1、1 附 件 6 石墨烯“一条龙”应用计划申报指南 一、产业链构成 瞄 准 新 能 源 储 能 、 特 高 压 输 变 电 、 航 空 发 动 机 、 海 洋 工 程 、 轨 道交通等国家重大工程和战略新兴产业需要，面向新能源汽车 （ 3 C 电 子 产 品 ） 、 大 跨 距 输 电 、 航 空 发 动 机 动 密 封 、 石 油 储 运 、 高 速 列 车 等 领 域 和 产 业 对 自 主 可 控 先 进 材 料 的 需 求 ， 引 导 石 墨 烯 产 业 生 产 和应用企业及终端用户跨行业联合， 协同开发并演示验证功能齐备 、 可 靠 性 好 、 性 价 比 优 的 石 墨 烯 储 能
2、正 极 材 料 、 石 墨 烯 铝 合 金 电 缆 、 石 墨 烯 树 脂 耐 磨 材 料 、 石 墨 烯 重 防 腐 涂 料 材 料 、 石 墨 烯 改 性 铜 接 触 线 、 石 墨 烯 轴 承 钢 等 各 类 石 墨 烯 应 用 产 品 。 突 破 关 键 环 节 重 点 基 础 产 品 、 工 艺 ， 实 现 石 墨 烯 粉 体 原 材 料 批 量 化 稳 定 生 产 ， 推 动 相 关 重 点 项 目 建 设 ， 形 成 上 下 游 产 业 对 接 的 应 用 示 范 链 条 ， 拉 动 产 业 链 上 下游供需能力，推进产学研用国际化协同创新，深化产业链协作。 关 键 产 业 链
3、条 环 节 序 号 产 业 链 环 节 石 墨 烯 储 能 正 极 材 料 石 墨 烯 铝 合 金 电 缆 石 墨 烯 树 脂 耐 磨 材 料 石 墨 烯 重 防 腐 涂 料 材 料 石 墨 烯 改 性 铜 接 触 线 石 墨 烯 轴 承 钢 1 上 游 原 材 料 2 石 墨 烯 混 合 / 杂 化 技 术 3 专 用 制 造 设 备 制 造 4 智 能 服 务 平 台 5 材 料 试 验 检 测 6 服 役 评 估 7 产 品 标 准 8 示 范 应 用 9 下 游 应 用 新 能 源 汽 车 （ 3 C 电 子 及 通 讯 领 域 ） 输 变 电 领 域 2 序 号 产 业 链 环 节
4、石 墨 烯 储 能 正 极 材 料 石 墨 烯 铝 合 金 电 缆 石 墨 烯 树 脂 耐 磨 材 料 石 墨 烯 重 防 腐 涂 料 材 料 石 墨 烯 改 性 铜 接 触 线 石 墨 烯 轴 承 钢 下 游 应 用 航 空 领 域 石 油 储 运 、 海 洋 工 程 轨 道 交 通 领 域 二、目标和任务 （一 ） 石墨 烯储 能正 极材 料 1 上游 原材 料 （ 1 ） 环 节描 述及 任务 。 开展片径可控 、 层数可控的高导电石 墨 烯 材 料 工 程 化 制 备 ， 逐 步 提 升 正 极 材 料 用 高 分 散 石 墨 烯 浆 料 产 品 的 技术水平， 推进石墨烯储能正极制造
5、用石墨烯材料的规模量产能力 ， 满足 3 0 0 0 吨 / 年石墨烯储能正极材料的生产应用需求。 （ 2 ） 具 体目 标 。 石墨烯片径小于 3 微米、 片层厚度小于 1 . 5 纳 米， 导电率7 0 0 S / m ， 产能1 0 0 吨/ 年， 具备一定产业化生产能力 。 2 石墨 烯混 合 / 杂化 技术 （ 1 ） 环节 描述 及任 务。 突破石墨烯与正极材料融合生产工艺， 实现技术创新。 （ 2 ） 具 体 目 标 。 针 对 石 墨 烯 高 电 压 钴 酸 锂 、 石 墨 烯 N C M 5 2 3 材 料 ， 解 决 石 墨 烯 在 正 极 材 料 中 易 团 聚 、 难
