基于專利分析的新能源汽車拆解回收技術(shù)研究

徐偉偉

（有色金屬技術(shù)經(jīng)濟研究院有限責任公司，北京 100089）

發(fā)展新能源汽車是我國從汽車大國邁向汽車強國的必由之路，是應(yīng)對氣候變化、推動綠色發(fā)展的戰(zhàn)略舉措。自2012年國務(wù)院發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）》以來，我國堅持純電驅(qū)動戰(zhàn)略取向，新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展取得了巨大成就，成為世界汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)型的重要力量之一。我國最近制定的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》，更是進一步推動了新能源汽車產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，促進加快建設(shè)汽車強國。

隨著節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)的加快培育和發(fā)展，其產(chǎn)銷量數(shù)字激增，新能源汽車逐漸達到報廢年限，未來幾年內(nèi)必將迎來新能源汽車報廢的高峰[1]。

如何運用更有效更優(yōu)化的方法對廢舊新能源汽車進行有效回收利用，逐步形成集經(jīng)濟、環(huán)境和生態(tài)為一體的新型生態(tài)汽車產(chǎn)業(yè)，是政府和汽車制造企業(yè)面臨的重要問題[2]。

1 新能源汽車拆解回收技術(shù)概述

新能源汽車的結(jié)構(gòu)有別于傳統(tǒng)的燃油汽車，其獨有的結(jié)構(gòu)有動力電池、驅(qū)動電機、增程器、傳感器以及整車集成系統(tǒng)[3]。根據(jù)動力來源的種類，新能源汽車可分為電動汽車、燃料汽車[4]，電動汽車、燃料汽車又可進一步細分，具體如圖1所示。其中，電動汽車根據(jù)動力形式分為純電動汽車（BEV，包括太陽能汽車）、混合動力電動汽車（HEV）、燃料電池電動汽車（FCEV）；混合動力電動汽車又分為混合動力汽車（輕混）、增程式電動汽車（REEV）、插電式混合動力汽車（PHEV）。燃料汽車根據(jù)燃料的不同分為氣體燃料汽車、生物燃料汽車、氫燃料汽車；氣體燃料汽車又分為壓縮天然氣（CNG）燃料汽車、液化石油氣（LPG）燃料汽車、液化天然氣（LNG）燃料汽車；生物燃料汽車又分為乙醇燃料汽車、生物燃料汽車。

圖1 新能源汽車的分類

新能源汽車具有“三縱三橫”技術(shù)布局，其中，燃料電池汽車、混合動力汽車、純電動汽車三種整車技術(shù)為“三縱”，多能源動力總成系統(tǒng)、驅(qū)動電機、動力電池三種關(guān)鍵技術(shù)為“三橫”。

作為新能源汽車核心部件之一的動力電池能量密度極高，具有很高的危險性。尤其是廢舊動力電池安全性、穩(wěn)定性等各項性能已遠遠不如新品電池，不合理的拆解、運輸或者儲存方式會導致電池破損，有毒有害物質(zhì)泄露，嚴重時會引發(fā)電池熱失控，造成起火、爆炸等安全問題[5]。新能源汽車報廢后廢舊動力電池的處理問題不容忽視。

動力電池按照工作原理，分為蓄電池、燃料電池兩類，蓄電池、燃料電池又可進一步細分，如圖2所示。

圖2 動力電池的分類

不同燃料電池因其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的不同，拆解回收技術(shù)也存在差異。但動力電池的拆解回收技術(shù)仍舊存在共性，從拆解回收的方法與流程上而言，均包含梯次利用技術(shù)、再生利用技術(shù)。一般而言，當電池容量在20%～80%時進行梯次利用，在低于20%時進行再生利用。梯次利用，是將廢舊動力蓄電池（或其中的蓄電池包/蓄電池模組/單體蓄電池）應(yīng)用到其他領(lǐng)域的過程，可以一級利用也可以多級利用。再生利用，是對廢舊動力蓄電池進行拆解、破碎、分離、提純、材料修復(fù)或冶煉等處理，進行資源化利用的過程，涉及濕法、火法或材料修復(fù)等工藝。具體的，再生利用技術(shù)包含預(yù)處理（放電、拆解、分離分選）、回收再利用技術(shù)。其中，分離分選技術(shù)又包含物理法、化學法，物理法包含機械處理法，化學法包含熱處理法、酸堿溶法、有機溶劑溶解法。回收再利用技術(shù)包括干法回收技術(shù)（髙溫裂解法、髙溫還原法、熔鹽焙燒法、機械化學法）、濕法回收技術(shù)（浸出·酸堿浸法、浸出·深共晶溶法、浸出·電化學法、浸出·微生物淋濾技術(shù)、提純）、直接修復(fù)再生法（固相原位補鋰法、電化學補鋰法）、再合成法（固相合成法、溶膠凝膠法、水熱合成法、電沉積再生法）[6]。

