统产业转型升级做出突出贡献。产业发展取得突破：石墨烯相关产业市场规模达 20 亿 元，形成 1 个国家级的产业基地，在全国乃至全球形成明显竞争 优势，对全市下游应用产业示范带动作用不断增强。新兴企业不断涌现：引进、培育石墨烯应用研发企业 20 家以上，培育下游应用生产企业 100 家以上。其中，高

5、成长企 业 10 家。科技创新成效显著：自主研发石墨烯相关应用技术 50 项以上，开发出石墨烯相关新产品 30 种以上，形成相关的行业 与企业标准 30 项以上，申请发明专利 30 项以上，争取国家重大 科技项目支持不少于 3 项。高端人才加快集聚：引进、培养石墨烯应用技术专业研 发人员 100 人，在各专业领域形成石墨烯应用技术研发团队 10 支以上。二、重点领域与应用方向 结合宁波产业发展现状和石墨烯产业发展基础，未来 3 年，本专项将重点支持锂离子电池、超级电容器、涂料/油墨、导热 材料和高分子复合材料 5 个石墨烯下游重点领域应用研发、推 广。（一）锂离子电池 重点支持利用石墨烯优异的

6、导电/导热性能和良好的结构柔 韧性，发展石墨烯导电添加剂、石墨烯复合电极材料以及石墨烯 涂层铝箔等新技术领域研发、推广。全面提升现有锂离子电池的综合性能，为其在下一代便携式电子产品、电动汽车、通讯基站 及风光发电储能等领域的应用提供解决方案，进一步提升宁波市 锂电产业的核心竞争力。主要应用方向包括：石墨烯功能涂层铝箔及其应用技术；高 性能磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料；石墨烯导电添加剂及其应 用技术；应用石墨烯导电剂与石墨烯涂层铝箔的大容量智能手机 用锂离子电池；应用石墨烯导电剂与石墨烯涂层铝箔的通讯基站 及风光发电储能用锂离子电池；应用石墨烯导电剂与石墨烯涂层 铝箔的磷酸铁锂动力电池和储能电池

7、。（二）超级电容器 重点支持利用石墨烯巨大的比表面积，优异的导电性和结构 稳定性，开拓石墨烯在超级电容器应用领域中的研发、推广。形 成具有国际领先水平的超级电容器生产与应用技术，大幅拓展超 级电容器的应用领域和市场竞争力，拓展、优化宁波市新能源产 业布局，形成特色产业奠定基础。主要应用方向包括：用于超级电容器的活性石墨烯的规模化 制备技术；石墨烯超级电容器研制与应用示范。（三）涂料/油墨 重点支持综合利用石墨烯导电、导热和抗腐蚀的性能，研制 利用石墨烯作为功能填料的新型涂料和油墨，开发出针对不同应 用领域，并在性能指标和生产成本上具备综合竞争优势的若干石 墨烯涂料与油墨产品。提升宁波市海洋涂料

8、、半导体材料等相关产业的技术水平和行业竞争力 主要应用方向包括：应用于海洋、化工等领域的石墨烯重防 腐涂料；绿色环保石墨烯水性无机涂料；新一代石墨烯无机粉末 涂料；用于不粘锅涂料及 LED 灯具的石墨烯导热涂料；用于印 刷电路的石墨烯导电油墨。（四）导热材料 重点支持利用石墨烯极高的热导率及各向异性的导热特性，发展石墨烯在导热/散热材料领域的应用，研制以石墨烯为功能 组分的高性能导热膜及导热胶产品，满足高功率电子产品对于高 效热管理系统的迫切需求，提升宁波市在电子信息技术配套产业 中的技术实力与市场竞争力。重点应用方向包括：用于智能手机及平板电脑散热的石墨烯 导热膜；用于大功率计算机散热的石墨

