熱門賽道 | 碳材料，工業(yè)智造的基石

行業(yè)定義

碳材料是由碳元素組成的材料，具有多種不同的結(jié)構(gòu)形式和特性。廣義上碳基材料可以看做是以碳原子為骨架的材料體系，包括金剛石、石墨等純碳體系和碳化硅、高分子有機(jī)物等多原子體系。目前涌現(xiàn)的碳基新材料，主要包括碳纖維、特種石墨、納米碳、多孔炭和儲(chǔ)能炭材料等。

近年來，國家及各級地方政府高度關(guān)注碳材料領(lǐng)域，接連出臺(tái)了多項(xiàng)政策，推動(dòng)其創(chuàng)新與發(fā)展。新能源碳材料的的研發(fā)與應(yīng)用將在很大程度上加速清潔能源產(chǎn)業(yè)的升級，除此外，半導(dǎo)體材料滲透加速，以及航空航天領(lǐng)域需求高景氣，也使得其更為炙手可熱。碳材料產(chǎn)業(yè)鏈可以劃分為上游、中游和下游三個(gè)主要環(huán)節(jié)，涵蓋了從原材料供應(yīng)到終端應(yīng)用的全流程。

上游環(huán)節(jié)主要涉及原材料供應(yīng)及初級加工，這為中游的碳材料生產(chǎn)提供了重要的基礎(chǔ)支撐。核心的原材料來源包括石油、煤炭、天然氣等富含碳元素的資源，以及石墨礦等碳資源。原材料供應(yīng)：石油焦、煤瀝青、天然氣及石墨礦是碳材料生產(chǎn)的關(guān)鍵原料。初級加工：在這一階段，原材料經(jīng)過加工，形成用于生產(chǎn)不同碳材料的基礎(chǔ)物質(zhì)，如聚丙烯腈（PAN）或?yàn)r青基纖維用于生產(chǎn)碳纖維、石油焦用于生產(chǎn)石墨材料等。

中游環(huán)節(jié)是碳材料的核心制造與精加工，是產(chǎn)業(yè)鏈中技術(shù)密集度較高的部分。通過不同的工藝技術(shù)，原材料被轉(zhuǎn)化為具備特定性能的碳材料產(chǎn)品。碳材料生產(chǎn)：碳纖維、石墨、炭黑、活性炭、石墨烯等主要碳材料的生產(chǎn)均集中在中游環(huán)節(jié)。精加工：碳材料在初步制造后，往往需要進(jìn)一步加工，以滿足不同終端應(yīng)用的性能需求。比如將石墨加工成電極材料，或?qū)⑻祭w維復(fù)合材料應(yīng)用于航空航天和汽車制造等領(lǐng)域。

下游環(huán)節(jié)涉及碳材料在不同產(chǎn)業(yè)中的廣泛應(yīng)用，涵蓋電子、能源、航空航天、汽車制造等多個(gè)領(lǐng)域。電池與電子：碳材料（如石墨、石墨烯）廣泛應(yīng)用于鋰電池、超級電容器等領(lǐng)域，推動(dòng)高性能儲(chǔ)能設(shè)備的發(fā)展。航空航天與汽車工業(yè)：碳纖維復(fù)合材料憑借其高強(qiáng)度和輕量化特性，在航空航天、汽車工業(yè)中得到了大規(guī)模應(yīng)用，顯著提升了產(chǎn)品的性能與燃料效率。環(huán)保與能源行業(yè)：活性炭由于其出色的吸附能力，廣泛應(yīng)用于水處理、空氣凈化等環(huán)保領(lǐng)域；石墨烯在太陽能電池等新能源領(lǐng)域也表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。建材與耐火材料：碳材料在建筑和耐火材料領(lǐng)域同樣具有廣泛應(yīng)用，石墨制品在耐火磚、涂料等領(lǐng)域展現(xiàn)出優(yōu)異的耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性。其他領(lǐng)域應(yīng)用：碳纖維復(fù)合材料還用于醫(yī)療設(shè)備和高端體育器材，因其輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)受到了廣泛關(guān)注。

