石墨烯大战:盛宴背后的“血拼厮杀”

OFweek电子工程网 综合报道

三星电子和苹果在全球智能手机市场的主要战场已经从法庭转移到实验室,将为下一代设备所使用的石墨烯技术专利展开竞争。在锂电池领域中,石墨烯同样也大有可为。石墨烯的出现能否拯救锂电池业的“血腥厮杀”呢?

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三星苹果掀石墨烯大战 锂电池业生变

据国外媒体报道,三星电子和苹果在全球智能手机市场的主要战场已经从法庭转移到实验室,将为下一代设备所使用的石墨烯技术专利展开竞争。石墨是某种高科技版本的保鲜膜,它是能够导电的透明材料,因此可以在手机或者平板电脑的玻璃表面拉伸,从而变成触摸屏。它比目前所使用的科技材料更轻、更强大、更灵活,是未来配件,例如可弯曲的智能手表或者可以折叠成智能手机的平板电脑的理想材料。

它所蕴含的无限潜力使得三星、苹果和谷歌公司开始积累各种与石墨烯有关的专利,这部分是因为所谓的可穿戴计算设备的销售量将在5内之内翻14倍。虽然本月苹果控诉三星侵权案的判决导致三星损失了1.2亿美元,但它在这场知识产权的竞赛中像是早期领导者。

“未来将开启一个新的纪元,移动设备将真正实现灵活性,可以轻松自如的折叠和展开,这便是我们需要石墨烯的时候。”位于韩国首尔的大信证券(Daishin Securities Co.)分析师克莱尔·金(Claire Kim)这样说道。第一批将移动设备的石墨烯技术商业化的公司将比行业里的其它企业更有优势。

二维石墨烯

根据英国知识产权局(Intellectual Property Office,IPO) 2013年的报告,三星已经有405个已发布的应用程序,已远超过其他竞争对手。根据美国专利商标局(U.S. Patent and Trademark Office)的数据显示,三星在美国拥有38项专利以及至少17个在发明简介种使用了单词“石墨烯”的应用程序。总部位于美国加州库比蒂诺的苹果至少拥有两项与石墨烯相关的专利申请书。其它公司,包括IBM和富士康,也有注册的石墨烯专利。

英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Kostya Novoselov) 因对石墨烯的研究而获得了2010年诺贝尔物理学奖,石墨烯是如此薄以至于最初它被定义为二维的。

石墨烯是单层石墨,原子在六方晶格里紧密相连,使得这种材料非常牢固和灵活。加上它的透明和导电性,这种材料成为制造可弯曲触摸显示屏的理想材料。

创新的局限性

对于消费性电子产品的制造商来说,市场潜力是无限的。根据市场研究公司扬基集团(Yankee Group)的数据显示,到2016年移动设备的全球销售额可能达8470亿美元。根据总部位于英格兰的市场研究机构Juniper Research 2013年10月的估计,可穿戴技术的市场将在五年内翻14倍,销售额可能高达190亿美元。

为了开发这无限潜力,世界上最大的电子产品制造商正与研究人员合作,例如韩国首尔国立大学的洪秉熙(Hong Byung Hee)教授,后者正在发明大规模制造基于石墨烯的显示屏的专利。“全球科技公司正面临硬件和设计的创新局限,为了朝下一个阶段迈出,他们必须采用像石墨烯这样的新型材料。”洪教授这样说道。“很多公司都对我们研究的石墨烯技术非常感兴趣,包括苹果、三星甚至是谷歌。”

“关键”专利

洪教授表示他的公司Graphene Square Inc.拥有一项专利,能够制造大至50英寸(相当于对角线长1.27米)的材料层,这相当于苹果iPad长度的5倍。目前常用于移动设备触摸屏的导电薄膜是铟锡氧化物(Indium Tin Oxide,简称ITO),但对于可弯曲的显示屏来说这种材料太脆了,且对于大于10英寸的设备来说,它们并不耐用,位于韩国首尔的投资机构新荣证券(Shinyoung Securities Co.)的分析师李宋哲(Lee Sung Chul)这样说道。

