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動(dòng)力電池專利導(dǎo)航

發(fā)表時(shí)間:2023-10-25 17:47:16 | 瀏覽:475次

報(bào)告簡(jiǎn)介:

動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)專利導(dǎo)航是蘇州市知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)中心今年開展的產(chǎn)業(yè)專利導(dǎo)航之一,報(bào)告通過分析其專利現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì),探尋動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),為蘇州市動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)路線提供參考。

《專利導(dǎo)航指南》(GB/T39551-2020)系列推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局組織起草,于2020年11月9日批準(zhǔn)發(fā)布,并于2021年6月1日起正式實(shí)施。保護(hù)中心在該系列標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范要求下,開展各類專利導(dǎo)航工作。





動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)專利導(dǎo)航分析報(bào)告

動(dòng)力電池即為工具提供動(dòng)力來源的電源,多指為電動(dòng)汽車、電動(dòng)列車、電動(dòng)自行車、高爾夫球車提供動(dòng)力的蓄電池。動(dòng)力電池是新能源汽車的核心部件,也是未來能源轉(zhuǎn)型的重要方向。目前,動(dòng)力電池主要為鋰電池。

鋰電池主要由:正極、負(fù)極、隔膜、電解質(zhì)/液四個(gè)部分組成。下圖所示是一種典型的鋰二次電池結(jié)構(gòu),正極為具有層狀結(jié)構(gòu)的嵌入化合物(層狀結(jié)構(gòu)氧化物),負(fù)極為石墨碳,通過隔膜間隔正負(fù)極,電池的電解液充當(dāng)離子運(yùn)動(dòng)的通道。

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鋰電池結(jié)構(gòu)示意圖

鋰電池正極材料專利

鋰電池的正極是整個(gè)電池中可脫嵌鋰離子的來源,其基本要求包括:較高的放電電壓、高質(zhì)量比容量、高功率密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命、化學(xué)穩(wěn)定性好、無毒及制備容易等。

鋰電池正極材料專利主要分布在中國(guó)、日本、美國(guó)、韓國(guó)以及WIPO,這五個(gè)專利局申請(qǐng)量之和占全球?qū)@暾?qǐng)量的八成以上。其中,中國(guó)的專利申請(qǐng)量***多。近年,除了中國(guó)的專利申請(qǐng)量保持增長(zhǎng)趨勢(shì)以外,其他主要公開國(guó)的專利申請(qǐng)均出現(xiàn)暫緩態(tài)勢(shì)。中國(guó)同樣也是***重要的技術(shù)來源國(guó),全球占比超過六成,但中國(guó)申請(qǐng)人主要在本國(guó)進(jìn)行布局,向外輸出專利數(shù)少;且接受了較多日本與韓國(guó)輸入專利。

在重點(diǎn)技術(shù)分支方向上,三元層狀材料的應(yīng)用研究***為熱門,專利數(shù)量接近一萬項(xiàng)。其次在磷酸鐵鋰橄欖石型正極材料方向,也是研究的重點(diǎn)。這兩大技術(shù)分支共同構(gòu)成了正極材料當(dāng)前的市場(chǎng),并在未來較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)將持續(xù)在該分支中進(jìn)行深度拓展。

中國(guó)在鋰電池正極材料領(lǐng)域的專利申請(qǐng)起步較晚,但經(jīng)過三十年的發(fā)展,已成為全球鋰電池正極材料領(lǐng)域申請(qǐng)量排名***的國(guó)家。2001-2008年期間,鋰電池正極材料的專利申請(qǐng)整體呈上升趨勢(shì),增長(zhǎng)較為緩慢。在該時(shí)期,主要以國(guó)外申請(qǐng)人通過優(yōu)先權(quán)援引本國(guó)專利進(jìn)入中國(guó)。2009年***今,隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng),以及新能源行業(yè)的興起,中國(guó)鋰電池正極材料的專利申請(qǐng)量也隨著市場(chǎng)的逐步加大而增加,整體上呈快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

