隨著便攜式電子設(shè)備和電動(dòng)汽車的高速發(fā)展，人們對(duì)高能量、長(zhǎng)壽命和高功率鋰離子電池的需求不斷增加，而負(fù)極材料作為鋰離子電池重要組成部分，直接制約著鋰離子電池的電化學(xué)性能。目前，市場(chǎng)上普遍應(yīng)用的負(fù)極材料主要為碳材料，然而，碳材料的理論比容量?jī)H為372mAh/g，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際的應(yīng)用需求。開發(fā)新的高容量鋰離子電池負(fù)極材料顯得極為迫切和重要。隨著市場(chǎng)需求的變化，負(fù)極材料的科研投入也在不斷加大，市場(chǎng)份額逐步在全球范圍內(nèi)改變和擴(kuò)大。

 

　　鋰離子電池負(fù)極材料主要包括碳材料、合金化金屬材料、金屬氧化物及以上材料的復(fù)合物等材料。當(dāng)前開發(fā)和使用的碳負(fù)極材料主要有石墨、軟碳、硬碳；合金化金屬材料主要指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(fù)極材料有Fe2O3、SnO2及Co3O4等。但是目前商業(yè)化生產(chǎn)的負(fù)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(xué)性能優(yōu)、價(jià)格低廉、安全性高。

 

　　科研的投入固然重要，然而對(duì)鋰離子電池負(fù)極材料的發(fā)展大局的掌握更為迫切。只有了解市場(chǎng)的發(fā)展?fàn)顩r及技術(shù)成熟度，才能把握方向，抓住發(fā)展機(jī)遇。本文從鋰離子電池負(fù)極材料中國發(fā)明專利入手，通過對(duì)專利申請(qǐng)趨勢(shì)、專利技術(shù)布局、重點(diǎn)申請(qǐng)人等指標(biāo)來分析負(fù)極材料的發(fā)展情況、專利的技術(shù)分布概況及申請(qǐng)人的科研實(shí)力等，為公司后續(xù)發(fā)展及科研投入提供信息支持和參考。

 

　　專利檢索數(shù)據(jù)庫

 

　　本文采用的鋰離子電池負(fù)極材料技術(shù)專利分析數(shù)據(jù)來源于中國國家知識(shí)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09月至2014年09月相關(guān)發(fā)明專利樣本，經(jīng)過計(jì)算機(jī)檢索和人工篩選，得到1353項(xiàng)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(qǐng)趨勢(shì)、重點(diǎn)申請(qǐng)人等信息指標(biāo)對(duì)專利信息進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)檢索日期2015年01月。由于中國發(fā)明專利申請(qǐng)公布一般是在申請(qǐng)日后18個(gè)月，所以2013年和2014年申請(qǐng)的專利數(shù)據(jù)僅作參考。

 

　　專利技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

 

　　鋰離子電池自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，世界上的鋰離子電池產(chǎn)業(yè)基本掌握在日本手里。近年來，隨著中國和韓國工業(yè)技術(shù)的崛起，日本一枝獨(dú)秀的局面逐漸被打破。

 

     2003年之前，專利申請(qǐng)及公開數(shù)量增長(zhǎng)緩慢，此階段日本獨(dú)占整個(gè)鋰離子電池市場(chǎng)，中國在該領(lǐng)域的技術(shù)處于起步期。2003年以后，鋰離子電池負(fù)極材料的專利申請(qǐng)量不斷增多，這是由中國鋰離子電池市場(chǎng)份額提升、大眾需求擴(kuò)大及國內(nèi)科研投入力度加大所帶動(dòng)的。2009年被認(rèn)為是分水嶺，從這一年開始，負(fù)極材料專利申請(qǐng)及公開數(shù)量得到大幅增長(zhǎng)，這與電池行業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)。2009年起，智能手機(jī)和電動(dòng)汽車得到了不斷推廣，它們對(duì)電池的容量要求更高，而市場(chǎng)上的負(fù)極材料不能滿足需求，促使負(fù)極材料的科研投入加大，專利申請(qǐng)量達(dá)到一個(gè)巔峰。發(fā)展至2012年時(shí)，智能手機(jī)進(jìn)入相對(duì)平穩(wěn)的發(fā)展階段，加上經(jīng)過前四年的技術(shù)儲(chǔ)備，負(fù)極材料的專利數(shù)量已達(dá)新高，技術(shù)普及明顯。2013年以后，專利申請(qǐng)及公開數(shù)量發(fā)展平緩，到2014年可能會(huì)出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，此時(shí)，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(jìng)爭(zhēng)分析

 

　　專利申請(qǐng)國家分布

 

　　專利申請(qǐng)量在一定程度上反映出各個(gè)國家對(duì)該領(lǐng)域的戰(zhàn)略部署及技術(shù)水平。在中國，該領(lǐng)域申請(qǐng)量較大的國家為中國和日本，符合目前的市場(chǎng)情況，兩國申請(qǐng)量約占總申請(qǐng)量的98%，表明中國和日本的研發(fā)實(shí)力較強(qiáng)，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(chǎng)，注重技術(shù)保護(hù)。