洪的专利“在批量生产触摸屏所需要的经济适用的大规模石墨烯非常重要”,韩国成均馆大学高级材料科学和工程学院的Whang Dong Mok教授这样说道,他预测在未来五年内市场上将出现利用石墨烯制造的可穿戴设备。

然而,三星拒绝就对洪教授的专利是否感兴趣做出评论,苹果发言人克里斯汀·霍格特(Kristin Huguet)以及谷歌发言人马特·卡尔曼(Matt Kallman)也都拒绝对此做出回应。霍格特还拒绝透露苹果公司有关石墨烯研究的细节。

谷歌眼镜

石墨烯可以被用于三个产品种类,而三星公司恰好拥有这三类产品最大的全球市场份额:智能手机、记忆芯片和TV。“石墨烯比钢铁更耐用,且拥有更高的热传导性和灵活性,这使得它成为制造灵活显示屏、可穿戴设备以及其它下一代电子设备的理想材料。”三星公司这样表示。

三星公司4月29日发布的第一季度收益显示,它的Galaxy设备的需求远超出分析师的预期,而上个月三星已经在125个国家出售Gear 2 和Gear 2 Neo 智能手表。

谷歌于2012年开始谷歌智能眼镜的原型设计,并于上个月举办了一天的闪销会,使得消费者能够够以1500美金的价格购买谷歌眼镜。据称苹果也在准备推出类似手表的可穿戴设备。

石墨烯的导电能力比硅快100倍,这使得它在其它方面也非常有价值。它可以提升半导体的速度,研究人员已经将这种材料应用于电池,这使得智能手机一次充电可以维持一周时间,且再次充电只需要15分钟。

欧盟研究

2013年10月,欧洲委员会宣布将为长达10年的石墨烯研究和发展提供10亿美金的初始资金。三星尖端技术研究所于4月4日表示他们在成均馆大学的科学家合作后,已经研发出将这种材料在芯片里的应用商业化的方法。

拥有Graphene Square公司70%股份的洪教授表示他并不打算将这项专利出售给谷歌或者苹果,但他愿意授权给这些公司。同时他还在寻求其它公司的投资以建造制造工厂和先进设备以批量生产触摸屏面板所需要的石墨烯薄膜。洪还认为未来石墨烯的应用还包括宇航服,以及有传感器、芯片和显示屏特征的“智能”鞋子和衣服。它的散热特性意味着消防员也可以穿戴这类产品。

美国纽约康奈尔大学的助理教授Jiwoong Park表示其它的应用还包括医疗设备或者太空科技,他带领的 10名研究人员组成的科研小组主要研究石墨烯技术。“石墨烯的各方面特性都非常优良,这其中存在很多不可思议又令人激动的机会。”

石墨烯新技术有望大幅提升锂电池容量

一天不到就用完的锂电池是不少人在使用智能手机等电子产品时最大的烦恼。近日,在厦门大学发布的一种基于石墨烯技术的新型添加剂有望解决这一难题。

在当天举行的“石墨烯应用技术研讨会”上,美国蓝石科技与辉锐科技联合发布了这一最新合作成果。这种硅基高能负极材料添加剂可大幅度提升电池容量,且具有很高的稳定性。

锂电池广泛应用在手机、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴电子设备、电动汽车等众多产品中。正常使用下,一个2500毫安时的锂电池往往撑不过一天,因此业界一直在努力实现电池容量的突破,但锂电池的容量提升在目前已经遇到技术瓶颈。

研讨会上,美国蓝石科技首席执行官赖中平博士在其“大面积石墨烯制备及其在锂电池负极材料应用”的报告中介绍,石墨烯优异的导电性能可以提升电极材料的电导率,进而提升锂离子电池的充放电速度;石墨烯的二维层状结构可以有效抑制电极材料在充放电过程中因体积变化引起的材料粉化;石墨烯还能很好地改善锂电池的大电流充放电性能、循环稳定性和安全性。