6、分 散 的 问 题 ； 通 过 石 墨 烯 的 均 匀 包 覆 ， 削 弱 低 钴 化 正 极 材 料 在 充 电 末 期 的 强 氧 化 性 ， 减 少 氧 气 释 放 ， 提 高 材 料 的 安 全 性 能 和 电 池 可 加 工 性 能 ， 改 善 正 极 材 料 的循环性能和倍率性能。 3 专用 制造 设备 制造 （ 1 ） 环 节描 述及 任务 。 开发石墨烯与锂电池正极材料复合的关 键装备，实现石墨烯与正极材料的均匀、界面可控的批量混合。 （ 2 ） 具 体目 标 。 开发 1 0 k g 级石墨烯与锂电池正极材料融合机 ，3 包覆轴调速范围实现 2 0 0 0 1 0 0 0 0
7、 r p m ，加工温度 - 1 0 0 8 0 可控。 4 智能 服务 平台 （ 1 ） 环 节描 述及 任务 。 针对石墨烯锂电池正极材料的批量化使 用 ， 建 设 包 括 ： 生 产 企 业 、 电 池 企 业 和 终 端 用 户 的 在 线 联 网 平 台 ， 综合统计石墨烯改性锂电池材料的应用情况。 （ 2 ） 具 体目 标 。 建设综合平台 ， 在线反应材料生产企业的生产 状态， 电池企业对正极材料的使用状态 ， 终端客户的电池使用数据 ， 参 与 平 台 的 材 料 生 产 企 业 和 电 池 企 业 可 从 智 能 服 务 平 台 终 端 查 看 相 关数据，提升产业链上下游供
8、需协调的匹配能力。 5 材料 试验 检测 （ 1 ） 环 节描 述及 任务 。 采用全电池实验线设备和原位表征设备 ， 满足各类石墨烯复合正极材料的试验检测要求。 （ 2 ） 具 体目 标 。 根据不同片径 、 层数的石墨烯复合正极材料的 检 测 要 求 ， 完 成 包 括 石 墨 烯 覆 盖 度 、 晶 体 结 构 及 其 它 参 数 可 视 化 、 实 时 在 线 检 测 ， 完 成 数 据 的 数 字 化 采 集 、 自 动 处 理 等 工 作 。 石 墨 烯 高压钴酸锂工作电压大 于 4 . 4 0 V ， 石墨烯 N C M 5 2 3 材料 2 C 条件下恒 流 充 入 比 大 于
9、 8 0 % ， 直 流 内 阻 （ 7 7 % S O C ， 1 C ， 2 5 ） 放 电 1 秒 8 5 m ，放电 9 秒 9 5 m 。 6 服役 评估 （ 1 ） 环 节描 述及 任务 。 通过推进材料生产企业与 电池企业和终 端用户合作，推进石墨烯锂电池正极材料的应用。 （ 2 ） 具 体目 标 。 根据国家标准和企业标准， 联合材料生产企业 和电池生产企业开展单芯电池和电池组的性能测试，联合汽车、 3 C 产品生产企业开展应用示范。4 7 产品 标准 （ 1 ） 环 节描 述及 任务 。 根据先进正极指标参数以 及关键复合工 艺 智 能 化 升 级 成 果 ， 参 与 制 定
10、 石 墨 烯 储 能 正 极 材 料 的 行 业 标 准 、 国 家标准。 （ 2 ） 具 体目 标 。 基于石墨烯锂电池正极材料的批量化生产和批 量 化 应 用 要 求 ， 制 定 石 墨 烯 锂 电 池 正 极 材 料 产 品 行 业 标 准 、 国 家 标 准 和 国 际 标 准 ， 开 展 石 墨 烯 锂 电 池 正 极 材 料 生 产 所 需 石 墨 烯 材 料 企 业 标 准 、 正 极 材 料 企 业 标 准 、 石 墨 烯 锂 电 池 正 极 材 料 检 验 标 准 ， 具 备行业推广条件。 8 示范 应用 （ 1 ） 环 节描 述及 任务 。 实现石墨烯储能正极材料在锂电池的