碳材料產(chǎn)業(yè)鏈通過上游原材料的供應(yīng)，中游高技術(shù)含量的碳材料生產(chǎn)和精加工，最終為下游的多元應(yīng)用提供了支持。特別是在新興技術(shù)領(lǐng)域（如電子、能源和航空航天）的推動(dòng)下，碳材料產(chǎn)業(yè)鏈的前景廣闊。

早在2021年，工信部就已將碳基材料納入“十四五”原材料工業(yè)相關(guān)發(fā)展規(guī)劃，并將碳化硅復(fù)合材料、碳基復(fù)合材料等納入“十四五”產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新相關(guān)發(fā)展規(guī)劃。一方面，碳基材料在碳基納米材料基礎(chǔ)上發(fā)展，以碳納米管（CNT）、石墨烯為代表。側(cè)重點(diǎn)是解決長期困擾碳基半導(dǎo)體材料制備的材料純度、密度和面積問題，有望助力國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。另一方面，“碳基復(fù)合材料”也非常值得關(guān)注。公開信息顯示，碳基復(fù)合材料是以碳纖維（織物）或碳化硅等陶瓷纖維（織物）為增強(qiáng)體，以碳為基體的復(fù)合材料的總稱，主要在航空航天工業(yè)、能源技術(shù)等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。

而在2023年1月，工信部等六部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)新型儲(chǔ)能電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)攻關(guān)，推進(jìn)先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)及產(chǎn)品規(guī)模化應(yīng)用。其中提到：支持開發(fā)超長壽命高安全性儲(chǔ)能鋰離子電池，加強(qiáng)硬炭等正負(fù)極材料、電解液等主材和相關(guān)輔材的研究。

睿獸分析整理碳材料相關(guān)公司近年來的融資情況，截止2024年9月，有110家未上市公司發(fā)生融資事件223起，參與機(jī)構(gòu)達(dá)300余家。近年來，隨著航空航天、新能源及半導(dǎo)體等行業(yè)的熱度高升，碳材料作為智能制造的基石，其在近五年融資事件數(shù)也逐年增加，于2023年發(fā)生28起達(dá)歷年最多，該年融資金額22.5億也為歷年最高。

相關(guān)企業(yè)

碳語新材料

廣東碳語新材料有限公司成立于2022年11月，是由美國、德國、瑞典等多名海歸博士創(chuàng)立的新材料科技企業(yè)，其專注于鋰電池隔膜涂布材料以及金屬有機(jī)框架材料 (MOFs)的生產(chǎn)及應(yīng)用。目標(biāo)服務(wù)于鋰電、石化、氣體工業(yè)、二氧化碳捕集、干燥除濕等多個(gè)行業(yè)及領(lǐng)域，為客戶提供性能卓越，成本可控，環(huán)境友好的新材料選擇。

碳語新材致力于金屬有機(jī)框架（MOF）和用于鋰電隔膜涂布的自乳化聚合物微球的創(chuàng)新研發(fā)，是全球少數(shù)通過非溶劑方法實(shí)現(xiàn)MOF規(guī)模化量產(chǎn)的新一代材料創(chuàng)新企業(yè)。自乳化聚合物微球可使隔膜與正負(fù)極片形成良好粘接，是替代傳統(tǒng)涂布材料PVDF-HFP的最佳選擇。相較于PVDF-HFP，該產(chǎn)品無氟、溶脹低、粘接更強(qiáng)、成本低，符合歐盟及北美限氟法規(guī)。自乳化聚合物微球產(chǎn)品已通過隔膜及電池廠商長期驗(yàn)證，批量裝車。

目前，碳語新材在廣東省珠海市香洲區(qū)已建成生產(chǎn)及研發(fā)場地，已實(shí)現(xiàn)鋰電隔膜涂布聚合物微球系列產(chǎn)品的商業(yè)化生產(chǎn)，涵蓋動(dòng)力、儲(chǔ)能、消費(fèi)電子電池等細(xì)分領(lǐng)域。

碳語新材料宣布完成Pre-A輪融資，本輪投資方為賽納創(chuàng)投與國中資本。此輪融資將加速公司金屬有機(jī)框架（MOF）系列產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用及千噸級產(chǎn)線建設(shè)。據(jù)悉，經(jīng)過多輪融資，碳語新材已累計(jì)完成融資額一億元人民幣。

