鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰改性技術(shù)專利分析

姜 靜 王云飛 初志勇青島市科學(xué)技術(shù)信息研究所

鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰改性技術(shù)專利分析

姜 靜 王云飛 初志勇
青島市科學(xué)技術(shù)信息研究所

動力型鋰離子電池關(guān)鍵技術(shù)涉及正極、負(fù)極、電解質(zhì)（電解液）、隔膜、電池單體、電池組等產(chǎn)業(yè)鏈領(lǐng)域。其中，鋰離子電池正極材料種類較多，主要包括鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、鎳錳鈷三元材料和磷酸鐵鋰等。磷酸鐵鋰具有循環(huán)壽命長、材料成本低等優(yōu)勢，是未來鋰離子電池正極材料的重要發(fā)展方向。磷酸鐵鋰正極材料表面改性研究主要集中在離子摻雜、包覆修飾、復(fù)合合成等方面。因此，本專利分析的研究邊界確定為鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰改性技術(shù)。

專利檢索

技術(shù)分解

鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰改性技術(shù)包括包覆改性、摻雜改性、復(fù)合改性三大類，具體技術(shù)分解如表1所示。

表1 鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰改性技術(shù)分解表

檢索策略

中文：第一技術(shù)方案點(diǎn)總體采用總分式檢索策略，采用關(guān)鍵詞加分類號檢索，獲得與技術(shù)主題相關(guān)的總體文獻(xiàn)量。根據(jù)技術(shù)分解表，對涉及的三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)分別進(jìn)行檢索，獲得所關(guān)注的各個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的文獻(xiàn)量。在針對各關(guān)鍵技術(shù)檢索時(shí)采用的是分筐檢索策略，按照原理將其劃分為每一個(gè)技術(shù)塊/技術(shù)點(diǎn)，各技術(shù)塊之間為或的關(guān)系。三級檢索關(guān)注的是技術(shù)細(xì)分。

英文：檢索思路與中文相同，分類號的使用更為豐富。

檢索要素表

鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰改性技術(shù)中文及英文檢索要素分別如表2、表3所示。

檢索過程

中文庫：專利之星

（001） F TX 鋰*電池*磷酸鐵鋰*（改性+包覆+碳包+炭包+包碳+包炭+覆碳+覆炭+涂覆+摻雜）〈hits：309〉

（002） F IC C01B25+H01M4 〈hits：25150〉

（003） J 001*002 〈hits：301〉（簡單去噪后的總文獻(xiàn)量）

外文庫：合享新創(chuàng)-INCOPAT

1 TIABC=（lithium OR Li） AND （positive OR cathode） AND LiFePO4 AND （modif* OR dop* OR coat* OR cover* ） 〈207〉

2 #1 AND IPC=（C01B25 OR H01M4） 〈169〉（簡單去噪后的總文獻(xiàn)量）

查全評估

表2 鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰改性中文檢索要素表

表3 鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰改性英文檢索要素表

1.中文

（011） F PA 上海錦眾信息科技有限公司 〈hits：100〉

（012） F TX 磷酸鐵鋰 〈hits：1572〉

（013） J 011*012 〈hits：7〉

（014） J 003*013 〈hits：7〉

隨機(jī)抽選發(fā)明人：上海錦眾信息科技有限公司，經(jīng)過人工閱讀確定有效文獻(xiàn)7篇。查全率=7/7=100%，查全評估結(jié)果〉90%，終止檢索。

2.英文

隨機(jī)抽選發(fā)明人：Masquelier Christian，經(jīng)過人工閱讀確定有效文獻(xiàn)5篇。查全率=5/5=100%，查全評估結(jié)果〉90%，終止檢索。

隨機(jī)抽選發(fā)明人：Armand Michel，經(jīng)過人工閱讀確定有效文獻(xiàn)4篇。查全率=4/4=100%，查全評估結(jié)果〉90%，終止檢索。

查準(zhǔn)評估

1.中文

（006） F IN 姜 〈hits：91351〉

（007） J 003*006 〈hits：18〉

將檢索結(jié)果中發(fā)明人姓為“姜”的專利抽出，文獻(xiàn)量為18，查準(zhǔn)率=17/18=94.4%，查準(zhǔn)評估結(jié)果〉90%。

采用人工閱讀去噪的方法，得到288條相關(guān)專利，查準(zhǔn)率=288/301=95.6%，查準(zhǔn)評估結(jié)果〉90%，終止檢索。

2.英文

隨機(jī)抽取Excel表格第30—50行共20篇查看，相關(guān)18篇，查準(zhǔn)率 90%，終止檢索。

圖1 鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰改性技術(shù)專利申請趨勢

圖2 國內(nèi)主要申請人及專利族數(shù)

圖3 國外主要申請人及專利族數(shù)

采用人工閱讀去噪的方法，得到159條相關(guān)專利，查準(zhǔn)率=159/169=94%，查準(zhǔn)評估結(jié)果〉90%，終止檢索。

專利分析

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截至2015年，經(jīng)專利之星和INCOPAT平臺檢索，鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰改性技術(shù)在中國有288項(xiàng)專利族，全球有159項(xiàng)。