9、烯柔性导热片。（五）高分子复合材料 重点支持利用石墨烯导电/导热性能优异、机械强度高的优 势，发展石墨烯在高分子复合材料领域的应用，在多种常规塑料 基体中，研制以石墨烯为功能填料的各类型导电、导热和结构增 强塑料，开发具有自主知识产权的新型石墨烯复合材料产品。进 一步提升宁波市在塑料产业中的传统优势地位，并推动产业转型 升级。主要应用方向包括：石墨烯抗静电/导电塑料；石墨烯导热 塑料；石墨烯结构增强高分子复合材料。三、重点应用研发项目 围绕本专项目标与重点研发、应用领域，结合石墨烯未来发 展应用趋势，具体设置如下 16 个重点应用研发项目，并力争在 2-3 年后形成可面向市场推广的新技术与新产

10、品。（一）锂离子电池 1、石墨烯功能涂层铝箔集流体 研发内容：研发石墨烯涂层铝箔的规模化生产工艺与品质控 制技术；针对不同型号的锂电池研发不同规格的石墨烯涂层铝箔 及相匹配的电池工艺。预期目标：石墨烯涂层铝箔性能指标超过国际高端导电碳涂 层铝箔产品；初期形成每年 200 万平米的石墨烯涂层铝箔集流体 的稳定生产能力，并建立完善的产品与应用标准，待应用技术成 熟后，进一步拓展至年产 1000 万平米的规模，产值超 1 亿元。2、磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料 研发内容：磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料制备工艺的优化 与稳定；研发与磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料相匹配的合浆与 涂布工艺。预期目标：材料的倍

11、率性能、循环稳定性以及低温性能超越 现有的商品化磷酸铁锂正极材料。初期形成吨级的稳定生产，产 品性能通过国内知名锂电池企业检测评估，并形成相应的行业标 准。待技术成熟后，向 5 家以上规模锂电池企业推广磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料，力争每年实现 500 吨的应用规模，产值超5000 万元。3、智能手机用大容量锂离子电池 研发内容：研发石墨烯导电剂和石墨烯涂层铝箔在钴酸锂电 池中的应用技术，开发面向高端智能手机的大容量、长寿命钴酸 锂电池。预期目标：电池能量密度 W20/kg,1C 容量/0.2C 容量 98%,1C 循环 500 周容量保持率 90%。产品性能与质量通过 国家权威部门检测认证。

12、待产品技术成熟后，力争实现每年 3000 万安时的应用规模，产值超 2 亿元。4、通讯基站及风光发电储能用锂离子电池 研发内容：研发石墨烯导电剂和石墨烯涂层铝箔在磷酸铁锂 电池中的应用技术，开发面向通讯基站及风光发电应用的大容量 磷酸铁锂储能电池。预期目标：实现电池能量密度 120Wh/k 循环寿命 3500 次，20C放电容量率 80%。产品性能与质量通过国家权威部门 检测认证。待产品技术成熟后，力争实现每年 3000 万安时的应 用规模，产值超 2 亿元。5、电动汽车用磷酸铁锂动力电池 研发内容：研发石墨烯导电剂与石墨烯涂层铝箔在高性能动 力锂电池中的应用技术，全面评估电池在各工况下的服役

13、状况。预期目标：使用石墨烯的磷酸铁锂动力电池，在充电时间和 使用寿命上较现有产品有显著提升。产品性能与质量通过国家权 威部门检测认证，并与国内知名车企联合研发基于此电池的电动 汽车。待产品技术成熟后，力争推广应用规模达到 2000 辆纯电 动车，产值超 2 亿元。（二）超级电容器 1、石墨烯超级电容器研发 研发内容：研发用于超级电容器的活性石墨烯的低成本、规 模化制备技术；研发针对石墨烯的超级电容器制作工艺与电解液 匹配；研发石墨烯涂层铝箔在超级电容器中的应用技术；研制各 型号石墨烯超级电容器，进行模拟实际工况下的全面性能测试。预期目标：发展活性石墨烯的规模化制备技术，实现中试规 模生产；研制

