鋰離子電池主要正極材料在華專利的分析

黃海花，安洪濤

(長(zhǎng)沙礦冶研究院政策信息研究所，湖南長(zhǎng)沙 410012)

正極材料是鋰離子電池的關(guān)鍵材料［1］;專利是反映創(chuàng)新能力和創(chuàng)新速度的重要指標(biāo)。現(xiàn)有的鋰離子電池專利文獻(xiàn)，多從計(jì)量學(xué)角度對(duì)正極材料的申請(qǐng)人、發(fā)明人、申請(qǐng)量、國(guó)別和地區(qū)等方面進(jìn)行定量統(tǒng)計(jì)，如朱科等［2］對(duì)中國(guó)鋰離子電池專利信息的分析，或以某種正極材料專利做重點(diǎn)闡述，如吳冰等［3］對(duì)鈷酸鋰專利申請(qǐng)狀況的分析、余碧濤等［4］對(duì)磷酸鐵鋰電池技術(shù)中國(guó)專利的分析。

本文作者從正極材料類別角度，對(duì)各材料的申請(qǐng)人、制備方法進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋?duì)具有代表性的企業(yè)的重點(diǎn)專利進(jìn)行分析，以期為企業(yè)制定研發(fā)策略和專利策略提供參考。

1 主要正極材料數(shù)據(jù)分析

1.1 主要正極材料專利分布

分析所用的專利數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)庫(kù)，檢索截止日期為2014年1月10日。鑒于專利具有延遲公開的特點(diǎn)，部分專利不作為趨勢(shì)分析的對(duì)象。通過(guò)數(shù)據(jù)清理，共篩選出鈷酸鋰(LiCoO2)、錳酸鋰(LiMn2O4)、鎳鈷錳酸鋰(LiNixCoyMnzO2)、磷酸鐵鋰(LiFePO4)、富鋰錳基固溶體{xLi［Li1/3Mn2/3］O2·(1 －x)LiMO2}以及鎳鈷鋁層狀正極材料(LiNi0.8Co0.15Al0.15O2)等6種鋰離子電池正極材料已授權(quán)在華專利1 999件。

圖1為鋰離子電池主要正極材料類別分布餅圖。

圖1 材料類別分布餅圖Fig.1 The pie chart of material category distribution

從圖1可知，錳酸鋰的已授權(quán)專利數(shù)量是最多的，說(shuō)明我國(guó)企業(yè)十分注重該材料的研發(fā);磷酸鐵鋰專利也很多，僅次于錳酸鋰，說(shuō)明我國(guó)企業(yè)十分注重磷酸鐵鋰的開發(fā)，這與2004—2012年間國(guó)內(nèi)磷酸鐵鋰的研發(fā)熱潮有關(guān)。國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)鎳鈷錳三元材料和鎳鈷鋁三元材料也較為重視，數(shù)量雖不如錳酸鋰和磷酸鐵鋰，但在不斷增加。

以“存活期≥10－11年和IPC數(shù)≥3和說(shuō)明書頁(yè)數(shù)≥30頁(yè)”作為條件，挑選出每種材料的重點(diǎn)專利并進(jìn)行標(biāo)引，了解重點(diǎn)專利的作者類型和申請(qǐng)人類型。主要正極材料在華重點(diǎn)專利數(shù)量與類型分布情況列于表1。

表1 主要正極材料在華重點(diǎn)專利數(shù)量與類型分布Table 1 The quantity and classification of key Chinese patents on main cathode materials

從表1可知，在華專利主要集中在發(fā)明專利和實(shí)用新型專利;以職務(wù)發(fā)明為主，個(gè)人申請(qǐng)也有一定的數(shù)量;從申請(qǐng)人的類別來(lái)看，各材料均以工礦企業(yè)申請(qǐng)為主，高校、科研院所申請(qǐng)所占部分也不小。這種研發(fā)團(tuán)隊(duì)布局基本合理，可以為鋰離子電池正極材料的產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合創(chuàng)造良好的條件。

表2 主要正極材料在華重點(diǎn)專利申請(qǐng)量排名前10位的機(jī)構(gòu)Table 2 The top ten key patent applicants for main cathode material in China

