鋰離子電池用電解銅箔領域專利技術綜述

眭樂萍 席曉麗

摘 要：文章主要從專利申請年份分布、全球及國內重點申請人、國內主要省份分布、電解銅箔性能改進點及銅箔性能提高手段等技術分支，對全球鋰離子電池用電解銅箔技術領域進行分析，希望能夠給電解銅箔領域工作者一些參考。

關鍵詞：鋰離子電池；電解銅箔；專利；分析

中圖分類號：TM912 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）23-0021-03

Abstract： This paper mainly analyzes the technical field of electrolytic copper foil for lithium-ion batteries in the world from the distribution of patent applications， global and domestic key applicants， distribution of major provinces in China， performance improvement points of electrolytic copper foil， and improvement of copper foil performances， hoping to give some reference to workers in the field of electrolytic copper foil.

Keywords： lithium ion battery； electrolytic copper foil； patent； analysis

1 概述

銅箔作為鋰離子電池負極的集流體，是制作鋰離子電池的核心原材料，占電池總成本的5%左右[1-2]，其生產技術的發展和性能的好壞直接影響到鋰離子電池的制作工藝、性能和生產成本。隨著近年來智能手機、新能源汽車的迅猛發展，對鋰離子電池的需求暴增，并對其性能和質量提出了更高的要求。在鋰電池生產發展初期，電池廠家全部選擇壓延銅箔來制作電池負極集流體。隨著電解銅箔性能的提高，逐漸開始使用電解銅箔作為鋰電池的集流體。鋰電池用銅箔與傳統印刷電路板（PCB）用銅箔相比，不僅在厚度上要求更薄，粗糙度低，而且要有較高的抗拉強度、高的伸長率、良好的導電性、抗氧化性、耐折性和耐腐蝕性等。

本文選用CNABS為中文專利數據庫，DWPI為外文專利數據庫，采用關鍵詞和分類號組合的方式進行檢索，通過逐篇閱讀去噪、人工標引獲得有效專利文獻，同族專利均統計為1篇，數據截止時間為2018年4月16日。以下將從專利申請年份分布、全球及國內重點申請人、電解銅箔性能改進點及銅箔性能提高手段各技術分支進行分析，希望能為各企業和科研院所開展技術研發、專利布局及分析競爭對手等提供支持。

2 專利分析

2.1 專利申請態勢分析

由圖1可以看出，從全球領域來看，鋰離子電池用電解銅箔的專利申請最早始于1993年，在1993-1999年間，專利申請較少，處于緩慢發展時期，2000-2005年間，申請量略有提升，呈穩步發展趨勢，2006-2009年申請量銳減，專利申請進入一個低谷期，這是由于銅箔的主要應用領域印刷電路板業（PCB）受到IT行業的沖擊，市場出現了衰退，導致銅箔行業受到影響，各企業均減少了研發投入，從2009年開始至今，又進入一個快速增長的時期，這是由于之前電解銅箔的應用領域主要是PCB，但是隨著新能源汽車的快速發展，帶動鋰電池需求量上升，鋰電銅箔的需求供不應求，市場對于性能優異、超薄載體銅箔的需求不斷增加，且鋰離子電池用電解銅箔具有更高的附加值，因此，各大企業將研發重點均轉移至具有高附加值的鋰電銅箔，并通過更改生產線更多地生產鋰電銅箔[2-5]。而2017年的專利數據由于部分專利尚未公開，因此數據不夠完整。

國內鋰離子電池用電解銅箔的專利申請始于2004年，起步較晚，前期發展較慢，這是由于上世紀90年代末，日本等多家公司調整電解銅箔生產發展戰略，開始分別在蘇州、香港、珠海、臺灣等地建廠正式投產電解銅箔，才促使中國內地及臺灣的電解銅箔產業初具規模。因此，從2004年至2012年間，中國在該領域申請數量較低，處于緩慢發展階段，直到2012年后，才開始進入快速增長階段，但在全球專利占比仍然較低，原因可能在于：一是前期階段，中國主要作為國外大型銅箔公司的代工廠，沒有自主銅箔企業，專利意識和研發能力不足；二是用于鋰離子電池的電解銅箔對厚度、性能等要求較高，隨著近年來各項政策等因素的驅動，新能源汽車及電子產品的快速發展，才帶動了鋰電池用電解銅箔的研發及生產的熱潮和需求[2-5]。

