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13093190053報(bào)告簡介：
動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)專利導(dǎo)航是蘇州市知識產(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)競爭態(tài)勢，探尋動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展趨勢，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）系列推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)由國家知識產(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。
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、日本、美國、韓國以及WIPO，這五個(gè)專利局申請量之和占全球?qū)＠暾埩康陌顺梢陨?。其中，中國的專利申請?**多。近年，除了中國的專利申請量保持增長趨勢以外，其他主要公開國的專利申請均出現(xiàn)暫緩態(tài)勢。中國同樣也是***重要的技術(shù)來源國，全球占比超過六成，但中國申請人主要在本國進(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，并在未來較長時(shí)間內(nèi)將持續(xù)在該分支中進(jìn)行深度拓展。
中國在鋰電池正極材料領(lǐng)域的專利申請起步較晚，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)域申請量排名***的國家。2001-2008年期間，鋰電池正極材料的專利申請整體呈上升趨勢，增長較為緩慢。在該時(shí)期，主要以國外申請人通過優(yōu)先權(quán)援引本國專利進(jìn)入中國。2009年***今，隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速增長，以及新能源行業(yè)的興起，中國鋰電池正極材料的專利申請量也隨著市場的逐步加大而增加，整體上呈快速增長的趨勢。
中國鋰電池正極材料專利申請趨勢
國內(nèi)的正極材料專利申請人中中國申請人占據(jù)了半壁江山。在華申請量排名前15的申請人中，包括7家國內(nèi)企業(yè)與1家科研院所，體現(xiàn)了國內(nèi)企業(yè)對于鋰電池市場的極大興趣。國軒高科超越了LG占據(jù)了本土申請的***，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)勢地位，專利數(shù)量上較為***。
中國鋰電池正極材料專利申請人排名
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)極材料專利申請量高速增長。中國是***重要的技術(shù)來源國，2016年起中國來源專利占世界專利超半數(shù)，形成了一家獨(dú)大的趨勢。鋰電池負(fù)極材料專利主要分布在中國、日本、美國、韓國以及WIPO，中國鋰離子負(fù)極材料供應(yīng)占據(jù)了全球市場超過九成的規(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，直***現(xiàn)在仍是專利申請量***多的技術(shù)分支并保持著強(qiáng)勁的發(fā)展趨勢。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，年均申請量的增長較為緩慢，直***2010年后，硅負(fù)極材料的專利數(shù)量開始快速增長。
中國在鋰電池負(fù)極材料領(lǐng)域的專利申請起步較晚，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。中國專利已成為世界***主要的專利來源。
中國鋰電池負(fù)極材料專利申請趨勢
國內(nèi)的負(fù)極材料專利申請人中中國申請人超過半數(shù)。國外申請人中包括LG、***、三星、信越化學(xué)等***早一批在中國進(jìn)行專利布局的申請人。中國申請人以杉杉和貝特瑞為首，是***早一批開始進(jìn)行專利申請的，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鋰電池負(fù)極材料專利***多的申請人之一，同時(shí)也是***重要的生產(chǎn)商之一。
中國鋰電池負(fù)極材料專利申請人排名
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)，但專利申請量較少。從1997年開始，鋰電池隔膜專利申請數(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年前后專利增長幅度較大。
在中國進(jìn)行專利布局的專利數(shù)量***多，遠(yuǎn)超其他國家；其次為日本，布局專利7530件；美國、韓國專利公開數(shù)量基本相當(dāng)；隨后為WIPO與歐專局分別布局3368件與1987件。中國申請人的專利布局主要在中國展開，在其他國家/地區(qū)布局的專利數(shù)量相對極少；而日本申請人***早參與隔膜市場競爭，注重海外布局，在主要競爭區(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，早期對耐高溫隔膜的需求量不大，使得專利量較少，近年專利申請量逐年攀升；而其他類型隔膜具有11275項(xiàng)。
中國早期隔膜領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展主要源于海外企業(yè)的布局，國內(nèi)申請人對該領(lǐng)域的研發(fā)激情不高。自2008年起，國內(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)。使得我國隔膜領(lǐng)域相關(guān)專利突增，呈爆發(fā)式增長態(tài)勢。
中國鋰電池隔膜專利申請趨勢
國內(nèi)的隔膜專利申請人均為企業(yè)，有11位中國申請人，7位日本申請人，與2位韓國申請人。LG以264項(xiàng)專利布局排名***；其次為我國申請人厚生新材料，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)。
中國鋰電池隔膜專利申請人排名
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)專利申請數(shù)量逐漸上升，1990-2010年電解液申請量上升幅度不大。從2010年開始，鋰電池電解液材料的專利申請數(shù)量迅速增加，特別是在2021年前后出現(xiàn)增長的高峰。
在中國進(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；美國排名第三，共布局5376件；WIPO和韓國專利公開數(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分別布局了2285件、1580件。日本申請人***為注重海外布局，除在本國布局外，在美國、世界知識產(chǎn)權(quán)組織、中國的專利均超過千件。中國申請人的專利布局主要在中國展開，在世界知識產(chǎn)權(quán)組織布局和美國也有較多申請，在其他國家/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)量相對較多，共2661項(xiàng)。
中國電解液領(lǐng)域技術(shù)在1997年之前申請數(shù)量相對較少。1997年***今，鋰電池電解液專利申請數(shù)量出現(xiàn)快速增長，2004年突破100項(xiàng)，2013年突破500項(xiàng)，2018年突破1000項(xiàng)，隨后年申請量維持在1000項(xiàng)以上并保持***今。中國專利的申請自2010年開始發(fā)力，成為世界***主要的專利來源。
中國鋰電池電解液專利申請趨勢
國內(nèi)的電解液專利申請人中，前三名均為中國企業(yè)，其中，寧德時(shí)代以絕對專利申請量優(yōu)勢位于***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)。
中國鋰電池電解液專利申請人排名
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人對此進(jìn)行投入，固態(tài)電解質(zhì)相關(guān)專利申請數(shù)量始終保持在較高水平，2016年后年申請量不斷突破新高。
在中國進(jìn)行專利布局的專利數(shù)量***多，高達(dá)4024件，遠(yuǎn)超其他國家；其次為日本，布局專利2793件；美國、韓國和WIPO專利公開數(shù)量千余件。中國既是來源***多的國家，同時(shí)也是全球***大鋰電池單一市場。日本和韓國市場規(guī)模較小，但依托本國具有技術(shù)優(yōu)勢的申請人也成為了重要的技術(shù)目標(biāo)國。美國、歐洲對于鋰電池的研發(fā)緩慢，但憑借市場規(guī)模，仍吸引了大量申請人在此進(jìn)行專利布