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中國(guó)鋰電池正極材料專利申請(qǐng)趨勢(shì)


國(guó)內(nèi)的正極材料專利申請(qǐng)人中中國(guó)申請(qǐng)人占據(jù)了半壁江山。在華申請(qǐng)量排名前15的申請(qǐng)人中,包括7家國(guó)內(nèi)企業(yè)與1家科研院所,體現(xiàn)了國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)于鋰電池市場(chǎng)的極大興趣。國(guó)軒高科超越了LG占據(jù)了本土申請(qǐng)的***,蜂巢能源、中南大學(xué)、格林美也在此領(lǐng)域的研究中取得了一定的優(yōu)勢(shì)地位,專利數(shù)量上較為***。

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中國(guó)鋰電池正極材料專利申請(qǐng)人排名

鋰電池負(fù)極材料專利

負(fù)極材料是鋰離子電池的關(guān)鍵材料之一,占鋰電池成本約10%。鋰電池負(fù)極材料在鋰電池中起儲(chǔ)存和釋放能量的作用,主要影響鋰電池的***效率、循環(huán)性能等。

2009年后,全球鋰電池負(fù)極材料專利申請(qǐng)量高速增長(zhǎng)。中國(guó)是***重要的技術(shù)來源國(guó),2016年起中國(guó)來源專利占世界專利超半數(shù),形成了一家獨(dú)大的趨勢(shì)。鋰電池負(fù)極材料專利主要分布在中國(guó)、日本、美國(guó)、韓國(guó)以及WIPO,中國(guó)鋰離子負(fù)極材料供應(yīng)占據(jù)了全球市場(chǎng)超過九成的規(guī)模。

在重點(diǎn)技術(shù)分支方向上,碳負(fù)極材料因?yàn)槌霈F(xiàn)時(shí)間早,技術(shù)難度和成本低的優(yōu)勢(shì),直***現(xiàn)在仍是專利申請(qǐng)量***多的技術(shù)分支并保持著強(qiáng)勁的發(fā)展趨勢(shì)。硅負(fù)極材料的出現(xiàn)時(shí)間比碳負(fù)極材料晚了將近十年,且在早期受到的關(guān)注度較低,年均申請(qǐng)量的增長(zhǎng)較為緩慢,直***2010年后,硅負(fù)極材料的專利數(shù)量開始快速增長(zhǎng)。

中國(guó)在鋰電池負(fù)極材料領(lǐng)域的專利申請(qǐng)起步較晚,二十世紀(jì)八十年代開始出現(xiàn)相關(guān)研究,但直***二十一世紀(jì)第二個(gè)十年相關(guān)技術(shù)才開始迅猛發(fā)展。中國(guó)專利已成為世界***主要的專利來源。

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中國(guó)鋰電池負(fù)極材料專利申請(qǐng)趨勢(shì)

國(guó)內(nèi)的負(fù)極材料專利申請(qǐng)人中中國(guó)申請(qǐng)人超過半數(shù)。國(guó)外申請(qǐng)人中包括LG、***、三星、信越化學(xué)等***早一批在中國(guó)進(jìn)行專利布局的申請(qǐng)人。中國(guó)申請(qǐng)人以杉杉和貝特瑞為首,是***早一批開始進(jìn)行專利申請(qǐng)的,分別在2003、2004年便開始了在相關(guān)領(lǐng)域的布局,這兩者均是擁有中國(guó)鋰電池負(fù)極材料專利***多的申請(qǐng)人之一,同時(shí)也是***重要的生產(chǎn)商之一。

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中國(guó)鋰電池負(fù)極材料專利申請(qǐng)人排名

鋰電池隔膜專利

在鋰電池內(nèi)部,正負(fù)兩極和電解質(zhì)參加電化學(xué)反應(yīng),隔膜是非活性介質(zhì),不參與內(nèi)部化學(xué)反應(yīng),并避免兩個(gè)電極的直接接觸短路。

