鉅大LARGE | 點擊量:286次 | 2023年10月26日
鋰電池負極材料我國專利分析
通過對我國發(fā)明專利數(shù)據(jù)進行挖掘和計量分析,總結(jié)了鋰電池負極材料的專利申請情況、行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、地域分布及重點創(chuàng)新主體的專利技術(shù)布局。結(jié)果表明,鋰電池負極材料經(jīng)過幾年的持續(xù)上升后,專利申請趨勢放緩。通過對專利進行地域分析,了解到我國本土申請人和日本申請人申請了大量的專利;國內(nèi)申請人重要集中在廣東、上海、北京及浙江。通過分析一些重點公司申請的專利技術(shù)布局可以了解目前市場上的負極材料技術(shù)熱點。
隨著便攜式電子設(shè)備和電動汽車的高速發(fā)展,人們對高能量、長壽命和高功率鋰電池的需求不斷新增,而負極材料作為鋰電池重要組成部分,直接制約著鋰電池的電化學性能。目前,市場上普遍應(yīng)用的負極材料重要為碳材料,然而,碳材料的理論比容量僅為372mAh/g,已遠遠不能滿足實際的應(yīng)用需求。開發(fā)新的高容量鋰電池負極材料顯得極為迫切和重要。隨著市場需求的變化,負極材料的科研投入也在不斷加大,市場份額逐步在全球范圍內(nèi)改變和擴大。
鋰電池負極材料重要包括碳材料、合金化金屬材料、金屬氧化物及以上材料的復合物等材料。當前開發(fā)和使用的碳負極材料重要有石墨、軟碳、硬碳;合金化金屬材料重要指Si,Sn、Bi、Al等金屬,此類材料的理論比容量一般在1000mAh/g以上,具有較大的應(yīng)用潛力;常見的金屬氧化物負極材料有Fe2O3、SnO2及Co3O4等。但是目前商業(yè)化生產(chǎn)的負極材料僅有碳材料,原因在于碳材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、電化學性能優(yōu)、價格低廉、安全性高。
科研的投入固然重要,然而對鋰電池負極材料的發(fā)展大局的掌握更為迫切。只有了解市場的發(fā)展狀況及技術(shù)成熟度,才能把握方向,抓住發(fā)展機遇。本文從鋰電池負極材料我國發(fā)明專利入手,通過對專利申請趨勢、專利技術(shù)布局、重點申請人等指標來分析負極材料的發(fā)展情況、專利的技術(shù)分布概況及申請人的科研實力等,為公司后續(xù)發(fā)展及科研投入供應(yīng)信息支持和參考。
專利檢索數(shù)據(jù)庫
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
本文采用的鋰電池負極材料技術(shù)專利分析數(shù)據(jù)來源于我國國家知識產(chǎn)權(quán)局的ISTIC專利分析數(shù)據(jù)庫,利用主題詞檢索方法,采集1985年0九月至2014年0九月相關(guān)發(fā)明專利樣本,經(jīng)過計算機檢索和人工篩選,得到1353項檢索結(jié)果,將其作為本次專利分析的基本數(shù)據(jù)。通過構(gòu)建專利申請趨勢、重點申請人等信息指標對專利信息進行分析。數(shù)據(jù)檢索日期2015年0一月。由于我國發(fā)明專利申請公布一般是在申請日后18個月,所以2013年和2014年申請的專利數(shù)據(jù)僅作參考。
專利技術(shù)發(fā)展趨勢
鋰電池自1992年經(jīng)日本Sony公司商業(yè)化后便開始迅速發(fā)展。2000年以前,世界上的鋰電池產(chǎn)業(yè)基本掌握在日本手里。近年來,隨著我國和韓國工業(yè)技術(shù)的崛起,日本一枝獨秀的局面逐漸被打破。
2003年之前,專利申請及公開數(shù)量上升緩慢,此階段日本獨占整個鋰電池市場,我國在該領(lǐng)域的技術(shù)處于起步期。2003年以后,鋰電池負極材料的專利申請量不斷增多,這是由我國鋰電池市場份額提升、大眾需求擴大及國內(nèi)科研投入力度加大所帶動的。2009年被認為是分水嶺,從這一年開始,負極材料專利申請及公開數(shù)量得到大幅上升,這和電池行業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)。2009年起,智能手機和電動汽車得到了不斷推廣,它們對電池的容量要求更高,而市場上的負極材料不能滿足需求,促使負極材料的科研投入加大,專利申請量達到一個巔峰。發(fā)展至2012年時,智能手機進入相對平穩(wěn)的發(fā)展階段,加上經(jīng)過前四年的技術(shù)儲備,負極材料的專利數(shù)量已達新高,技術(shù)普及明顯。2013年以后,專利申請及公開數(shù)量發(fā)展平緩,到2014年可能會出現(xiàn)下降的趨勢,此時,技術(shù)瓶頸成為大的制約,亟需創(chuàng)新突破。
國家和地區(qū)競爭分析
專利申請國家分布
專利申請量在一定程度上反映出各個國家對該領(lǐng)域的戰(zhàn)略部署及技術(shù)水平。在我國,該領(lǐng)域申請量較大的國家為我國和日本,符合目前的市場情況,兩國申請量約占總申請量的98%,表明我國和日本的研發(fā)實力較強,且該領(lǐng)域技術(shù)集中程度高。另外,也說明日本重視我國國內(nèi)市場,重視技術(shù)保護。