新能源汽車獨有的其他部件，如驅(qū)動電機、增程器、傳感器以及整車集成系統(tǒng)，其拆解回收技術(shù)也與傳統(tǒng)汽車不同。因此，研究其拆解回收技術(shù)也顯得尤為重要。

2 研究方法綜述

作為檢驗技術(shù)創(chuàng)新成果的一項重要指標，專利常被用來測度某一領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新能力，也能夠反映出該領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展情況。Seidel在1949年首次系統(tǒng)地提出了專利分析的概念，他認為，專利分析是通過對專利數(shù)據(jù)分析處理，將分析結(jié)果用直觀的圖形進行考察理解的方法[7]。Breitzman通過對專利信息分析預(yù)測，推斷出技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)展路徑[8]。專利在技術(shù)創(chuàng)新分析和評價中占據(jù)著舉足輕重的作用。國內(nèi)外已經(jīng)有很多學者從不同角度運用專利數(shù)據(jù)分析方法來研究某一技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展情況[9]。

本文首先對新能源汽車拆解回收技術(shù)進行三級分解，如表1所示。新能源汽車拆解回收技術(shù)按照被拆解的部件分解為動力電池拆解回收技術(shù)、驅(qū)動電機拆解回收技術(shù)、增程器拆解回收技術(shù)、傳感器拆解回收技術(shù)、車身及底盤拆解回收技術(shù)、整車拆解回收技術(shù)。其中，作為新能源汽車的核心組成部分，動力電池的拆解回收技術(shù)研究最為成熟，主要分為梯次利用技術(shù)與再生利用技術(shù)兩個層面。再生利用技術(shù)中根據(jù)處理的工藝流程分為預(yù)處理·放電技術(shù)、預(yù)處理·拆解技術(shù)、預(yù)處理·分離分選技術(shù)、回收再利用技術(shù)。

表1 新能源汽車拆解回收技術(shù)分解表

在技術(shù)分解的基礎(chǔ)上，運用專利計量分析方法，針對新能源汽車拆解回收技術(shù)在國內(nèi)的專利文獻進行分析，著重研究了該技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾埖恼w態(tài)勢、重要競爭者、技術(shù)構(gòu)成等，以期為提高新能源汽車拆解回收技術(shù)自主知識產(chǎn)權(quán)創(chuàng)新能力提供方向引導與決策輔助。

本文以全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源，結(jié)合關(guān)鍵詞與IPC國際專利分類號，采用分-總方式構(gòu)建了新能源汽車拆解回收技術(shù)專利檢索策略。檢索日期為2021年12月。按照分-總方式，共檢索到專利申請11,126件，涉及汽車3,564件，涉及新能源汽車2,727件。本文分析新能源汽車拆解回收技術(shù)。

3 專利總體布局分析

3.1 專利申請量分布

新能源汽車拆解回收技術(shù)的年申請量分布如圖3所示。由圖3可以看出，從2008年開始，新能源汽車拆解回收技術(shù)專利申請量開始緩慢增長，2014年之后快速增長，2018年之后增速下降、平穩(wěn)上升。

圖3 新能源汽車拆解回收技術(shù)專利年申請量分布

該趨勢與我國報廢汽車回收體系的建立和管理政策以及新能源汽車發(fā)展的趨勢有關(guān)。其中，2014年之后快速增長，在于我國新能源汽車擁有量在短短的兩年內(nèi)從2012年的1萬輛增加到了2014年的12萬輛，汽車擁有量的激增帶來了拆解回收技術(shù)的迅速發(fā)展。