國科炭美

國科炭美新材料（湖州）有限公司成立于2022年末，是一家致力于碳基儲(chǔ)能材料解決方案的創(chuàng)新型企業(yè)，集研發(fā)、生產(chǎn)和銷售一體化。公司面向儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車、兩三輪車、工程機(jī)械、和消費(fèi)電子等領(lǐng)域，聚焦鋰、鈉離子電池和超級電容器產(chǎn)業(yè)需求，以硬炭和多孔炭材料為主攻方向，致力于為用戶提供可信賴的碳基儲(chǔ)能材料及其系統(tǒng)應(yīng)用解決方案。

國科炭美自成立以來，積極探索高性能炭材料產(chǎn)品的制備工藝，目前，公司已攻克生物質(zhì)、煤、瀝青三種不同原料技術(shù)路線，成功研發(fā)出GHC-A300、B280、C300、C300A等一系列硬炭產(chǎn)品，依托自有的電化學(xué)儲(chǔ)能器件組裝與評測平臺(tái)，可向用戶輸出材料的系統(tǒng)應(yīng)用解決方案。在產(chǎn)品方面，國科炭美硬炭產(chǎn)品已送樣至30家下游用戶進(jìn)行評測驗(yàn)證。其中，瀝青系產(chǎn)品的用戶反饋顯示，其容量、首效、倍率、高低溫性能與進(jìn)口產(chǎn)品相當(dāng)，循環(huán)性能上已超越進(jìn)口產(chǎn)品，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。煤系產(chǎn)品也因其高性價(jià)比受到下游用戶的廣泛關(guān)注。

2024年5月，國科炭美宣布獲得1億元天使+輪融資，本輪融資由力合資本領(lǐng)投，申能誠毅、東方嘉富、泓宇資本、萃英創(chuàng)投、深證市國華投資、長興金控、成都滬蓉創(chuàng)投、樂赟資本等多家知名機(jī)構(gòu)跟投。本輪資金主要用于推進(jìn)千噸硬炭產(chǎn)線和材料研發(fā)與測試平臺(tái)建設(shè)。2022年12月，其成立之初即獲得凱風(fēng)創(chuàng)投的種子輪投資，不到半年，又完成數(shù)千萬元天使輪融資，本輪融資由招商致遠(yuǎn)資本、鵬鯤基金、軟銀中國、核聚資本、力合資本等聯(lián)合投資。

碳垣科技

陜西碳垣納米工程有限公司成立于2022年12月，由中國航空制造技術(shù)研究院研究員、博士生導(dǎo)師侯紅亮領(lǐng)銜創(chuàng)立，是一家碳納米管宏觀體材料制造商。其采用原創(chuàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)實(shí)現(xiàn)石墨烯對銅粉的原位生長包覆，顛覆了傳統(tǒng)機(jī)械混合的方法。制備出的石墨烯銅復(fù)合粉末，在電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)等方面可以發(fā)揮銅與石墨烯的協(xié)同作用，在高強(qiáng)高導(dǎo)銅基復(fù)合材料、銅基高效散熱結(jié)構(gòu)3D打印以及導(dǎo)電漿料領(lǐng)域有著巨大的潛在市場空間。

碳垣科技自成立之初就致力于碳納米管宏觀體材料（纖維、薄膜和氣凝膠）制備技術(shù)開發(fā)，通過對浮動(dòng)催化劑化學(xué)氣相沉積法（FC-CVD）進(jìn)行重大改進(jìn)升級，首次在國內(nèi)開發(fā)出基于甲烷氣態(tài)碳源的工業(yè)化制備碳納米管薄膜與纖維技術(shù)，突破了碳納米管薄膜和纖維連續(xù)制備的技術(shù)瓶頸，可實(shí)現(xiàn)任意長度的碳納米管纖維、膜材或帶材的生產(chǎn)，使生產(chǎn)效率提高5-10倍。同時(shí)可根據(jù)客戶的需求，對其進(jìn)行相應(yīng)的后處理，以滿足不同系統(tǒng)和應(yīng)用場景。