他预计,新技术在短期内可实现锂离子电池20%的容量提升,在3-5年内达到容量提升50%的可能性非常大。

除了在容量上的大幅度提升,赖中平说,新技术还能成倍缩短充电时间,可使电动汽车一次充电行使500公里以上,推动电动汽车尽早进入家用。

研讨会由2010年诺贝尔物理学奖获得者康斯坦丁·诺沃肖洛夫教授主讲。诺沃肖洛夫教授介绍了当前国际上最新的石墨烯应用研究进展,展望了未来石墨烯在电子信息、医药、光电等领域的应用前景。

蓝石科技是全球最早一批专业开展石墨烯技术研究的知名企业,拥有多项石墨烯研究领域专利。辉锐科技是一家国际领先的石墨烯应用开发公司,致力于推动石墨烯在产业和现实生活中的应用。

石墨烯助力动力锂电池 18分钟充满电

我们目前正在研究用以电动汽车的石墨烯电池,希望可以和重庆的相关企业合作。”来自意大利的费瑞博士介绍,意大利在纳米材料石墨烯的研究上很有优势,目前他们在将石墨烯和锂进行组合研发电动汽车电池,现在已经能够在18分钟内就将电池充满,一次充电可以跑600公里,而以前需要12个小时,下一步他们的目标是几秒钟。同时,意大利在制造业等领域也具有很多的优势,希望能结合重庆的发展,和重庆的企业一起合作。

来自意大利布朗多尼阀门有限公司北京分公司的亚太地区销售总监亚历山大,昨日一下飞机就赶到了对接会现场。他说他们公司有50多年的历史,2006年进入中国并投资建厂,以前想来重庆但没有渠道,这次意大利企业组团来重庆高交会,他特地赶了过来,希望能拓展中国西南地区的市场。

锂电池盛宴背后的“血拼厮杀”

过去一年,受“特斯拉”热刺激,无论是国家政策,还是地方政府,无论是海外市场,还是国内市场,“新能源汽车”都是绕不开的热门关键词,而“锂电”俨然成为人人欲图争抢的盛宴。

但盛宴背后的真相却显得残酷,由于缺乏核心技术、产能严重过剩,国内锂电企业已陷入欲罢不能的价格战。面对“流血”的行业无序竞争,锂电龙头企业意图通过G20的方式寻求自律合作。

行业前景火热企业“流血”降价

3月26日,围绕新能源汽车,在广东东莞举行的锂电产业峰会异常热闹。据不完全统计,有超过300家企业及其负责人慕名前往。与此同时,大洋的另一边,由特斯拉引爆的热潮方兴未艾。

据统计,2014年1月,国内新能源汽车(包含EV、PHEV、HEV)产量为3190辆,较上年同比上升16%;2月,产量为1837辆,较上年同比持平。预计3月份,产量将达到3000辆,同比上升12%;预计全年增长30%。高工产业研究所预测,全球电动车市场将会在2014年下半年开始放量。动力电池市场将带动锂电池材料增长,随着电池的增长,材料企业将掀起新一轮的投入热,四大关键材料市场规模至2020年约为2013年的四倍左右。

不过,对于国内锂电企业而言,这场看似热闹的盛宴或还暂时只是“水中月”。“虽然国内锂电正极材料的产销量占据全球市场的40%以上,但大多主打中低端市场,技术门槛较低,大量投资来源于技术积累较少或无技术积累的其他领域。”国内正极材料龙头企业天津巴膜科技股份有限公司总经理吴孟涛表示。

数据显示,截至2013年,我国已有多达171家正极材料生产企业。这一方面是3C消费领域、移动电源、智能手机、平板电脑等新兴需求市场催生数码类电池不断出现新机会,另一方面新能源汽车领域的政策利好也使得动力锂电行业未来的前景看好。

尽管市场需求前景看好,但国内大量的锂电企业却仍处于“拼流血的年代”。负极材料在锂电材料中工艺技术相对成熟,随着中外厂商的纷纷扩产,负极材料也避免不了价格大幅下挫的命运。根据高工锂电产业研究所的统计,负极材料均价已从2010年的7.95万元/吨,降至2013年的6.5万元/吨,年均跌幅达6.5%。价格战使得大部分企业毛利率被压缩至25%-30%,净利润基本在5%-10%,利润空间所剩无几。

