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未来发展趋势预测:各应用领域需求提升带来石墨及碳素制品行业前景广阔发展
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未来发展趋势预测:各应用领域需求提升带来石墨及碳素制品行业前景广阔发展


 

报告发布方:中金企信国际咨询《石墨及碳素制品细分行业需求分析、重点区域分析及未来市场前景分析预测报告(2024版)

 

21 世纪被称为“碳世纪”,碳素材料素有“黑金子”的美称。目前已经形成规模应用的碳素新材料主要有各种特种石墨、碳纤维、炭/炭复合材料等,而更高端的石墨烯和碳纳米材料已经处于突破阶段。碳素新材料广泛用于航空航天、核能、风能、硬质材料制造等行业。

特种石墨主要指高强度、高密度、高纯度石墨制品(简称“三高”石墨),主要以优质石油焦、沥青焦等为原料,煤沥青或合成树脂为粘结剂,经原料制备、配料、混捏、压片、粉碎、再混捏、成型、多次焙烧、多次浸渍、纯化及石墨化、机加工而制成。特种石墨材料广泛应用在半导体、太阳能光伏、核电高温气冷堆材料、模具、粉末冶金、真空热处理等领域,并有逐渐向民用发展趋势。

1、我国石墨制品中低端产品多,特碳石墨比例低

我国是石墨生产和出口大国,同时也是进口大国,大部分以中碳或高碳形式直接出口,而高、精、尖工艺需要的石墨产品大部分从国外进口。一些发达国家把石墨列入战略储备资源,严格限制其开采、加工与出口,并且对石墨研发技术做了严格的保密规定。我国虽然是石墨大国,但不是石墨强国。目前仅能加工初级产品,缺少高附加值精深加工石墨产品及制品,石墨高技术产品需要大量进口,且进口价远大于出口价格。

我国石墨及碳素制品行业,一方面低端产品产能过剩、市场供大于求,如普通功率石墨电极、铝用阳极和普通阴极炭块等;另一方面高技术含量、高附加值的产品,如大规格大功率炭电极、核石墨、航空航天用石墨和各领域用特种石墨及炭复合材料等又有相当数量的缺口。石墨及碳素制品行业产品结构不合理的深层次原因在于技术开发投入不足,产业自主创新和技术集成创新能力弱,产品结构的优化升级缺乏强有力的技术支撑。

2、特种石墨主要应用领域

特种石墨广泛用于质量要求较高的冶金、化工、石油、机械、有色金属、航空航天环保、核工程等行业的高科技材料,其本身具有高强度、高密度、高纯度、化学稳定性高、结构致密均匀、耐高温、耐辐照、导电率高、耐磨性好、自润滑等特点,是高科技行业生产不可替代的材料之一。

 

政策方面,先有《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》推动,后有《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》发布,将特种石墨、锂电池正负极材料、石墨烯材料列为重点发展产品。政策导向将对我国特种石墨行业的发展起到至关重要的作用,特种石墨行业将迎来广阔的发展空间。

3、行业进入障碍

1)规模经济形成的进入壁垒

规模经济是指随着企业规模的扩大而使单位产品成本降低、收益增加的一种经济特性。新进入者必须以大规模生产的方式进入市场,否则将不得不面对成本劣势的现实。

2)资本壁垒

石墨及碳素制品行业是资金密集型行业,无论是研发、建厂、购置生产线及5-8 个月生产周期等方面都存在着一般生产性行业所无法比拟的资金壁垒。同时资金实力还会对客户的信任、渠道的信心等方面构成很大的影响。

3)人才壁垒

石墨及碳素制品行业是人才密集型行业,需要研发、生产、运营、营销各方面优秀人才的强力加盟。实际上,部分国内生产企业设备已接近世界先进水平,但产品质量却有较大差距。

4)客户粘性形成的进入壁垒

早期入行的企业存在先入为主的优势,其产品对客户会形成一定的粘性。当新进入企业销售产品时,往往需要打破原有市场格局,要么拓展新的客户,要么抢占原有企业的老客户。新进入企业不仅在需要广告宣传上加大力度,花费巨额支出,还需要争取客户对其产品的认可。下游客户已经非常熟悉原有的供货企业,对其销售模式、发货流程、甚至业务人员等都很了解,已经习惯与原有供货企业的沟通交流,形成一定的粘性,这将对新入企业造成一定的进入壁垒。

