鋰離子電池正極材料專利全景分析

楊青 王科

隨著消費類電子產品和動力儲能電池的廣泛應用和普及，全球鋰離子電池的市場規模不斷擴大，在我國大力發展新能源汽車產業的強力帶動下，國內鋰離子電池的產業規模開始迅速發展壯大，我國已經成為全球鋰離子電池最主要的生產國和消費國。近年來，中國鋰離子電池產業技術水平取得了長足進步，而電池性能指標的不斷提高，有賴于電池材料的技術進步。本文以5大局〔包括中國、美國、日本、韓國和歐洲專利局（EPO）〕專利數據為基礎，以鋰離子電池關鍵材料之一的正極材料為研究對象，通過分析重點區域技術發展趨勢、技術創新主體、專利布局技術方向和中國區域技術競爭情況，從全球和中國的分析視角探析鋰離子電池正極材料領域的技術發展動態和行業競爭態勢。

1 重點區域技術發展趨勢

電池材料的技術進步是鋰離子電池性能指標不斷提高的首要影響因素，特別是正極材料對于鋰離子電池質量能量密度的影響最大。目前鋰離子電池領域中，全球范圍內專利申請最集中的領域分布在正極材料領域，其中正極材料領域5大局的專利申請量達到41 037件，超9成專利申請分布在近二十年間。

從全球正極材料領域的專利布局區域（見圖1）來看，中國為專利申請的第一大國，貢獻了近半數的專利，專利申請量占比達到44.9%。隨著產業規模的擴大和技術的不斷進步，作為后起之秀的中國在2000年開始，專利申請加速，在2006年時已超過日本，成為全球專利申請量最多的區域。緊隨其后的日本，其在鋰離子電池正極材料領域的專利申請量占比為25.6%。日本鋰離子電池產品在商業化方面走在了世界前列，并涌現出索尼公司、日立公司、三洋電機株式會社等國際知名的鋰離子電池制造商。日本的技術起步早于中國，早期專利申請一直處于全球首位，2006年被中國超越之后，近年來專利申請量有所回落。美國涉足鋰離子電池基礎理論較早，迄今其在鋰離子電池正極材料領域的全球申請量占比為14.2%，近年來其專利申請量與日本相差不大。韓國擁有三星SDI株式會社、LG化學株式會社等知名鋰離子電池廠商，其在鋰離子電池正極材料領域的全球申請量占比為10.1%。

2 專利布局技術方向

從專利布局重點來看（見圖2），正極材料領域以磷酸鐵鋰和三元復合物為技術布局重點，這2個技術方向的專利申請量均超過7 000件，錳酸鋰和鈷酸鋰的專利申請量在磷酸鐵鋰和三元復合物之后，分別為3 594件和3 021件，目前硫化物技術領域的專利申請最少。從各技術領域的專利申請趨勢來看，2006年之后各技術領域進入技術創新活躍的時期，其中磷酸鐵鋰技術領域表現突出，三元復合物領域各年度專利申請僅次于磷酸鐵鋰領域。2010年之后磷酸鐵鋰領域的研發熱度有所下降，而三元復合物技術領域一直保持較高的研發熱度。2014年之后專利申請量開始超過磷酸鐵鋰技術領域，成為近年來正極材料領域最熱點的技術方向。

從5大局的專利布局重點來看，中國更側重磷酸鐵鋰技術領域，在正極材料中的占比達到40.7%；日本、韓國和EPO更側重三元復合物，其在各區域正極材料中的占比最高，超過30%；而美國以磷酸鐵鋰和三元復合物技術領域并重；此外日本對錳酸鋰和鈷酸鋰技術領域的重視程度要高于其他區域。

3 全球專利申請人排名及技術布局方向

從鋰離子電池正極材料領域的全球重點申請人來看（見表1），株式會社LG化學（簡稱“LG化學”）的專利申請量居首位，其次是豐田集團（簡稱“豐田”）和三星SDI株式會社（簡稱“三星SDI”），日立集團（簡稱“日立”）和松下電器產業株式會社（簡稱“松下電器”）的專利申請量相差不大，列三星SDI之后，前10榜單中以日本和韓國領先企業為主。中國本土申請人未進入全球前10榜單，其中日本企業占8位，技術實力雄厚，而且豐田也參與其中，這也與日本鋰電池產業傳統強國的地位相符，也體現了以豐田為代表的日本車企對該領域的研發熱情較高，為鋰電行業發展注入了新動力。與日韓企業相比，中國本土申請人的全球排名比較靠后，比亞迪股份有限公司（簡稱“比亞迪”）清華大學、中南大學等進入全球前20榜單。