14、出高电压（3V 以上）的石墨烯超级电容器，能量 密度较现有商业化超级电容器产品提升 50%以上。石墨烯超级电 容器年产能达到 10 亿法拉，产值 1 亿元。（三）涂料/油墨 1、石墨烯重防腐涂料 研发内容：研发石墨烯在现有重防腐涂料中的稳定分散技 术；优化石墨烯防腐涂料的配方与生产工艺；研发针对石墨烯防 腐涂料的施工工艺。预期目标：开发出性能优于现有产品的石墨烯重防腐涂料产 品。在石墨烯添加量小于 3%的条件下，涂料的耐盐水、耐盐雾 以及耐汽油的标准较现有产品提升 30%以上，表面电阻率低于 0.2 M Q,附着力、冲击强度和柔韧性符合国家标准。建立相关产 品的行业与企业标准，申请发明专利 5

15、 项以上。石墨烯重防腐涂 料年产量达 1 万吨，产值超 2 亿元。2、石墨烯水性纳米涂料 研发内容：研发石墨烯在水系溶剂中的稳定分散技术与工艺 以及分散剂；研制出多功能的水性石墨烯涂料助剂；研发石墨烯 与其他无机填料的优化匹配与预处理工艺；研发石墨烯水性无机 涂料的低成本规模化生产技术。预期目标：开发出若干种绿色环保的石墨烯水性无机涂料，耐酸性、耐碱性和耐盐雾水平均较现有产品提升 30%以上，为 0/1 级，耐磨性 2000 个行程，硬度、耐冲击性、附着性达到国 家标准。建立相关产品的行业与企业标准，申请发明专利 5 项以 上。石墨烯水性纳米无机涂料年产量达 1 万吨，年产值 2 亿元。3、石

16、墨烯粉末涂料 研发内容：研发石墨烯与固体粉末的均匀分散技术与工艺；研发针对石墨烯功能填料的加工工艺与设备；研发石墨烯粉末涂 料的施工工艺。预期目标：开发出若干款石墨烯粉末涂料产品，耐盐雾和耐 湿性均超过 1000 小时，耐酸耐碱和耐油性均超过 300 小时，抗 冲击强度为50kg.cm,表面硬度达 3H，交叉开口附着力、弯曲 试验和压痕硬度均达到国家标准。建立相关产品的行业与企业标 准，申请发明专利 5 项以上。石墨烯基无机粉末涂料年产量达 1 万吨，年产值达 2 亿。4、石墨烯导热涂料 研发内容：研发石墨烯的高效分散技术；研发针对不粘锅应 用的石墨烯导热涂料的生产工艺；研发针对 LED 灯具

17、应用的石 墨烯导热涂料的配方与生产工艺。预期目标：开发出针对不粘锅用的高导热、高强度石墨烯涂 料与涂层技术。不粘锅用石墨烯涂料耐温性 450 C,耐磨性2000 次，常温硬度、热硬度（300C）均达到 9H,不粘性达到最高级，耐钢丝刷、耐铁铲性能优异。开发出针对 LED 灯具散热的石墨 烯散热涂料产品，散热涂料热导率 1 W/mK，耐酸性、耐碱性、耐溶剂性均大于 分钟，涂层硬度5H 以上，附着力为 100/100。建立相关产品的行业与企业标准，申请发明专利 3 项以上。石墨 烯导热油墨年产量达 1 万吨，产值 2 亿元。5、石墨烯导电油墨 研发内容：研发具有高电导率的石墨烯导电油墨；研发石墨 烯在含卤和无卤导电银浆中的分散工艺；研发石墨烯与纳米银的 均匀复合技术。预期目标：开发出纯石墨烯导电油墨，方阻W 10 Q,硬度 3H,2kg 正反折 10 次变化w 300%开发出石墨烯/银复合导电 油墨产品，其中含银量较现有纯银导电油墨降低 5%-10%，每吨 节约成本 25 万以上，其方阻w 13 m Q,硬度2I3H 正反折 5 次变化w 300%。石墨烯导电油墨年产量达 50 吨，年产值 1.5 亿 元。