1980-1996年期間,鋰電池隔膜處于前期探索階段,大量基膜物性、結(jié)構(gòu)、工藝基礎(chǔ)專利開始涌現(xiàn),但專利申請(qǐng)量較少。從1997年開始,鋰電池隔膜專利申請(qǐng)數(shù)量突增,處于迅速發(fā)展階段,多層復(fù)合、摻雜共混、涂布基礎(chǔ)專利開始出現(xiàn)。特別是在2010年前后專利增長(zhǎng)幅度較大。

在中國(guó)進(jìn)行專利布局的專利數(shù)量***多,遠(yuǎn)超其他國(guó)家;其次為日本,布局專利7530件;美國(guó)、韓國(guó)專利公開數(shù)量基本相當(dāng);隨后為WIPO與歐專局分別布局3368件與1987件。中國(guó)申請(qǐng)人的專利布局主要在中國(guó)展開,在其他國(guó)家/地區(qū)布局的專利數(shù)量相對(duì)極少;而日本申請(qǐng)人***早參與隔膜市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),注重海外布局,在主要競(jìng)爭(zhēng)區(qū)域均布局了超千件的專利。

在重點(diǎn)技術(shù)分支方向上,隔膜專利主要?dú)w結(jié)為耐高溫隔膜與其他隔膜,耐高溫隔膜具有7971項(xiàng)相關(guān)專利,占比40.97%,受限于鋰電池發(fā)展,早期對(duì)耐高溫隔膜的需求量不大,使得專利量較少,近年專利申請(qǐng)量逐年攀升;而其他類型隔膜具有11275項(xiàng)。

中國(guó)早期隔膜領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展主要源于海外企業(yè)的布局,國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人對(duì)該領(lǐng)域的研發(fā)激情不高。自2008年起,國(guó)內(nèi)企業(yè)開始投入隔膜研發(fā)與生產(chǎn)之中,紛紛擴(kuò)產(chǎn),搶占供應(yīng)鏈先機(jī)。使得我國(guó)隔膜領(lǐng)域相關(guān)專利突增,呈爆發(fā)式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

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中國(guó)鋰電池隔膜專利申請(qǐng)趨勢(shì)

國(guó)內(nèi)的隔膜專利申請(qǐng)人均為企業(yè),有11位中國(guó)申請(qǐng)人,7位日本申請(qǐng)人,與2位韓國(guó)申請(qǐng)人。LG以264項(xiàng)專利布局排名***;其次為我國(guó)申請(qǐng)人厚生新材料,具有257項(xiàng)位居第二,其總部位于江蘇省常州市。金力新材料、住友、東麗、中材鋰膜、恩捷專利量相當(dāng)。

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中國(guó)鋰電池隔膜專利申請(qǐng)人排名

鋰電池電解液專利

電解液就是將電解質(zhì)鋰鹽溶于高純度的有機(jī)溶劑中,并加入少量添加劑之后的離子型導(dǎo)體,是Li+在正負(fù)極之間移動(dòng)的載體,其決定著電池的性能好壞。其被稱為鋰離子電池的“血液”,其組成成分為:有機(jī)溶劑、鋰鹽和添加劑。

1990年后電解液相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量逐漸上升,1990-2010年電解液申請(qǐng)量上升幅度不大。從2010年開始,鋰電池電解液材料的專利申請(qǐng)數(shù)量迅速增加,特別是在2021年前后出現(xiàn)增長(zhǎng)的高峰。