5)产品技术形成的进入壁垒

特种石墨制品的性能要求较高。这种特点决定了特种石墨制品高研发和高试制费用,高资产专用性和高流动资金占用。同时具有比较高的技术壁垒和资金壁垒。另外,由于特种石墨制品需求的不断变化,对于更先进的产品技术开发将成为行业发展的方向。新产品的研发涉及的技术面比较广,对于新进入者而言,技术壁垒较高。

4、特种石墨作为具备多种优良特性的碳素新材料具有良好的市场前景

1)中国光伏产业催生特种石墨需求高速增长

2019年虽然我国光伏新增装机再次同比下降,但是新增和累计光伏装机容量仍继续保持全球第一。2019年,我国新增光伏并网装机容量达到30.1GW,同比下降32.0%;截至2019年底,累计光伏并网装机量达到204.3GW,同比增长17.1%;全年光伏发电量2242.6亿千瓦时,同比增长26.3%,占我国全年总发电量的3.1%,同比提高0.5个百分点。

2019年,尽管在政策调整下,我国光伏应用市场有所下滑,但受益于海外市场增长,我国光伏各环节产业规模依旧保持快速增长势头。在产业制造端各环节,截至2019年底,我国多晶硅产能达到46.2万吨,同比增长19.4%,产量约34.2万吨,同比增长32.0%;硅片产量134.6GW,同比增长25.7%,单晶硅片实现大逆转,占比超过65%;电池片产量108.6GW,同比增长27.7%,PERC单晶电池量产平均效率达22.3%;组件产量98.6GW,同比增长17.0%。

出口方面,据中国光伏行业协会消息,2019年,我国光伏产业出口表现亮眼,实现出口额、出口量“双升”。光伏产业出口额超过200亿美元,创下“双反”以来的新高。这其中,组件出口增长最为突出,出口量超过65GW,出口额为173.1亿美元,超过2018年全年光伏产品出口总额。

2)电火花加工对特种石墨的需求稳定增长

电火花加工的主要优势在于能适合于难切削材料的加工,工具电极与工件不接触,两者间作用力很小,适用于加工特殊及复杂形状的零件。在电火花加工工艺中,作为阳极的工具电极可以使用铜质材料,也可使用石墨材料。石墨电极与铜电极相比具有比铜轻,密度只有铜的 20%、易加工、切削加工不易产生应力及热变形、熔点在 3,000℃以上时热膨胀系数小的特点。

3)核安全加快石墨材料在核电中的应用

日本福岛核事故引发核电危机,核安全成为未来核电发展的关键因素。欧洲一些国家放缓或停止了核电站的建设,德国甚至宣布 2020 年关闭核电站,我国也在重新审视核电发展的规划。但从长期看,核电依然是发电效率最高、最有前途的发电机组,我国大力发展核电的长期规划没有改变。在核电建设中,核安全是首位。高温气冷堆是国际核能界公认的目前安全性最高的新型核反应堆,是未来核电装置的发展趋势。

石墨是中子的慢化剂和优良的反射剂,其自身很多优良特性确立了它在核工业领域中关键材料之一。在高温气冷堆中,炭材料是不可缺少的减速材料、反射材料和结构材料。高温气冷堆需要大量的高级石墨材料,可以说没有核石墨材料就无法建成高温气冷堆。在高温气冷堆中由于用氦气作为冷却剂,用碳素及陶瓷材料作为燃料的包覆材料,用石墨或炭质材料作为减速材料和炉芯结构材料,可以把接近 1,000℃的高温气体导出反应堆外作为能源使用。国际上已经建立了多座开发研究用高温气冷堆。此外,核石墨可以用来制作热结构件,各向同性炭石墨材料用于制作石墨球、堆芯材料、电极等核石墨制品。

4)其他需求:模具、连铸和人造金刚石石墨增长潜力不容忽视

我国用于制造模具和连铸的石墨数量较大,石墨模具和连铸用各类石墨约占总需求量 超过20%。机械工业中的铸造行业大量使用石墨材料作为加压铸造、离心铸造、超硬合金的热挤压等加工模具。生产大规格的纯铜、青铜、黄铜等主要采用连铸的方法,其中对产品质量起着至关重要影响的结晶器就是用等静压石墨材料制成的。由于等静压石墨在热传导、热稳定、自润滑、抗浸润及化学惰性等方面具有良好的性能,使之成为制作结晶器不可替代的材料。等静压石墨还用于制作金刚石工具和硬质合金的烧结模具,光纤拉丝机的热场部件(加热器、保温筒等),真空热处理炉的热场部件(加热器、承载框等),以及精密石墨热交换器、机械密封部件、活塞环、轴承、火箭喷嘴等。

 

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