石墨烯产业化应用开发

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 2013 93 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 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 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 520 Wh 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 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 kg 循环寿命 3500 次 20 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 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 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 耐磨性 2000 次 常温硬度 热硬度 300 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 30 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 10 硬度 3H 2kg 正反折 10 次变化 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 13 m 硬度 3H 2kg 正反 折 5 次变化 300 石墨烯导电油墨年产量达 50 吨 年产值 1 5 亿元 四 导热材料 1 石墨烯导热膜 研发内容 研究石墨烯导热膜在水平及垂直方向的热导率 调控技术 研发大面积石墨烯导热膜的连续化卷对卷制备技术 预期目标 开发出针对智能手机及平板电脑芯片散热应用 的石墨烯导热膜 其平面热导率在 1000 W mK 以上 纵向热导 率达到 10 W mK 以上 耐弯折 10000 次以上 实现石墨烯导热 膜年产 5 万平米 年产值 1 亿元 2 石墨烯柔性导热片 研发内容 在硅胶等柔性基体中研发石墨烯的均匀分散与 复合技术 研发石墨烯导热片的规模化生产技术与工艺 预期目标 开发出针对大功率计算机散热应用的石墨烯柔 性导热片 其垂直方向热导率达到 30 W mK 以上 可压缩量不 低于 40 瞬间压缩应力不高于 100psi 长期应力不高于 50psi 同时具备无腐蚀 不掉屑 阻燃等特性 五 高分子复合材料 1 石墨烯抗静电 导电塑料 研发内容 研发针对塑料体系应用的石墨烯改性技术与相 应的分散剂 在不同塑料基体中 在现有工艺基础上 针对石 墨烯的物理化学特性 优化熔融共混 溶液共混等工艺 实现 石墨烯的均匀分散 研发石墨烯导电母粒的规模化生产工艺 预期目标 开发出若干款针对聚苯乙烯 聚丙烯和聚碳酸 酯等不同塑料基体的石墨烯抗静电 导电塑料产品 石墨烯添加 量为 1 时 产品电导率达抗静电标准 产品达到导电标准时石 墨烯添加量 5 时 技术成熟后 石墨烯抗静电 导电塑料母粒 实现年产 500 吨 年产值 1 亿元 2 石墨烯导热塑料 研发内容 研发石墨烯在常规塑料基体中的分散技术 研 发母粒 板材 薄膜等具有不同宏观形貌的石墨烯导热塑料的 生产工艺 以及在各维度方向上的导热特性 预期目标 开发出若干款针对不同塑料基体的石墨烯导热 塑料产品 石墨烯添加量小于 5 热导率高于 0 5 W mK 石墨 烯添加后塑料机械加工性能无显著变化 技术成熟后 石墨烯 导热塑料母粒 板材和薄膜实现年产量 300 吨 年产值 5000 万 元 3 石墨烯 超高分子量聚乙烯高性能复合材料 研发内容 研究石墨烯在超高分子量聚乙烯纤维及无纬布 中的分散技术 研究石墨烯 超高分子量聚乙烯纺丝液配制技术 并优化纤维成型和后处理工艺 形成石墨烯 超高分子量聚乙 烯纳米复合纤维及无纬布产业化制备技术 研发目标 提升现有系列超高分子量聚乙烯防弹制品的高 性能和轻量化水平 开发出兼具高强度 低密度和电磁屏蔽 吸 波功能的新型高性能复合材料 形成石墨烯增强超高分子量聚 乙烯无纬布制备技术 使系列防弹制品在相同防弹效果下减重 10 以上 研究石墨烯 超高分子量聚乙烯纳米复合纤维制备技 术 使复合纤维导电性提高 具有抗静电功能 研制出具有电 磁屏蔽 吸波功能的石墨烯 UHMWPE 复合材料新产品 1 2 个 石墨烯纳米复合纤维实现年生产 300 吨 复合增强无纬布实现 年生产 500 万 m2 产值 1 5 亿元 四 组织实施 一 实施年限 本专项实施年限为三年 分年度 分步骤实施各个项目 其中第一年度编制年度项目申请指南 启动第一批重点应用研 发项目 第二年度启动第二批重点应用研发项目 开展第一批 重点研发项目的中期评估 第三年度从重点研发项目中择优选 取若干项目开展示范推广应用 并进行专项总结和绩效评估 二 项目申报 根据本专项中确定的重点应用领域和方向 在充分调研和 技术需求征集的基础上 制定和发布专项重大应用研发项目的 申报指南 并列入年度科技计划 专项实行开放式的项目管理 方式 鼓励符合条件的相关企业根据项目申报指南的要求积极 申报重大项目 项目申报和后续管理按 宁波市科技计划项目 管理暂行办法 的相关要求进行 三 申报主体 本专项实施主体主要面向石墨烯产品应用企业或石墨烯产 品研发生产企业 鼓励应用方企业与我市在石墨烯材料研发方 面具有优势的企业和科研机构开展合作 以产学研合作的方式 实施项目 重点突破 加快石墨烯应用产品开发与推广 四 支持方式 引导建立以项目承担企业为投资主体的科技经费投入方式 市财政资金在项目承担实施企业先行研发投入的基础上 根据 各应用研发项目的实际投入需要 给予项目承担单位不高于 30 的 研发投入经费配套支持 五 保障措施 一 成立专项协调小组 成立由