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石墨产业发展的问题及对策
作者:段小华 李哲 发表时间:2014年07月21日

  石墨是具有较强战略性和产业关联度的新材料。我国石墨新材料产业的创新主体错位、创新基地欠缺、创新项目部署失衡,制约了产业创新能力的快速提升。本文提出应以企业为核心整合创新资源,重构产业创新体系,培育可持续发展的创新团队。

  石墨作为碳材料的重要一支,以耐高低温、耐腐蚀、导电、导热、润滑等多种特性,具有广泛用途,产业关联度高。石墨新材料是以天然或人造石墨为主要原料,通过精深加工获取的新材料,主要包括柔性石墨、阻燃材料、各向同性石墨、电池材料、石墨烯、人造金刚石、石墨乳、石墨复合材料、电极材料等。与石墨应有的战略地位相比,我国石墨新材料产业的创新体系建设长期以来较为薄弱,表现为创新主体错位、创新基地建设滞后、科研项目布局失衡等方面,造成创新链、产业链的脱节,石墨新材料产业的整体创新能力不足。

  创新主体错位制约石墨产业链协调发展

  我国石墨新材料的产业链包括上游石墨矿产原料、中游深加工原料、下游应用材料等环节。从产业链看,我国企业大部分以石墨原料粗加工为主,缺乏精深加工和新材料开发能力;高校和科研院所热衷于产业链下游新材料的基础研究,与我国企业的实际需求脱节。

  科研机构热衷新材料的前沿基础研究

  高校和科研院所的错位集中表现在石墨烯的研发上。石墨烯是只有一个或多个碳原子厚度的二维材料,具有优异的电学、热学和力学性能。石墨烯作为一种远期才有商业化前景的新材料,在全球范围内都仅停留在基础研究阶段,按理说这不应成为我国学术界的研究重点。但是近年来,在很多机构的追捧下,石墨烯俨然已成为碳材料研发的前沿和热点领域。在国家自然科学基金、973计划、中科院知识创新工程等支持下,我国一些科研机构跟踪国际学术前沿,在石墨烯结构、制备、石墨烯纳米材料及石墨烯复合材料等领域的科学研究取得较大进展。如果以论文为衡量标准,我国石墨烯相关基础研究已位居世界前列。据统计,到2010年,中国石墨烯论文总数位高居世界第二(见表1),中科院已是全球发表石墨烯论文最多的研究机构(见表2)。相比之下,与现有产业发展关系更为密切的相关产品(如各向同性石墨、石墨复合材料、可膨胀石墨等)的研发、生产和应用则较为欠缺。

  企业以矿产资源粗加工为主

  我国石墨企业大部分位于产业链的前端,以原料和初级产品生产销售为主,从事石墨新材料研发生产的企业屈指可数。近年来,由下游应用市场引发的新材料产业投资增长迅速。但是,大部分企业都缺乏与之配套的技术开发能力,存在同类产品集中重复投资、产能过剩的危机。如很多企业看好新能源汽车等战略性新兴产业的发展潜力,纷纷在原料所在地投资兴建锂电池负极材料等石墨深加工项目,潜在产能已经远远超过实际需求。中国(深圳)宝安集团与哈尔滨工业大学等高校和科研院所合作研发的基础上,投资10亿元兴建鸡西贝特瑞石墨产业园,形成了年产3万吨球形石墨、高纯石墨、锂离子电池负极材料等新材料的产能。中铁资源集团公司在黑龙江鸡西一期投资30亿生产高纯石墨、球形石墨、石墨乳、锂电池负极材料(含动力电池和储能电池),二期将进一步延伸产业链,建立资源、选矿、深加工的研发中心。北汽集团普莱德新能源公司引入松下、陶瓷化学等国外技术,拟投资20亿,年产10万吨锂电池负极材料。中建材集团投资20亿,成立南方石墨公司,收购、整合了郴州微晶石墨矿区,也在筹划投资石墨深加工项目。内蒙古瑞盛新能源公司在整合兴和及巴彦淖尔石墨矿后,2012年投资各向同性石墨和高导热石墨项目,建立石墨深加工园区,产品涉及大鳞片、细鳞片、微晶石墨深加工、各向同性石墨和高导热石墨。这些项目极大地提升了整个行业的产能,产品结构更趋优化,但主要的技术来源仍采用传统的浮选、高温提纯方法,高端新材料系列产品的后续研发能力较为欠缺。

 

 