根據(jù)趨勢圖顯示，鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰改性技術(shù)專利申請經(jīng)歷了三個(gè)階段：第一階段：2000～2005年為平穩(wěn)發(fā)展期，年均申請量為個(gè)位數(shù)；第二階段：2006～2009年為較快增長期，年均申請量達(dá)到20余件；第三階段：2010年之后進(jìn)入快速增長期，2010年達(dá)到54件，且年均增速穩(wěn)定，至2013年達(dá)到90件。

主要專利申請人分析

鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰改性技術(shù)專利主要申請人及專利族數(shù)如圖2、圖3所示。

圖2給出了國內(nèi)專利族數(shù)量前五位申請人及該申請人的專利族數(shù)。其中，合肥恒能新能源科技有限公司以19項(xiàng)專利排在第一位，彩虹集團(tuán)公司10項(xiàng)排名第二。中南大學(xué)、上海錦眾信息科技有限公司、橫店集團(tuán)東磁股份有限公司分別以8項(xiàng)、7項(xiàng)、5項(xiàng)排名第三、四、五位。

圖3給出了國外專利族數(shù)量前五位申請人及該申請人的專利族數(shù)。其中，LG Chem（韓國LG化學(xué)公司）以21項(xiàng)專利排在第一位，其后分別是12項(xiàng)的Umicore（優(yōu)美科公司），10項(xiàng)的Sony（索尼公司），9項(xiàng)的MIT（美國麻省理工學(xué)院）以及8項(xiàng)的CNRS（法國國家科學(xué)研究院）。

圖4 國內(nèi)主要發(fā)明人及專利族數(shù)

圖5 國外主要發(fā)明人及專利族數(shù)

圖6 專利技術(shù)功效圖

圖7 國外專利法律狀態(tài)分析

主要專利發(fā)明人分析

鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰改性技術(shù)專利主要發(fā)明人及專利族數(shù)如圖4、圖5所示。

圖4給出了國內(nèi)專利族數(shù)量前六位發(fā)明人及該發(fā)明人的專利族數(shù)。圖示專利族數(shù)量排在并列第一位的三個(gè)人分別是林彭桃君、蔣森和陳夕順，他們共同來自合肥恒能新能源科技有限公司。來自上海錦眾信息科技有限公司的姜波涉及7項(xiàng)，來自彩虹集團(tuán)的靳素芳和來自橫店集團(tuán)東磁股份有限公司的包大新分別涉及5項(xiàng)。表明主要申請人都有自己的研發(fā)骨干人員。

圖5給出了國外專利族數(shù)量前六位發(fā)明人及該發(fā)明人的專利族數(shù)。Chiang Yet-ming13項(xiàng)，Masquelier Christian12項(xiàng)，Gozdz Antoni s.11項(xiàng)，Holman Richard k.11項(xiàng)，Armand Michel9項(xiàng)，Viola Michael s.7項(xiàng)。 其 中Chiang Yet-ming、Gozdz Antoni s、Holman Richard k.和 Viola Michael s.均來自 MIT （Massachusetts Institute of Technology，美國麻省理工學(xué)院），Masquelier Christian來自Umicore（優(yōu)美科公司），Armand Michel來自Universite de Montreal（加拿大蒙特利爾大學(xué)）。表明美國麻省理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)實(shí)力較強(qiáng)。

專利技術(shù)功效分析

鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰改性技術(shù)專利技術(shù)功效如圖6所示。

從圖6可以看出碳包覆和金屬包覆主要為了增加粒子間導(dǎo)電性，金屬摻雜和氟摻雜主要為了增加電子間導(dǎo)電性，包覆摻雜相結(jié)合主要為了同時(shí)增加粒子間和電子間導(dǎo)電性。

專利法律狀態(tài)分析

鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰改性技術(shù)國外專利法律狀態(tài)分析如圖7所示。（因國內(nèi)專利采用專利之星平臺檢索，其法律狀態(tài)項(xiàng)缺失，故僅有國外專利法律狀態(tài)分析部分。）

圖7給出了國外法律狀態(tài)統(tǒng)計(jì)分析，如圖所示，鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰改性技術(shù)公開專利71件，占57%；生效專利27件，占22%；未決專利25件，占20%；轉(zhuǎn)讓專利1件，占1%。整個(gè)專利的有效性和活躍性較好。

結(jié)束語

1997年，美國John B.Goodenough教授提出正交橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰正極材料。美國Valence公司與A123公司最早將磷酸鐵鋰用做離子電池正極材料。目前，磷酸鐵鋰正極材料改性技術(shù)已成為鋰電池行業(yè)發(fā)展的前沿技術(shù)之一。通過表面改性，正極材料的電化學(xué)性、熱穩(wěn)定性及循環(huán)性得到了改善和提高。由于磷酸鐵鋰正極材料制備工藝復(fù)雜，技術(shù)與資金門檻要求較高，國內(nèi)磷酸鐵鋰正極材料生產(chǎn)技術(shù)尚未成熟，其材料的性能和穩(wěn)定性不夠，缺乏核心自主知識產(chǎn)權(quán)。隨著動力型鋰離子電池市場規(guī)模的增長，國內(nèi)相關(guān)企業(yè)應(yīng)在突破關(guān)鍵技術(shù)的同時(shí)加強(qiáng)專利布局。