11、批 量应用。 （ 2 ） 具 体目 标 。 完成 3 0 0 0 吨 / 年级石墨烯储能正极材料生产示 范 线 建 设 ， 实 现 生 产 线 智 能 化 ， 具 备 行 业 推 广 条 件 。 连 续 三 年 自 主 知 识 产 权 石 墨 烯 储 能 正 极 材 料 在 锂 电 池 上 的 应 用 量 达 到 一 万 吨 以 上。 （二 ） 石墨 烯铝 合金 电缆 1 . 上游 原材 料 （ 1 ） 环 节描 述及 任务 。 掌握少层数、 大片径、 易分散氧化石墨 烯材料低成本、 批量化制备技术和生产技术 ， 满足 1 0 0 0 吨/ 年石墨烯 铝合金电缆的生产应用需求。 （ 2 ） 具
12、 体目 标 。 单线产能 1 0 吨 / 年， 层数 3 层 （占比 9 0 % ） ， 片径 1 0 m ，成本0 . 7 元/ 克。 2 . 石墨 烯混 合 / 杂化 技术5 （ 1 ） 环 节描 述及 任务 。 掌握石墨烯在铝合金电缆基体中的均匀 分 散 技 术 。 充 分 发 挥 石 墨 烯 高 强 度 的 优 势 ， 满 足 石 墨 烯 铝 合 金 电 缆 高强度、高导电和高性能稳定性的要求。 （ 2 ） 具 体目 标 。 开发石墨烯分散工艺 和材料成型工艺， 实现石 墨 烯 在 铝 合 金 电 缆 基 体 的 中 均 匀 分 散 ， 各 批 次 石 墨 烯 含 量 偏 差 不 超
13、过名义含量的 5 % 。 3 . 专用 制造 设备 制造 （ 1 ） 环 节描 述及 任务 。 针对石墨烯铝合金电 缆低成本 、 连续化、 规 模 化 生 产 的 需 求 ， 开 发 石 墨 烯 铝 合 金 电 缆 专 用 生 产 设 备 ， 实 现 高 性能石墨烯铝合金电缆的连续化稳定生产。 （ 2 ） 具 体目 标 。 实现石墨烯铝合金电缆连续化生产 ， 石墨烯铝 合 金 杆 产 能 不 低 于 1 4 0 k g / h ， 综 合 成 本 不 高 于 2 1 0 0 0 元 / 吨 。 建 设 一 条 1 0 0 0 吨 / 年石墨烯铝合金电缆生产示范线。 4 . 智能 服务 平台 （
14、 1 ） 环节 描述 及任 务。 针对石墨烯铝合金电缆的批量化使用， 建 设 包 括 ： 石 墨 烯 铝 合 金 杆 生 产 企 业 、 石 墨 烯 铝 合 金 电 缆 生 产 企 业 和 电 网 的 在 线 联 网 服 务 平 台 ， 反 馈 石 墨 烯 铝 合 金 电 缆 的 生 产 情 况 ， 实施应用情况和节能情况。 （ 2 ） 具 体目 标 。 建设服务平台 ， 在线反应材料生产企业的生产 状 态 ， 电 缆 生 产 企 业 生 产 状 态 ， 石 墨 烯 铝 合 金 电 缆 在 电 网 中 的 使 用 状 态 ， 参 与 平 台 的 企 业 可 从 平 台 终 端 查 看 相 关
15、生 产 数 据 、 应 用 情 况 和节能情况，提升产业链上下游供需协调的匹配能力。 5 . 材料 试验 检测 （ 1 ） 环 节描 述及 任务 。 开发智能在线检测装 置 ， 满足材料生产6 过程中各项关键指标的在线检测要求。 （ 2 ） 具 体目 标 。 根据不同生产阶段 、 不同工序的检测要求， 完 成包含材料成分、 石墨烯分散状态 、 致密度及其它参数的在线检测 ， 完 成 数 据 的 数 字 化 采 集 、 自 动 处 理 等 工 作 。 完 成 产 品 的 电 学 性 能 、 力 学 性 能 、 卷 绕 性 能 测 试 与 数 据 收 集 ， 能 根 据 产 品 批 号 、 编 号
16、 生 成 电子档案，自动存储到产品总数据库，便于随时查询。 生 产 的 3 4 m m 石 墨 烯 铝 合 金 单 丝 拉 伸 强 度 不 低 于 2 3 0 M P a ， 断 裂 伸 长 率 不 低 于 2 . 0 % ， 力 学 性 能 偏 差 不 超 过 3 % ， 导 电 率 不 低 于 6 0 % I A C S ， 满 足 卷 绕 性 能 要 求 （ 卷 8 圈 ， 退 6 圈 ， 重 新 紧 密 卷 绕 ， 单线不断裂）。 6 . 服役 评估 （ 1 ） 环 节描 述及 任务 。 针对石墨烯铝合金电缆的应用及服役要 求，开展相关的评估，推进石墨烯铝合金电缆的应用。 （ 2 ）