1.2 主要正極材料申請(qǐng)人分析

主要正極材料在華重點(diǎn)專利申請(qǐng)量排名前10位的機(jī)構(gòu)列于表2。

從表2可知，鈷酸鋰排名前列的申請(qǐng)人多為企業(yè)，與鈷酸鋰的商品化有關(guān)，日本的三洋電機(jī)和日本化學(xué)工業(yè)等公司的專利數(shù)量不少。錳酸鋰排名前列的申請(qǐng)人中，比亞迪、深圳比克電池等公司數(shù)量較多，說(shuō)明這些企業(yè)注重專利保護(hù)，清華大學(xué)、中南大學(xué)等高校也申請(qǐng)了很多專利。企業(yè)和公司的關(guān)注，提高了錳酸鋰的技術(shù)水平。鎳鈷錳酸鋰材料排名靠前的申請(qǐng)人是深圳比克電池、中南大學(xué)和彩虹集團(tuán)。磷酸鐵鋰的在華專利數(shù)量較其他材料更多，排名靠前的申請(qǐng)人是清華大學(xué)、彩虹集團(tuán)和中南大學(xué)。富鋰錳基固溶體的申請(qǐng)以大學(xué)和研究院所為主，說(shuō)明該材料還處于研發(fā)階段，暫未大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。鎳鈷鋁酸鋰的專利數(shù)量少，且各家數(shù)量接近，暫未形成技術(shù)壟斷，產(chǎn)品也處于研發(fā)初期。總體來(lái)看，清華大學(xué)、中南大學(xué)對(duì)大部分正極材料有深入的研究，企業(yè)可考慮促進(jìn)相關(guān)成果的產(chǎn)業(yè)化。尤其要注意國(guó)外企業(yè)的布局，三洋電機(jī)是代表性企業(yè)之一。日本十分重視技術(shù)研發(fā)的專利發(fā)展模式，許多產(chǎn)品有質(zhì)量高、價(jià)格低和產(chǎn)量大等優(yōu)勢(shì)。

1.3 主要正極材料制備方法專利分析

圖2為不同材料的制備方法氣泡圖。

圖2 不同材料制備方法的氣泡圖Fig.2 Bubble chart of different material preparation method

從圖2可知，在各種制備方法中，磷酸鐵鋰材料的專利最多，說(shuō)明這是國(guó)內(nèi)研發(fā)創(chuàng)新的熱點(diǎn);而鎳鈷鋁三元材料的數(shù)量最少，目前尚處于研發(fā)早期，各實(shí)驗(yàn)室或研究所可考慮從這方面進(jìn)行研發(fā)創(chuàng)新，搶占市場(chǎng)先機(jī)。磷酸鐵鋰材料的專利最多，錳酸鋰和鎳鈷錳酸鋰材料的數(shù)量次之，也是國(guó)內(nèi)研究的熱點(diǎn)排序。鈷酸鋰的申請(qǐng)數(shù)量不多，這與該材料早已市場(chǎng)化、技術(shù)相對(duì)成熟有關(guān)。富鋰錳基固溶體材料和鎳鈷鋁三元材料也是近幾年研究的熱點(diǎn)，專利申請(qǐng)量逐年增多。磷酸鐵鋰材料的制備，采用還原法最多，其次是固相法、噴霧干燥法和水熱法，最少的是溶膠-凝膠法;錳酸鋰和鎳鈷錳酸鋰的制備以固相法和共沉淀法為主;鈷酸鋰以固相燒結(jié)為主;目前，富鋰錳基固溶體的材料的制備多采用共沉淀法，也有部分研究者采用固相法、水熱法和溶膠-凝膠法等方法。

1.4 主要正極材料生產(chǎn)企業(yè)專利分析

從相關(guān)企業(yè)的專利情況，可了解主要正極材料的發(fā)展方向。如鈷酸鋰專利，主要集中在大粒徑以提高材料的壓實(shí)密度和能量密度方面;同時(shí)，進(jìn)行摻雜和表面包覆，以提高材料的放電電壓和循環(huán)性能。錳酸鋰專利多從顆粒球形化、金屬陽(yáng)離子摻雜或氧化物包覆等角度，來(lái)改進(jìn)高溫循環(huán)性差和存儲(chǔ)性不理想的問(wèn)題。表面包覆和摻雜是三元材料專利研發(fā)的重點(diǎn)技術(shù);同時(shí)，高鎳三元材料也是近來(lái)的研究重點(diǎn)，當(dāng)然，這不僅需要對(duì)材料進(jìn)行體相摻雜和表面修飾改性，還需要對(duì)電池工藝和電解液進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。磷酸鐵鋰的專利研究，集中在碳包覆以提高電子電導(dǎo)性能方面;并通過(guò)材料顆粒的納米化，來(lái)改善倍率性能，或通過(guò)摻雜金屬陽(yáng)離子，增強(qiáng)電子電導(dǎo)率。國(guó)內(nèi)開發(fā)鎳鈷鋁酸鋰材料的企業(yè)，主要有寧波金和、天津巴莫、青島新正和湖南長(zhǎng)遠(yuǎn)鋰科等［5］。