在中國(guó)進(jìn)行專利布局的專利數(shù)量***多,高達(dá)13821件;在日本布局的專利共12720件;美國(guó)排名第三,共布局5376件;WIPO和韓國(guó)專利公開數(shù)量基本相當(dāng),數(shù)量分別為4114件、3950件;隨后為歐專局和德國(guó)分別布局了2285件、1580件。日本申請(qǐng)人***為注重海外布局,除在本國(guó)布局外,在美國(guó)、世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織、中國(guó)的專利均超過千件。中國(guó)申請(qǐng)人的專利布局主要在中國(guó)展開,在世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織布局和美國(guó)也有較多申請(qǐng),在其他國(guó)家/地區(qū)布局的專利數(shù)量極少。全球范圍內(nèi),鋰電池電解液領(lǐng)域中,對(duì)于具備耐高壓及阻燃性能的專利較少,僅布局126項(xiàng),占比0.42%,對(duì)于阻燃類電解液研究的專利數(shù)量也不大,共1068項(xiàng),耐高壓電解液數(shù)量相對(duì)較多,共2661項(xiàng)。

中國(guó)電解液領(lǐng)域技術(shù)在1997年之前申請(qǐng)數(shù)量相對(duì)較少。1997年***今,鋰電池電解液專利申請(qǐng)數(shù)量出現(xiàn)快速增長(zhǎng),2004年突破100項(xiàng),2013年突破500項(xiàng),2018年突破1000項(xiàng),隨后年申請(qǐng)量維持在1000項(xiàng)以上并保持***今。中國(guó)專利的申請(qǐng)自2010年開始發(fā)力,成為世界***主要的專利來源。

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中國(guó)鋰電池電解液專利申請(qǐng)趨勢(shì)

國(guó)內(nèi)的電解液專利申請(qǐng)人中,前三名均為中國(guó)企業(yè),其中,寧德時(shí)代以絕對(duì)專利申請(qǐng)量?jī)?yōu)勢(shì)位于***名,共712項(xiàng),位于第二名和第三名的珠海冠宇和比亞迪專利申請(qǐng)量相差不大,分別布局了307項(xiàng)、284項(xiàng)專利。LG化學(xué)以245項(xiàng)專利位于第四位,***和三星分別布局192項(xiàng)、189項(xiàng)。

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中國(guó)鋰電池電解液專利申請(qǐng)人排名

鋰電池固態(tài)電解質(zhì)專利

固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)電池的核心材料,也被稱為快離子導(dǎo)體。它是指在使用溫度區(qū)間內(nèi)為固態(tài),對(duì)電子呈現(xiàn)出良好的絕緣性,并且具有較高的鋰離子傳導(dǎo)能力的一類材料。使用固態(tài)電解質(zhì)替代液態(tài)電解質(zhì),發(fā)展全固態(tài)鋰電池,能夠解決當(dāng)前液態(tài)鋰離子電池所面臨的能量密度瓶頸和安全隱患問題。

1990年代,磷酸鹽玻璃和硫化物材料等固態(tài)電解質(zhì)的研究開始引起廣泛關(guān)注。2000年前后,研究人員發(fā)現(xiàn)聚合物電解質(zhì)具有較好的離子傳導(dǎo)性能,隨之出現(xiàn)了一波專利申請(qǐng)的小高峰。從2010年開始,固態(tài)電解質(zhì)具有高安全性、輕量化、減少枝晶鋰的特點(diǎn)吸引著越來越多的申請(qǐng)人對(duì)此進(jìn)行投入,固態(tài)電解質(zhì)相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量始終保持在較高水平,2016年后年申請(qǐng)量不斷突破新高。

在中國(guó)進(jìn)行專利布局的專利數(shù)量***多,高達(dá)4024件,遠(yuǎn)超其他國(guó)家;其次為日本,布局專利2793件;美國(guó)、韓國(guó)和WIPO專利公開數(shù)量千余件。中國(guó)既是來源***多的國(guó)家,同時(shí)也是全球***大鋰電池單一市場(chǎng)。日本和韓國(guó)市場(chǎng)規(guī)模較小,但依托本國(guó)具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)的申請(qǐng)人也成為了重要的技術(shù)目標(biāo)國(guó)。美國(guó)、歐洲對(duì)于鋰電池的研發(fā)緩慢,但憑借市場(chǎng)規(guī)模,仍吸引了大量申請(qǐng)人在此進(jìn)行專利布