2.2 全球專利分布及重點申請人分析

鋰離子電池用電解銅箔全球專利分布如圖2所示，可以看出，日本在該領域處于絕對領先地位，占據全球接近一半的市場，專利申請數量占比47%，緊隨其后的中國和韓國分別占比19%和18%，中國臺灣地區和美國分別位列第四、第五位。由此可見，鋰離子電池用電解銅箔領域的主要研究區域和市場主體集中在日本、中國和韓國等亞洲國家，其總和占據全球專利申請總量的92%。

鋰離子電池用電解銅箔全球重點申請人排名如圖3所示，可以看出，FURUKAWA ELECTRIC公司（古河電氣工業股份有限公司）在該領域的專利申請量高居榜首，緊隨其后的是韓國LS Mtron（LS 美創公司）、ILJIN Materials（日進材料股份有限公司）、JX NIPPON MINING METALS（JX 日礦日石金屬股份有限公司）、MITSUI MINING SMELTING公司（三井金屬礦業股份有限公司）。專利申請總量排名前五的均是日韓企業，可見，日本、韓國在該領域的研究處于領先地位并且專利布局廣泛。同時，中國的企業也逐漸開始對具有高附加值的鋰離子電池用電解銅箔進行研發投入并進行專利布局，如長春石油化學股份有限公司（中國臺灣）、東莞華威銅箔科技有限公司、安徽銅冠銅箔有限公司以及靈寶華鑫銅箔有限責任公司等。可見，中國企業在該領域處于追趕之勢，我國銅箔企業生產的鋰電池用電解銅箔總體技術水平，與日本、韓國仍存在較大差距，雖然銅箔的生產總量有所提升，但是電解銅箔的檔次仍有待提升，尤其是具有高附加值的高檔電解銅箔（如鋰離子電池用電解銅箔）的產品品質，如若不然，會面臨被市場淘汰的危險[3，6-9]。

2.3 中國主要申請人分布

從圖4結合分析得出，我國鋰離子電池用電解銅箔領域企業主要分布在廣東、臺灣一帶，其次是東南沿海一帶，內陸地區主要集中在河南、青海、貴州等地。研發單位主要為企業，高校研究較少。對于國內主要申請人，長春石油化學股份有限公司（臺灣）屬于國內高端電解銅箔行業領軍企業，這與臺灣地區率先與日本合作開始電解銅箔研究密不可分，其次廣東地區的眾多銅箔企業如東莞華威、佛岡建滔、廣東梅雁等也開始研究高附加值的電解銅箔，而內陸地區，河南靈寶華鑫以及青海電子材料產業公司都屬于我國第一批開始銅箔產業研究的企業。

2.4 提高電解銅箔性能的技術手段及性能分布

通過人工篩選標引各專利申請中提高鋰離子電池用電解銅箔性能的技術手段以及對電解銅箔性能的改進點，得到表1和表2的數據。從表1可以看出，調節電沉積參數（如電流密度、電壓，電解液流速等）控制銅箔的質量，是目前主要采取的技術手段，占專利申請總數量的30%，其次是在電解液中添加某些添加劑，或控制銅離子的濃度等，以提高電解銅箔的力學性能或平整度等，而摻雜一定量的其他元素如N、Ni、Zn、Fe、W等，提高銅箔的機械性能、降低銅箔的表面粗糙度占比18%，另外，還可以通過改善電解銅箔制備裝置、增加銅箔表面處理步驟、制備多層結構的銅箔、控制銅箔晶面組成及熱處理等方法，來提高鋰離子電池用銅箔的性能。