2 對(duì)鋰離子電池正極材料專利發(fā)展的建議

專利是知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重要部分，申請(qǐng)專利并獲得授權(quán)，既能保護(hù)發(fā)明成果，防止科研成果流失，也有利于科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展［6］。較高的專利壁壘阻礙了中國(guó)鋰離子電池行業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)正極材料企業(yè)如何在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中突出重圍，采取合理的策略十分重要。本文作者從專利角度給出以下建議。

2.1 加強(qiáng)自主研發(fā)，推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新

國(guó)內(nèi)正極材料專利數(shù)量較日韓企業(yè)都多，但是基礎(chǔ)專利大都掌握在國(guó)外公司手中，缺少原創(chuàng)性專利。因此企業(yè)加強(qiáng)自主研發(fā)，不能僅停留在對(duì)國(guó)外技術(shù)的微改進(jìn)上，應(yīng)將精力更多地投入到技術(shù)的創(chuàng)新中。如通過(guò)科研攻關(guān)，攻克富鋰錳基固溶體材料和鎳鈷鋁三元材料產(chǎn)業(yè)化難題。

2.2 重視專利布局和保護(hù)，建立專利管理部門

國(guó)內(nèi)很多有實(shí)力的正極材料企業(yè)擁有自己的研發(fā)部門，專利也申請(qǐng)了不少，或僅滿足于保護(hù)正在實(shí)施的技術(shù)不被侵權(quán)，缺乏專利的整體布局;另外鮮有企業(yè)有健全的專利管理部門，對(duì)自己的技術(shù)進(jìn)行合理的管理，跟蹤競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手和相關(guān)企業(yè)專利新進(jìn)展和新變化，從而調(diào)整自己的專利發(fā)展策略，通過(guò)專利來(lái)獲得市場(chǎng)發(fā)言權(quán)。

2.3 加強(qiáng)與客戶、同行、高校、科研院所間的交流與合作

科研不應(yīng)是單純地研究，通過(guò)與客戶、同行的交流，了解市場(chǎng)、分析市場(chǎng)需求和變化，才能研發(fā)出適應(yīng)市場(chǎng)的新技術(shù)。許多高校和科研院所在基礎(chǔ)性研究方面具有優(yōu)勢(shì)，企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)與高校、科研機(jī)構(gòu)間的合作，整合校企的資源優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行聯(lián)合創(chuàng)新，開發(fā)獨(dú)創(chuàng)性技術(shù)，促進(jìn)前沿技術(shù)市場(chǎng)化，實(shí)現(xiàn)共贏。

3 小結(jié)

本文對(duì)主要正極材料在華專利的分布、申請(qǐng)人和制備方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)具有代表性企業(yè)的重點(diǎn)專利進(jìn)行分析。企業(yè)要加強(qiáng)自主研發(fā)，推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新;重視專利布局和保護(hù)，建立專利管理部門;加強(qiáng)與客戶、同行、高校及科研院所的合作。

［1］WANG Yong-qiang(王永強(qiáng))，YANG Lin-lin(楊琳琳)，TANG Xiao-ming(唐曉明)，et al.鋰離子電池正極材料的研究進(jìn)展［J］.Advanced Ceramics(現(xiàn)代技術(shù)陶瓷)，2008，117(3):21 －26.

［2］ZHU Ke(朱科)，SHI Ji-xian(石繼仙).中國(guó)鋰離子電池專利信息分析［J］.Battery Bimonthly(電池)，2013，43(2):106 －108.

［3］WU Bin(吳冰)，ZHOU Xiao-mo(周小沫).鈷酸鋰材料全球?qū)＠暾?qǐng)狀況分析［J］.Science and Technology Innovation Herald(科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào))，2014，(13):231 －232.

［4］YU Bi-tao(余碧濤)，XU Guo-xiang(徐國(guó)祥).磷酸鐵鋰電池技術(shù)中國(guó)專利分析［J］.Science＆Technology Association Forum(科協(xié)論壇)(下半月)，2012，(1):132 －135.

［5］LI Bing-xin(李冰心)，MIAO Huai-ling(苗懷嶺).特斯拉公司事件新能源汽車的革命與飛躍［J］.China Metal Bulletin(中國(guó)金屬通報(bào))，2013，(25):40 －41.

［6］SHEN Li-fang(沈立芳)，WEN Rong(文榮).淺談鋰離子電池正極材料市場(chǎng)中企業(yè)如何加強(qiáng)科技創(chuàng)新［J］.China Market(中國(guó)市場(chǎng))，2014，(31):44－45.