2023年，碳垣科技完成數(shù)千萬元天使輪融資，由中科創(chuàng)星領(lǐng)投，信創(chuàng)資本跟投。據(jù)悉，本輪融資資金將用于加強(qiáng)研發(fā)投入、產(chǎn)能擴(kuò)張和公司團(tuán)隊(duì)建設(shè)。

熱點(diǎn)訊息

2024年9月，“新明珠39號”整船“披掛”國產(chǎn)碳纖維材料下水

近日，中國香港新渡輪400客位純電池動(dòng)力推進(jìn)客渡船“新明珠39”號下水儀式在廣州南沙舉行。該船全船采用先進(jìn)的碳纖維高新材料制造，是目前中國香港地區(qū)首艘整船采用國產(chǎn)碳纖維材料建造的客渡船，打破了高端碳纖維進(jìn)口材料在國產(chǎn)客船的技術(shù)壟斷局面。

2024年9月，首批碳纖維復(fù)合材料輕量化重載鐵路貨車下線

9月10日，中國首批碳纖維復(fù)合材料輕量化重載鐵路貨車在黑龍江齊齊哈爾下線，車輛自重18噸、載重82噸。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研發(fā)出適用于重載鐵路貨車領(lǐng)域的先進(jìn)碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料，攻克了復(fù)合材料大部件一體化制備等關(guān)鍵技術(shù)難題。該型鐵路貨車由國家能源集團(tuán)鐵路裝備公司、北京低碳清潔能源研究院和中車齊車公司聯(lián)合研制，集成了高強(qiáng)度重載車鉤、集成式空氣制動(dòng)裝置等新型部件。

2024年4月，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“天然氣裂解制氫聯(lián)產(chǎn)納米碳材料技術(shù)”重點(diǎn)專項(xiàng)在滬啟動(dòng)

4月，科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“氫能技術(shù)”重點(diǎn)專項(xiàng)“天然氣裂解制氫聯(lián)產(chǎn)納米碳材料技術(shù)”項(xiàng)目啟動(dòng)暨實(shí)施方案論證會(huì)在上海召開。經(jīng)過項(xiàng)目專家組的質(zhì)詢答疑、技術(shù)指導(dǎo)和綜合評議，該重點(diǎn)項(xiàng)目在上海正式啟動(dòng)。項(xiàng)目首席科學(xué)家、中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員于慶凱表示，在碳達(dá)峰、碳中和的大背景下，“天然氣裂解制氫聯(lián)產(chǎn)納米碳材料技術(shù)”將為我國天然氣的低碳應(yīng)用提供一條極具競爭力的技術(shù)路線。

2024年1月，中美團(tuán)隊(duì)制成世界首個(gè)功能性石墨烯半導(dǎo)體

天津大學(xué)教授馬雷聯(lián)合美國佐治亞理工學(xué)院Walter de Heer團(tuán)隊(duì)，首次制成了可擴(kuò)展的半導(dǎo)體石墨烯，這可能為制造比現(xiàn)在的硅芯片速度更快、效率更高的新型計(jì)算機(jī)鋪平道路。研究團(tuán)隊(duì)在使用特殊熔爐在碳化硅晶圓上生長石墨烯時(shí)取得了突破。他們生產(chǎn)了外延石墨烯，這是在碳化硅晶面上生長的單層。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)制造得當(dāng)時(shí)，外延石墨烯會(huì)與碳化硅發(fā)生化學(xué)鍵合，并開始表現(xiàn)出半導(dǎo)體特性。

2023年11月，同濟(jì)團(tuán)隊(duì)首次合成2種新型碳同素異形體，有望成為新型半導(dǎo)體材料

碳材料家族又添2位新成員：通過對兩種分子實(shí)施“麻醉”和“手術(shù)”，同濟(jì)大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)首次成功合成了分別由10個(gè)或14個(gè)碳原子組成的環(huán)形純碳分子材料。11月30日，國際學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表了同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院許維教授團(tuán)隊(duì)的這一最新科研成果。這項(xiàng)研究首次成功精準(zhǔn)合成了兩種全新的碳分子材料，即芳香性環(huán)型碳C10和C14，并精細(xì)表征了它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)，這兩種合成的新穎碳結(jié)構(gòu)有望應(yīng)用于未來的分子電子學(xué)器件中。