3.2 專利申請人分布

新能源汽車拆解回收技術(shù)的專利申請人排名分布如圖4所示。

由圖4可以看出，新能源汽車拆解回收技術(shù)的專利申請人中，企業(yè)有合肥高軒、邦普集團、國家電網(wǎng)系列、贛州豪鵬、格林美、中航鋰電、安徽綠沃等。

其中，邦普集團，是一家專業(yè)從事再生資源的高新科技企業(yè)，在湖南長沙設(shè)有全國最大的廢舊電池循環(huán)基地，作為集團核心產(chǎn)業(yè)的廢舊電池回收量已達2000萬只/月，并具備月處理利用廢鎳、廢鈷量500噸及年產(chǎn)硫酸鎳、氯化鈷、鎳鐵合金、電池正極復(fù)合材料、四氧化三鈷等環(huán)境友好鎳鈷新材料5000噸的綠色循環(huán)生產(chǎn)能力。其旗下的廣東邦普循環(huán)科技有限公司、湖南邦普循環(huán)科技有限公司、湖南邦普汽車循環(huán)有限公司、湖南邦普報廢汽車循環(huán)有限公司等在新能源汽車拆解回收技術(shù)方面的專利申請量總量排名第一，高達150余件。

合肥國軒高科動力能源有限公司為中國動力電池產(chǎn)業(yè)最早進入資本市場的民族企業(yè)，擁有新能源汽車動力鋰電池、儲能、輸配電設(shè)備等業(yè)務(wù)板塊，建有獨立成熟的研發(fā)、采購、生產(chǎn)、銷售體系，其專利技術(shù)主要涵蓋電芯四大主材、電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計、電芯加工工藝及設(shè)備、BMS、PACK、檢測評價、拆解回收以及儲能等，專利布局覆蓋電池的全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)，其在新能源汽車拆解回收技術(shù)方面的專利申請量將近100件。

格林美是世界領(lǐng)先的廢物循環(huán)企業(yè)與世界先進的綠色低碳產(chǎn)業(yè)代表，其從攻克廢舊電池回收技術(shù)開始，再到攻克電子廢棄物綠色處理、報廢汽車整體資源化回收技術(shù)以及動力電池材料的三元“核”技術(shù)等世界技術(shù)難題，突破性解決了中國在廢舊電池、電子廢棄物與報廢汽車等典型廢棄資源綠色處理與循環(huán)利用的關(guān)鍵技術(shù)難點，構(gòu)建了世界先進的新能源全生命周期價值鏈、鈷鎢稀有金屬資源循環(huán)再生價值鏈、電子廢棄物與廢塑料循環(huán)再生價值鏈等資源循環(huán)模式和新能源循環(huán)模式。其廢舊電池回收量占中國報廢總量的10%，報廢汽車回收量占中國汽車報廢量的4%，旗下格林美股份有限公司、荊門市格林美新材料有限公司、格林美（無錫）能源材料有限公司、格林美（武漢）城市礦產(chǎn)循環(huán)產(chǎn)業(yè)園開發(fā)有限公司等在新能源汽車拆解回收方面的專利申請量將近90件。

贛州市豪鵬科技有限公司主要從事廢舊新能源汽車動力電池回收及梯次利用、廢舊電池無害化和資源循環(huán)利用工作。目前，贛州豪鵬通過股權(quán)紐帶，既整合產(chǎn)業(yè)資源，形成了“材料-電池-新能源整車制造-動力鋰電池回收”的上下游企業(yè)聯(lián)動產(chǎn)業(yè)體系，又走出了一條鋰電行業(yè)優(yōu)勢互補、資源相互對接、企業(yè)共同發(fā)展的新路，也已發(fā)展成為國內(nèi)外多家知名整車和電池生產(chǎn)企業(yè)信賴的配套服務(wù)商，其在新能源汽車拆解回收技術(shù)方面的專利申請有30余件。