17、具 体目 标 。 针对高压 、 特高压和电网增容等应用场景， 开 展 石 墨 烯 铝 合 金 电 缆 的 服 役 评 估 ， 包 括 ： 环 境 服 役 能 力 评 估 、 施 工 工艺评估、材料服役时间性能变化评估、服役能力评估等。 7 . 产品 标准 （ 1 ） 环 节描 述及 任务 。 满足石墨烯铝合金电缆的批量化生产和 批量化应用要求，制定相关行业标准、国家标准和国际标准。 （ 2 ） 具 体目 标 。 基于石墨烯铝合金电缆的批量化生产和批量化 应 用 要 求 ， 制 定 石 墨 烯 铝 合 金 电 缆 产 品 行 业 标 准 、 国 家 标 准 和 国 际 标 准 ， 开 展 石 墨
18、 烯 铝 合 金 电 缆 生 产 所 需 石 墨 烯 材 料 企 业 标 准 、 铝 合 金粉末企业标准、 石墨烯铝合金电缆检验标准， 具备行业推广条件 。 8 . 示范 应用7 （ 1 ） 环 节描 述及 任务 。 实现自主知识产权石墨烯铝合金电缆在 架空输变电和电网增容领域的示范应用。 （ 2 ）具 体目 标。 石墨烯铝合金电缆的安装线路在 3 条以上。 （三 ） 石墨 烯 树脂 耐磨 材料 1 石墨 烯混 合 / 杂化 技术 （ 1 ） 环 节描 述及 任务 。 针对 树脂本身表面惰性的特性， 突破树 脂与石墨烯均匀混合技术，开发石墨烯与树脂规模化混合技术。 （ 2 ） 具 体目 标 。
19、 在工业条件下 ， 实现 3 0 0 k g 级石墨烯树脂材料 制 备 ， 实 现 石 墨 烯 在 树 脂 复 合 材 料 中 的 均 匀 分 散 ， 实 现 两 者 的 良 好 界面结合。 2 专用 制造 设备 制造 （ 1 ） 环 节描 述及 任务 。 实现石墨烯 树脂复合材料的快速连续模 压加工成型。 （ 2 ） 具 体目 标 。 开发包括 ： 石墨烯改性、 石墨烯树脂混合、 石 墨烯树脂复合材料模压、 烧结在内的成套专用石墨烯树脂加工设备 ， 实 现 石 墨 烯 树 脂 复 合 材 料 的 快 速 连 续 模 压 加 工 成 型 ， 实 现 石 墨 烯 树 脂耐磨材料零部件的批量生产，
20、单线产能大于 3 0 0 0 吨/ 年。 3 服役 评估 （ 1 ） 环 节描 述及 任务 。 以航空发动机动密封部 件 为典型件， 制 备动密封用石墨烯树脂耐磨材料及制件。 （ 2 ） 具 体目 标 。 制备出的石墨烯树脂耐磨材料及制件摩擦系数 0 . 0 8 ， 体积 磨损率 5 0 0 m m 3 / ( N m ) E - 6 ； 拉伸 强度 2 2 M P a ， 弯曲 强度 2 4 M P a 。 4 产品 标准8 （ 1 ） 环 节描 述及 任务 。 建立石墨烯 树脂复合材料及相应制品的 产品标准，实现石墨烯树脂复合材料的推广。 （ 2 ） 具 体目 标 。 建立石墨烯 树脂材料
21、行业标准， 建立航空发动 机领域动密封部件用石墨烯树脂耐磨材料的产品标准。 5 示范 应用 （ 1 ） 环节 描述 及任 务。 针对航空发动机密封部件等典型需求， 实现系列化石墨烯树脂耐磨材料的应用。 （ 2 ） 具 体目 标 。 以航空发动机动密封部件 为典型件， 实现石墨 烯 树 脂 耐 磨 材 料 及 制 件 的 应 用 。 石 墨 烯 树 脂 材 料 的 年 使 用 量 大 于 3 0 0 0 吨。 （四 ） 石墨 烯重 防腐 涂料 材料 1 . 上游 原材 料 （ 1 ） 环 节描 述及 任务 。 传统的富锌底漆由于 其性能不足 、 对金 属 锌 资 源 的 严 重 依 赖 、 对