從全球鋰離子電池正極材料領域重點申請人技術布局重點來看（見表2），各申請人在正極材料5個技術方向均有專利布局，三元復合物是前10申請人最為關注的技術領域，其中以LG化學和住友集團（簡稱“住友”）該技術領域的專利申請量最多；LG化學和豐田的技術布局重點為三元復合物和磷酸鐵鋰領域，三星SDI的技術布局重點為三元復合物、磷酸鐵鋰和鈷酸鋰領域，三洋電機株式會社（簡稱“三洋電機”）更關注鈷酸鋰領域，而三菱集團的技術布局更側重錳酸鋰領域。

4 中國區域技術競爭情況

中國在鋰離子電池正極材料領域共申請專利18440件，其中中國本土申請占82.7%，國外來華申請占17.3%（見圖3）。中國省市排名中，廣東省以2830件專利居首位，廣東省主要的技術創新主體包括比亞迪和深圳市比克電池有限公司（簡稱“比克電池”）等；此外華南理工大學和華南師范大學等高校也有較多的專利申請；江蘇省和北京市分列第2、第3位；浙江省和湖南省進入前5。國外來華申請人中，來自日本的專利申請數量最大，達到1 855件，遠超過其他國家，松下電器、豐田、三洋電機、日立、索尼集團、住友是來自日本的主力申請人，此外韓國和美國也也是國外來華專利申請的重點國家，韓國的重點申請企業主要是LG化學和三星SDI，而美國重點申請企業主要是3M創新有限公司和通用汽車公司。

從鋰離子電池正極材料領域中國區域的申請人排名來看（表3），LG化學居首位，其次是中南大學和比亞迪，中國申請人中合肥國軒高科動力能源有限公司（簡稱“國軒高科”）、清華大學、新能源科技有限公司（ATL）和深圳市比克電池有限公司也進入前10榜單，豐田、松下電器和三星SDI等全球領先企業在中國的保護力度也比較強，非常重視中國市場，在中國市場也有比較多的專利布局。從重點申請人的技術布局方向來看，LG化學以三元復合物為專利布局重點，中南大學和合肥國軒均側重磷酸鐵鋰和三元復合物技術領域，比亞迪和清華大學的技術研發和專利布局重點為磷酸鐵鋰技術領域。

5 建議

第一，目前鋰離子電池正極材料領域日韓企業處于領先地位，LG化學、豐田和三星SDI等在全球有大量的專利布局，且中國市場也是國外領先企業重點關注的專利布局市場。因而對中國企業來說，對競爭對手的專利信息進行跟蹤、構建專利預警體系是非常有必要的，對競爭對手的專利跟蹤與分析，能夠把握競爭對手研發的技術方向，避免低水平重復研究，同時可以借鑒先進技術，提高技術創新效率，有效防控侵權風險。

第二，國內已經有良好的科研資源，在鋰離子電池正極材料領域，中南大學和清華大學的專利申請量居國內前列，掌握了大量的優勢技術，中國企業應當充分的利用，針對優勢專利技術，可有針對性的采取聯合開發或技術轉讓的形式，使企業和科研單位結成利益共同體發揮各自的優勢，促進技術向市場的轉化，形成良性循環。

第三，目前鋰離子電池正極材料領域的重點和熱點技術方向集中在三元復合物和磷酸鐵鋰領域，且三元復合物技術領域近期的研發熱度更高，中國企業在自主創新的同時要注意把握重點和熱點方向，同時要注重加強專利布局，有效保護創新成果。國外領先企業普遍具有全球化的專利布局策略，在重要市場積極進行專利布局，因而中國企業在加強中國本土市場專利布局的同時，可適時開展海外市場專利布局，以有效規避產品出口可能面臨的侵權風險。