由圖4可以看出，新能源汽車拆解回收技術(shù)的專利申請人中，研究機構(gòu)有中南大學、中科院、中國電科研究院、合工大、清華等。

圖4 新能源汽車拆解回收技術(shù)專利申請人排名分布

3.3 主要申請人技術(shù)構(gòu)成

新能源汽車拆解回收技術(shù)的主要申請人技術(shù)構(gòu)成如圖5所示。由圖5可以看出，主要申請人的專利申請中，主要涉及G01R31/36·用于測試蓄電池或電池的電氣狀況的儀器，如用于測試容量或充電狀態(tài)的儀器（電池放電技術(shù)），B02C一般破碎、研磨或粉碎、B23P19/04用于裝配或拆卸部件的金屬的其他加工（電池的拆解、破碎技術(shù)），B07C5/344·根據(jù)其他特殊性質(zhì)來分選·根據(jù)電或電磁性質(zhì)（電池的分離分選技術(shù)），H02J7/用于電池組的充電或去極化或用于由電池組向負載供電的裝置、H01M6/52廢電池或電池組有用部件的再生、H01M10/0525···搖椅式電池，即其兩個電極均插入或嵌入有鋰的電池；鋰離子電池、H01M10/42·使用或維護二次電池或二次半電池的方法及裝置、H01M10/54·廢蓄電池有用部件的再生、B09B3/固體廢物的破壞或?qū)⒐腆w廢物轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏没驘o害的東西、C22B7/處理非礦石原材料的金屬的生產(chǎn)或精煉、C22B23/鎳或鈷的提煉、C22B26/12鋰的提取、C22B47/錳的提取（電池回收再利用），B60L電動車輛動力裝置（驅(qū)動電機）。

圖5 新能源汽車拆解回收技術(shù)主要申請人技術(shù)構(gòu)成

4 各技術(shù)分支專利布局分析

各技術(shù)分支的累計專利申請量如圖6所示。由圖6可以看出，新能源汽車拆解回收技術(shù)專利主要布局在動力電池的拆解、分離分選、回收再利用方面以及梯次利用技術(shù)方面。

圖6 新能源汽車拆解回收技術(shù)各技術(shù)分支專利累計申請量分布

其中，新能源汽車整車拆解回收技術(shù)檢索結(jié)果如表2所示。由表2可以看出，汽車相關(guān)整車拆解回收技術(shù)專利申請量有幾百件，但新能源汽車整車拆解回收技術(shù)專利申請量較少。

表2 新能源汽車整車拆解回收技術(shù)專利申請量

由于傳統(tǒng)汽車與新能源汽車的整車拆解回收技術(shù)有共性，下面分析汽車-整車拆解回收技術(shù)相關(guān)專利情況。如圖7所示，為汽車-整車拆解回收技術(shù)專利申請趨勢圖。由圖7可以看出，汽車-整車拆解回收技術(shù)專利申請量自2010年之后開始波動增長。

圖7 汽車-整車拆解回收技術(shù)專利申請量分布

如圖8所示，為汽車-整車拆解回收技術(shù)申請人排名示意圖。由圖8可以看出，汽車-整車拆解回收技術(shù)的申請人主要包括江蘇華宏、格林美、湖北博控、湖北力帝、湖南萬容、黃石博控、銅陵天奇藍天、江蘇理工、國投安徽城市開發(fā)公司等等。

圖8 汽車-整車拆解回收技術(shù)申請人排名

目前檢索到的幾篇關(guān)于新能源汽車-整車拆解回收的專利如表3所示。

表3 新能源汽車-整車拆解回收專利

5 結(jié)語

新能源汽車拆解回收利用并不單純是行業(yè)自身發(fā)展的問題，它在資源綜合利用、環(huán)境保護、提供就業(yè)機會等方面都有積極的影響。但是國內(nèi)在新能源汽車拆解回收領(lǐng)域還面臨諸多問題，如除動力電池拆解回收技術(shù)之外的如驅(qū)動電機等其他部件的拆解回收技術(shù)專利布局較少，整車拆解回收技術(shù)重要但專利申請量太少，我國應(yīng)在現(xiàn)有動力電池拆解回收技術(shù)的基礎(chǔ)上，進一步深入改進現(xiàn)有動力電池拆解回收技術(shù)，同時研究驅(qū)動電機等其他部件的拆解回收技術(shù)，并關(guān)注整車拆解回收技術(shù)的研究，以彌補在新能源汽車拆解回收技術(shù)方面的短板問題。