石墨膜国内技术成熟稳定 石墨烯膜国产优势明显

石墨是相较于铜和铝等金属更好的导热材料，主要原因在于石墨具有特殊的六角平面网状结构，可以将热量均匀地分布在二维平面并有效地转移。在水平方向上，石墨的导热系数为300~1900W/（m·K），而铜和铝的导热系数约为200~400W/（m·K）。在垂直方向上，石墨的导热系数仅为5~20W/（m·K）。因此，石墨具备良好的水平导热、垂直阻热效果。同时，石墨的比热容与铝相当，约为铜的2倍，这意味着吸收同样的热量后，石墨温度升高仅为铜的一半。此外，石墨密度仅为0.7~2.1g/cm3，原低于铜的8.96g/cm3和铝的2.7g/cm3，因此可以做到轻量化，能够平滑粘附在任何平面和弯曲的表面。

随着技术改善，石墨膜的加工工艺更加成熟，目前最薄可到0.01mm，其水平轴的导热效率也高达1,900W/(m·K)。然而，石墨散热片并不是越薄越好，关键是要将功率器件和散热器之间的缝隙填满。因此，不同应用场景下使用的石墨散热膜各有不同。

主流的散热膜有天然石墨散热膜、人工合成石墨散热膜和纳米碳散热膜三种。

（1）天然石墨膜：完全由天然石墨制成，在真空条件下不会发生脱气现象，在400℃以上的温度也可继续使用，最低能做到0.1mm左右，主要应用在数据中心、基站和充电站等。

（2）人工石墨散热膜：由聚酰亚胺（PI膜）经过碳化和石墨化制成，是当前最薄的散热膜材料，最薄可做到0.01mm，广泛应用于手机、电脑等智能终端产品。

（3）纳米碳散热膜：由纳米碳（石墨同素异构体）制成，最薄可做到0.03mm，散热功率可高达1000~6000。由于纳米碳散热膜加工工序简单，只需要开模和冲切，成本低售价也低。

智能手机中主要使用人工合成石墨膜，用量视手机性能和要求而定，大概在3~6片，使用到的部件包括镜头、CPU、OLED显示屏、WiFi天线、无线充和电池等。其中CPU对散热的性能要求最高，其次是无线充，再次是镜头和电池，最后是显示屏和WiFi天线。目前，高导热石墨膜的价格约为0.2~0.3美金/片。初步估算，单机石墨膜价值量为1~2美金。未来，随着智能手机更多创新型的电子化设计，单机石墨膜价值量有望进一步提升。

行业竞争激烈，价格持续走低

目前导热石墨膜行业主要参与者为日本松下、美国Graftech、日本Kaneka、碳元科技、中石科技和飞荣达等国内外企业。日本松下和美国Graftech进入该领域较早，技术较为成熟，是先行者。国内碳元科技、中石科技和飞荣达等技术成熟且相对领先，并且成功进入三星、华为等主要手机生产商的供应链体系。由于行业进入门槛相对较低，众多厂商参与进来，导致价格竞争激烈，产品价格持续走低。根据碳元科技和中石科技招股说明书等公告披露，2014年以来，单层和多层高导热石墨膜价格持续下滑，已经从2014年400元/㎡下降至2017年的180元/㎡左右。

PI膜是人工石墨膜的核心材料，高端产能集中在国外厂商手中

智能手机中广泛使用的人工石墨散热膜是由聚酰亚胺（PI膜）经过碳化和石墨化制成的。

聚酰亚胺、胶带和保护膜等是上游关键原材料，其中又以聚酰亚胺（PI膜）为主，成本占比高达30%。PI膜是一种高性能的绝缘材料，可广泛应用于卫星导航、数码产品、计算机、手机等领域。该产品具有较高的技术壁垒，全球范围内生产厂商较少，高端主要有美国杜邦、日本Kaneka、韩国SKPI等，其中美国杜邦公司占据全球40%以上的高性能聚酰亚胺薄膜市场，是PI膜厂商龙头，产品品种齐全，能够满足各类PI 薄膜应用需求。国内厂商主要生产低端产品。

导热系数最高、导电性能好，下游锂电材料和导热膜空间巨大

石墨烯是已知的导热系数最高的物质，理论导热率达到5300W/m·K，远高于石墨。它是由单层碳原子经电子轨道杂化后形成的蜂巢状二维晶体，厚度仅为0.335nm，又称为单层石墨，是碳纳米管、富勒烯的同素异形体。根据中国石墨烯产业技术创新战略联盟标准，单层石墨烯指由一层碳原子构成的二维碳材料。

石墨烯的快速导热特性与快速散热特性，使其成为传统石墨散热膜的理想替代材料，广泛用于智能手机、平板电脑、大功率节能LED照明、超薄LCD电视等散热。除高导热性之外，石墨烯还有其他优异的理化特性，因此下游应用广泛。例如，导电性高，可应用在集成电路、导电剂、传感器和锂电等领域；比功率高，可作为超级电容和储能元件；柔性强，弯折不影响性能，可作为柔性材料用于曲面屏和可穿戴设备；具有高透光率，可用于透明导电薄膜。

锂电材料和导热膜有望成为最大的下游应用。华为在2019年发布的Mate20X智能手机中，首次将石墨烯用做散热材料，石墨烯锂电池也有望在手机端实现商用推广。从市场规模来看，根据中商产业研究院的测算，锂电池材料的市场空间最大，有望达到40~50亿元，其次是导热膜，有望达到15~20亿元，此外复合材料的市场空间也在20亿元左右。

根据中国石墨烯产业联盟的统计，我国石墨烯产业规模从2015年的1630万美元增长到2016年的3842万美元。随着石墨烯量产的解决和下游的拓展，预计2020年我国石墨烯市场规模将达到2亿美元，超过全球市场的50%，成为最大的石墨烯消费国家。

我国石墨烯产业全球领先，参与者众多

我国石墨烯理论研究和产业化均位居世界前列。理论研究方面，根据石墨烯产业联盟的数据，截止2016年，在全球主要优先权专利申请统计中，我国石墨烯专利占比达58%（其次是韩国和美国）；产业化方面，石墨烯在战略前沿材料中占据关键地位，中国计划实现石墨烯产业“2020年形成百亿产业规模，2025年整体产业规模破千亿”的发展目标。

根据中国石墨烯产业联盟的统计，中国石墨烯生产企业已经从2015年的300多家增长到2016年的400多家。在石墨烯导热膜方面，常州富烯技术领先并最先在智能手机中实现商用。根据常州市武进区政府官网，该公司生产的石墨烯导热膜已经广泛应用至华为mate20系列、P30系列等多款终端产品。