  创新基地建设滞后于产业发展需求

  相比对石墨烯等基础研究如火如荼,我国石墨新材料相关的学科建设停滞不前,公共科技平台和创新基地欠缺,使得产业关键技术研发能力仍然薄弱,产业化程度较低。

  石墨材料学科建设薄弱

  我国碳材料相关研究主要集中在碳纳米管、碳纤维、石墨烯、人造金刚石等前沿领域,而石墨材料在碳材料研究体系中的位置尚未得到足够重视,相关学科建设和科研条件相对薄弱。石墨作为非金属矿的一个细微分支,高校地矿类学科还没有石墨采选矿相关专业设置;仅有湖南大学、武汉科技大学、中南大学等少数高校曾经开设碳素专业。比较长期、系统研究天然石墨材料的团队有清华大学、中科院山西煤化所、湖南大学、武汉科技大学、武汉理工大学等,研究力量和科研条件仍有待加强。

  石墨共性技术研发平台薄弱

  我国石墨新材料共性技术研发体系尚不健全。全国范围内还没有一家石墨领域的国家重点实验室和国家工程(技术)研究中心,石墨产业技术创新战略联盟、石墨科技创新服务平台等创新基地建设也刚刚起步。由于缺乏高水平的公共研发平台,制约了石墨深加工产品序列、工艺技术和装备的研发,使得我国石墨新材料产品品种较少,性能数据不全、批次质量不稳定,产业竞争能力不强,不能形成高端产品的系列化开发。据有关专家介绍,美国已有16,100个石墨深加工的品种,日本有1610个深加工品种,中国仅有110个。我国石墨新材料的品种和质量与国外先进水平有巨大差距。

  解决创新链与产业链的脱节问题

  在较长一段时期,我国在石墨领域的科技计划和产业化项目布局在创新链和产业链上都有一定程度的失衡。一方面,创新链上侧重于依托高校和科研机构开展石墨新材料的应用基础研究,对以企业为主体的产品和工艺技术开发重视不够;另一方面,科技项目主要集中于产业链后端的各类新材料应用开发,而对于产业链前端尤其是原料采选、提纯等环节的支持较少,这与我国石墨产业的财富创造能力集中于产业链前端的现状脱节。比如,“十五”期间,国家科技计划重点支持了球形石墨、氟化石墨、渗硅石墨、显像管石墨乳、锂离子电池碳材料、燃料电池碳材料、膨胀石墨等新材料的基础和应用研究。“十一五”期间,科技计划支持了多个有关石墨和金刚石的研究、各向同性石墨生产技术、新型电池用天然石墨材料制备技术研究等。

  科技项目在创新链和产业链的脱节在一定程度上造成科技创新对我国石墨产业发展的贡献不足。由于没有在产业链前端部署石墨高效绿色提纯攻关课题,我国高纯石墨加工技术水平难以提升,造成产业链后端有关石墨新材料开发所需的高端石墨原料依赖进口,相应地也制约了国内石墨新材料的研发和产业化。为解决这些问题,2012年,工业和信息化部颁布的《新材料产业“十二五”发展规划》将石墨列入“新型无机非金属材料”重点任务,首次提出“积极发展高纯石墨,提高锂电池用石墨负极材料质量,加快研发核级石墨材料”。“十二五”期间,国家科技计划在石墨领域的研发项目布局有所调整,重点支持石墨绿色提纯技术及新材料制备技术研发。

  进一步加强石墨新材料的科技创新能力

  以企业为主体重构产业创新体系

  为改变石墨新材料研发和产业实际需求脱节的状况,进一步提高产业创新能力和价值创造能力,应以企业为主题,以石墨矿产资源汇聚、整合研发力量,逐步形成支撑有力的石墨产业创新体系。具体措施可以是:

  (1)联合已建的纳米、冶金、非金属矿等领域的国家重点实验室,集中优势创新资源,加快建设国家级的石墨产业研究院、石墨新材料重点实验室和工程技术中心等创新基地,加强产业前沿技术研发、石墨深加工共性技术和工程技术研发。

  (2)支持企业建立技术研发中心,集成国内外科技资源开展石墨新材料产品系列研发,逐步提升企业创新能力。

  (3)在资源集聚地建立1~2家石墨产业科技园,创建产业技术创新服务平台,开展试验开发、产品检测、信息咨询等公共服务;将现有产业技术创新战略联盟提升为国家级联盟,加快石墨新材料先进技术的合作研究、产业化示范、技术转移和推广应用。

  着力培育可持续发展的创新团队

  加强石墨新材料学科建设,支持大学加强石墨基础研究及技术人才培养。布局建设1~2所石墨行业职业技术学校,培养实用型工程技术人才和管理人才。以国家科技计划项目、国家级创新基地和平台为载体,通过千人计划等途径引进石墨领域的领军人才,培养、吸引和聚集一批从事石墨新产品研发、共性技术开发、工程转化及行业管理等各类专业人才,形成高素质、多层次、结构合理的石墨科技与产业创新团队。充分利用现有各类人才计划和政策,建立健全石墨科技与管理人才激励机制,优化有利于石墨产业创新创业的人才成长环境,促进科技成果的转化。

  作者单位:中国科学技术发展战略研究院

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