22、施 工 人 员 的 健 康 危 害 等 缺 陷 已 无 法 满 足 海 洋 重 防 腐 的 发 展 要 求 。 片 状 惰 性 的 石 墨 烯 为 二 维 纳 米 材 料 ， 具 有 优 异 的 导 电 性 、 物 理 机 械 性 能 和 对 水 分 子 、 空 气 的 屏 蔽 性 能 。 开 发 满 足 海 洋 条 件 下 使 用 的 石 墨 烯 粉 体 材 料 ， 要 求 导 电 性 能 满 足 要 求 情 况 下 ， 成 本 不 高 于 1 元 / 克 ， 满 足 1 0 0 0 吨 / 年 石 墨 烯 重 防 腐 涂 料 的 生 产 应用需求，产品质量稳定。 （ 2 ） 具体 目标 。
23、 石墨烯材料参 数：比表面积大于 4 0 0 m 2 / g ， 层数小于 1 0 层， 碳含量大于 9 8 % ， 导电性大于 7 0 0 S / m ， 价格低于 1 元 / 克； 石墨烯材料批次稳定性： 产能大于 1 0 0 吨 / 年， 不同批次产 品参数波动小于 5 % 。 2 . 石墨 烯混 合 / 杂化 技术9 （ 1 ） 环 节描 述及 任务 。 开发石墨烯分散剂 、 高性能树脂和固化 剂 ， 实 现 石 墨 烯 在 涂 料 中 呈 片 状 分 散 ， 无 团 聚 状 态 ； 提 高 石 墨 烯 分 散 稳 定 性 ， 避 免 石 墨 烯 锌 粉 在 存 贮 过 程 中 出 现
24、 石 墨 烯 再 团 聚 现 象 ， 固体组分含量低于 7 5 % 。 （ 2 ） 具 体目 标 。 反应型分散剂 ， 实现石墨烯与树脂间化学键 结 合 ， 避 免 游 离 分 散 剂 存 在 导 致 防 腐 性 能 降 低 ； 高 性 能 树 脂 ， 环 氧 当 量 5 5 0 6 5 0 ， 分 子 量 分 布 1 . 2 1 . 5 ； 高 性 能 固 化 剂 ， 具 备 耐 水 性、屏蔽性与柔韧性。 3 . 材料 试验 检测 （ 1 ） 环 节描 述及 任务 。 通过试片级、 元件级和部件级试验， 验 证 材 料 相 关 性 能 ， 并 为 制 品 未 来 出 厂 检 验 和 入 厂
25、复 验 提 供 依 据 。 与 电 力 输 变 、 石 油 化 工 和 桥 梁 行 业 合 作 开 展 亚 温 带 、 亚 热 带 典 型 服 役 条件下的服役试验，综合推算材料服役寿命及经济价值。 （ 2 ） 具体 目标 。 在冷涂锌防腐涂料典型代表 ，比利时“锌加” 以 及 日 本 “ 冷 镀 锌 ” ， 典 型 耐 盐 雾 时 间 1 0 0 0 h （ 8 0 m ） 的 基 础 上 ， 石墨烯冷涂锌防腐涂料典型耐盐雾时间达到 2 0 0 0 h （ 8 0 m ）以上。 表 1 石 墨 烯 重 防 腐 涂 料 应 用 性 能 及 检 测 依 据 检测 项目 性能 指标 最低值 检测
26、依据 干膜锌含量 96.2% H G / T 3668- 2009 干燥时间 表干：10m i n ；实干：8h G B / T 1728- 1979 （1989） 附着力（拉开法） 4.5M P a G B / T 5210- 2006 耐冲击性 50c m G B / T 1732- 1993 柔韧性 1m m G B / T 1731- 1993 耐盐雾试验 2000h，无红锈 G B / T 1771- 2007 4 . 产品 标准 （ 1 ） 环 节描 述及 任务 。 根据石墨烯重防腐涂料 开发与使用情况， 参考海洋与石化等行业防腐需求， 在原有行业标准： 冷涂锌涂料 1 0 （ H G / T 4