“面对国外实力企业的竞争,一些国内企业显得束手无策。客户拖欠款时间长,经营压力大,三角债极为常见。”东莞杉杉副总经理兼总工程师丁祥欢介绍。

为了抢占市场份额,有些企业采用低价铺货和延长回款周期的营销策略,有些企业应收账款占比甚至高达60%以上。在已公布2013年年报的锂电上市公司中,多家企业应收账款出现大幅增加,其中德赛电池应收账款较2012年底增幅超八成。一位锂电行业分析师称,应收账款占比过高,不仅加大营运资金的占用,不利于经营效率的提高,而且也使企业埋下了资金链断裂的隐忧。

高工产业研究所总裁张小飞博士指出,下游电芯厂受价格下降影响,为了提高利润率,倒逼材料价格。特别是电芯大厂对材料需求量大,议价能力更强,电芯厂的付款周期也比去年平均延长一个月,账期60-90天是普遍现象。同时,来自国际材料大厂的竞争也在挤压着国内厂商的生存空间。

有业内人士预计,同质化竞争只会带来恶性竞争和更低的行业利润 ,未来锂电总体价格竞争会更加激烈,但市场会出现两极分化趋势,即:只做常规产品、低端产品的企业,价格竞争会更加激烈,而一些做高端性能产品的企业,可能会随着下游应用行业的大批量采用,在价格和利润空间上相对好过些。这取决于企业本身的技术积累和研发的实力。

无关键技术是症结所在

行业政策向好,市场前景广阔,相关的锂电企业却为什么挣不到钱?缺乏核心技术仍是关键。

新宙邦CTO石桥在G20峰会上介绍,负极成膜添加剂的应用已相当成熟,正极保护添加剂的应用越来越少,防过充添加剂有少量应用,最主要是成本高。核心添加剂的专利主要掌握在日本企业手中,中国企业的专利相对比较少。

张小飞指出,中国锂电池行业面临的核心技术缺乏、整体自动化水平低、同质化竞争等老问题没有解决,当前又增加资金紧张、负债率上升、库存增加、毛利率下降等新问题。加上地方保护主义盛行,导致政策执行不到位,制约优秀企业的健康成长。目前锂电市场供需严重失衡,尤其是动力电池的产能利用率在30%以下。

“从锂电池的关键构成部分来看,不管是正极材料,还是负极材料、电解液以及隔膜领域的企业,都面临着不同程度的同质化竞争、产能过剩和价格战等问题。”张小飞举例,锂电材料普遍产能过剩,导致供需失衡,下游议价能力提高,价格无序竞争已经成为常态,其中磷酸铁锂过剩最严重,总产能利用率在10%以下。

以正极材料所采用的钴酸锂材料为例,天津巴膜的吴孟涛介绍称,“目前国内市场售价比韩国本土企业每吨要低四五千美元,国内正极材料行业在技术层面的竞争中完全丧失原本就不强的竞争力,彻底沦为韩国电池公司的廉价材料批发市场。”

号称锂电池“血液”的电解液同样存在产能过剩的情况。东莞杉杉的丁祥欢表示,目前国内有电解液厂商45家左右,全年总产能15万吨以上,严重超过需求,短时间内情况无法扭转,或将持续至少2-3年。

对技术要求较高的隔膜行业也未能幸免。深圳星源材质副总经理杨佳富介绍,从目前的现状来说,2013年隔膜的全球市场需求量大概是7.5亿平,高端市场为美、日、韩垄断,中端市场80%也被国外占据,低端市场只由国内众多企业恶性竞争,中国进入整个隔膜领域的厂商有46家,设计产能超过18亿平,产能严重过剩。