我國各省份專利分布
專利申請量較高的省份集中在廣東、北京、上海、浙江,占總申請量的56%。負極材料專利申請量較高的省份,其共同之處在于它們都是電池生產(chǎn)公司和名校的聚集地。廣東省內(nèi)有眾多鋰電池負極材料生產(chǎn)商,如貝特瑞、比亞迪、東莞新能源、比克電池等,這類公司的存在大大提高了廣東省在該領(lǐng)域的專利申請量。北京匯聚了科研能力較為突出的知名高校,如目前清華大學和北京科技大學在此領(lǐng)域的專利申請量已分別達到31件和30件。上海市僅復旦大學的專利申請量就已達到31件,浙江省情況和其類似,浙江大學的申請量達60件,同時上海和浙江還有多數(shù)公司參和鋰電池負極材料的研發(fā),申請了大量專利。
重點專利權(quán)人技術(shù)競爭分析
重點高等院校專利權(quán)人分析
按照專利申請情況,重點高等院校可以被分為3個梯隊:60件專利的浙江大學、申請量30件左右以及申請量小于20件的大學。
目前各大高校的研究重點都集中在材料的改性方面,包括對材料形貌及組成的控制等。而鋰電池負極材料廣泛應(yīng)用的仍然是碳材料,但是碳材料理論比容量較低,限制了它的進一步應(yīng)用。金屬氧化物及硅類材料具備高的理論比容量,電導率卻較低。近來的研究熱點為制備金屬氧化物或硅材料和碳材料的復合材料,使得復合材料既具備金屬氧化物或硅材料的高比容量,同時又具備碳材料的高導電性。研究各個高等院校申請的專利,近幾年申請的專利材料重要為各類金屬氧化物和石墨烯的復合材料。硅材料是這兩年新興的負極材料,目前還處于研究的初期,各個高校也都開始關(guān)注并研究硅類材料,目前已出現(xiàn)了一些硅類負極材料的專利。當前硅類負極材料已是研究的一大熱點,將來也必將是鋰電池負極材料專利申請的熱點之一。
重點公司專利人分析
對公司專利申請人進行分析,得到國內(nèi)排名前十的重點公司專利申請情況。專利申請量排名前三的公司分別為上海杉杉科技、深圳貝特瑞及比亞迪。上海杉杉科技擁有負極的中間相炭微球技術(shù),且該技術(shù)已延伸并生產(chǎn)出一系列產(chǎn)品。結(jié)合各個公司的市場情況及專利申請量可知,只有掌握了關(guān)鍵技術(shù),才能進一步鞏固公司的市場地位。深圳貝特瑞是國內(nèi)鋰電池碳負極材料標準制定者,其市場占有率達80%,處于鋰電池負極材料的研發(fā)前沿,代表著石墨深加工的方向,推出了一系列高容量負極材料。
此外,比較排名前10的重點高校和公司的專利申請數(shù)量,發(fā)現(xiàn)高校的申請量普遍大于公司。雖然當前市場上負極材料的生產(chǎn)商不計其數(shù),然而高校仍舊是鋰電池負極材料的科研主力,未來通過高校的科技創(chuàng)新,必能突破當前鋰電池發(fā)展的瓶頸。
對排名前三的公司專利申請方向進行了分析,進而了解三大公司的專利技術(shù)布局及技術(shù)側(cè)重點,三大公司的研發(fā)重點基本一致,重要集中在碳材料、復合金屬氧化物及錫/硅類復合材料,碳材料類及錫/硅類復合材料的研究成果要遠遠大于復合金屬氧化物。
專利申請量的分布在一定程度上反映出各個公司的技術(shù)布局,三大公司都比較重視碳材料及錫/硅類復合材料的研發(fā),碳材料的研發(fā)成果更多,原因在于碳材料還是當前商業(yè)化負極的主流材料,短時間內(nèi)難以被其他負極材料取代,公司只有不斷在碳材料方面投入研究,優(yōu)化碳材料性能,才能保證公司在市場中的地位屹立不倒。錫/硅類復合材料是當前的研究熱點,也是有潛力替代碳材料的新一代負極材料,各個公司在此方面的投入相當于是在搶占未來市場。
結(jié)語
通過檢索和分析鋰電池負極材料的我國發(fā)明專利數(shù)據(jù),得出鋰電池負極材料的技術(shù)發(fā)展趨勢及市場競爭情況。分析表明:
經(jīng)過幾年的持續(xù)上升,當前專利申請趨勢放緩;
不同國家在我國的戰(zhàn)略技術(shù)布局不同,其中,日本為重視我國國內(nèi)市場及技術(shù)保護;
國內(nèi)負極材料生產(chǎn)技術(shù)集中程度高,重要集中在廣東、北京、上海、浙江四省市;
高校和公司在負極材料領(lǐng)域投入了大量研發(fā)精力,并取得了較大進展,其中高
校浙江大學已申請專利60件,公司上海杉杉科技有限公司申請專利45件;
公司和高校的研發(fā)側(cè)重點不同,這是由兩者的目標導向不同造成的。
日后,隨著電動汽車等消費品的不斷推廣,市場會對鋰電池提出了更高的挑戰(zhàn),而鋰電池負極材料的性能有關(guān)整個電池容量的發(fā)揮起著至關(guān)重要的用途,只有實現(xiàn)負極材料的容量突破,才能真正意義上解決當前鋰電池的問題。經(jīng)過專利分析也可以看出,關(guān)鍵技術(shù)的掌握和公司市場地位息息相關(guān),新公司若想取得發(fā)展,必須得從技術(shù)入手,掌握關(guān)鍵技術(shù)才能掌控市場。
作者系(我國科學技術(shù)信息研究所,萬方數(shù)據(jù)股份有限公司)
王仙寧凌鋒潘薇劉會景
來源:化工進展。