“目前国内隔膜企业规划的产能已经远远大于全球实际产能,但实际出货量很小。”锂电池隔膜材料供应商沧州明珠副总经理谷传明介绍,在国内涉足锂电隔膜的40多家企业中,真正有产品的不到20家,得到用户认可的不到10家,国产隔膜产量和收益很低,国产隔膜在过去一年的时间里降价幅度超过30%,而且多数处于干法双拉的中低端市场,和国际接轨的干法单拉和湿法隔膜企业较少。绝大多数隔膜企业存在着价格战问题,只有少数企业进入到质量体系的竞争。

没有关键技术的中国锂电企业,为了生存,无奈之下只能选择价格战这一“杀敌一万,自损八千”的招数。张小飞感叹,价格竞争导致材料毛利率下降,盈利能力减弱,大厂为了降低生产成本,不断扩充产能,更加剧了行业竞争。

G20出炉产业链互补合作自救

行业的混乱危局,正在迫使国内企业寻求自律合作的路。在3月26日高工锂电发起组织的第一届G20-锂电峰会上,亮相的锂电G20成员包括了比亚迪、东莞杉杉、天赐材料、新宙邦、沧州明珠 等各个产业链环节的20家大型企业。

“在锂电池行业,目前摆在我们面前有两个选择:一种选择是在一个没有标准的同一水平面上继续各自单打独斗,继续与同行在价格上厮杀;另一种选择是将整个产业链上各环节的技术力量结合起来,在各个细分领域里面突出整合优势。”张小飞表示,对于国内锂电行业的很多企业来说,无论是想导入国际供应链,还是希望整合整个产业链,技术始终是引领产业的原动力,只有在技术上取得突破,才能有终端应用市场的兴起。

记者了解到,此次G20峰会共达成了四项议案,分别为:起草G20-锂电产业链核心材料及电芯产品市场规范;起草G20-锂电产业链核心材料技术产业化路线图;成立G20-锂电峰会产品规范应用开发小组;成立G20-锂电峰会技术共享中心。

张小飞介绍,起草锂电产品市场规范,峰会企业以身作则在市场上推广,将对市场起到示范效应;起草锂电产业链技术产业化路线图,比如3-5年的技术指标路线图,以市场导向来开发产品,促进锂电产业化进程;成立G20锂电峰会产品规范应用开发小组,让产业链之间的企业从上游到下游可以互相选择对方,互相形成一个合作体,共同把应用产品做好;峰会成员签订技术保密协定共建技术共享中心,在一定范围内进行技术共享。

“G20峰会完全由民间发起,表现出企业对行业规范的迫切需求。”有业内人士介绍,成立这种协会本来应该由政府来主导,但是政府相关部门存在信息滞后问题,在产业急速拐点面前,很多企业是等不及的。由锂电行业的第三方平台高工锂电来发起,有利于缓解目前行业内的乱战,促进行业的资源整合,实现把行业做大做强。

正业科技CTO范斌表示,随着一系列国家新能源扶持政策的出台,必将带动锂电池行业的快速增长,并向人造卫星、航天航空方面发展,国内锂电池的需求一定会快速增长,国内锂电池企业必将拥有巨大的市场增长空间,但中国锂电池企业在全国占的份额并不大,锂电池技术开发与应用与国际水平有一定的差距,通过形成这种产业链“联盟”可以加深行业的交流互动,促进行业产业供应链的完善,提升行业企业国际市场竞争力。

有与会企业介绍,尽管大部分锂电池厂商关键材料厂商包括电解液、隔膜、正负级等都自建锂电池小试线测试,但在行业内缺少上下游协同的研发平台。技术共享中心有望建立技术研发的新模式,更市场化的研发组合将推动技术加速发展。

“汽车行业供应链整体优势非常重要,G20的模式如果成功,未来将形成以大型电动汽车厂商为核心,每个关键材料和设备厂商2-3家主流供应商的国产供应链格局。”上述人士称。

也有G20峰会企业向中国证券报记者表示,不比产业链的横向合作,G20这种产业链纵向合作,在实际操作中难度不小。但无论如何,锂电行业已经开始意识到问题了,通过互助合作、技术研发的方式,对于行业规范发展是大有裨益的。

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