 

 

　　我國各省份專利分布

 

　　專利申請(qǐng)量較高的省份集中在廣東、北京、上海、浙江，占總申請(qǐng)量的56%。負(fù)極材料專利申請(qǐng)量較高的省份，其共同之處在于它們都是電池生產(chǎn)企業(yè)和名校的聚集地。廣東省內(nèi)有眾多鋰離子電池負(fù)極材料生產(chǎn)商，如貝特瑞、比亞迪、東莞新能源、比克電池等，這類企業(yè)的存在大大提高了廣東省在該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)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(xué)和北京科技大學(xué)在此領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量已分別達(dá)到31件和30件。上海市僅復(fù)旦大學(xué)的專利申請(qǐng)量就已達(dá)到31件，浙江省情況與其類似，浙江大學(xué)的申請(qǐng)量達(dá)60件，同時(shí)上海和浙江還有多數(shù)企業(yè)參與鋰離子電池負(fù)極材料的研發(fā)，申請(qǐng)了大量專利。

 

 

　　重點(diǎn)專利權(quán)人技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)分析

 

　　重點(diǎn)高等院校專利權(quán)人分析

 

　　按照專利申請(qǐng)情況，重點(diǎn)高等院校可以被分為3個(gè)梯隊(duì)：60件專利的浙江大學(xué)、申請(qǐng)量30件左右以及申請(qǐng)量小于20件的大學(xué)。

 

 

　　目前各大高校的研究重點(diǎn)都集中在材料的改性方面，包括對(duì)材料形貌及組成的控制等。而鋰離子電池負(fù)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(jìn)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(dǎo)率卻較低。近來的研究熱點(diǎn)為制備金屬氧化物或硅材料與碳材料的復(fù)合材料，使得復(fù)合材料既具備金屬氧化物或硅材料的高比容量，同時(shí)又具備碳材料的高導(dǎo)電性。研究各個(gè)高等院校申請(qǐng)的專利，近幾年申請(qǐng)的專利材料主要為各類金屬氧化物與石墨烯的復(fù)合材料。硅材料是這兩年新興的負(fù)極材料，目前還處于研究的初期，各個(gè)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(fù)極材料的專利。當(dāng)前硅類負(fù)極材料已是研究的一大熱點(diǎn)，將來也必將是鋰離子電池負(fù)極材料專利申請(qǐng)的熱點(diǎn)之一。

 

　　重點(diǎn)企業(yè)專利人分析

 

　　對(duì)企業(yè)專利申請(qǐng)人進(jìn)行分析，得到國內(nèi)排名前十的重點(diǎn)企業(yè)專利申請(qǐng)情況。專利申請(qǐng)量排名前三的企業(yè)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(fù)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(gè)公司的市場(chǎng)情況及專利申請(qǐng)量可知，只有掌握了關(guān)鍵技術(shù)，才能進(jìn)一步鞏固企業(yè)的市場(chǎng)地位。深圳貝特瑞是國內(nèi)鋰電池碳負(fù)極材料標(biāo)準(zhǔn)制定者，其市場(chǎng)占有率達(dá)80%，處于鋰離子電池負(fù)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(fù)極材料。

 

 

　　此外，對(duì)比排名前10的重點(diǎn)高校和企業(yè)的專利申請(qǐng)數(shù)量，發(fā)現(xiàn)高校的申請(qǐng)量普遍大于企業(yè)。雖然當(dāng)前市場(chǎng)上負(fù)極材料的生產(chǎn)商不計(jì)其數(shù)，然而高校仍舊是鋰離子電池負(fù)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(dāng)前鋰離子電池發(fā)展的瓶頸。

 

　　對(duì)排名前三的企業(yè)專利申請(qǐng)方向進(jìn)行了分析，進(jìn)而了解三大企業(yè)的專利技術(shù)布局及技術(shù)側(cè)重點(diǎn)，三大公司的研發(fā)重點(diǎn)基本一致，主要集中在碳材料、復(fù)合金屬氧化物及錫/硅類復(fù)合材料，碳材料類及錫/硅類復(fù)合材料的研究成果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于復(fù)合金屬氧化物。

 

 

　　專利申請(qǐng)量的分布在一定程度上反映出各個(gè)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(fù)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(dāng)前商業(yè)化負(fù)極的主流材料，短期內(nèi)難以被其他負(fù)極材料取代，企業(yè)只有不斷在碳材料方面投入研究，優(yōu)化碳材料性能，才能保證企業(yè)在市場(chǎng)中的地位屹立不倒。錫/硅類復(fù)合材料是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，也是有潛力替代碳材料的新一代負(fù)極材料，各個(gè)企業(yè)在此方面的投入相當(dāng)于是在搶占未來市場(chǎng)。

 

　　結(jié)語

 

　　通過檢索和分析鋰離子電池負(fù)極材料的中國發(fā)明專利數(shù)據(jù)，得出鋰離子電池負(fù)極材料的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)情況。分析表明：

 

　　經(jīng)過幾年的持續(xù)增長(zhǎng)，當(dāng)前專利申請(qǐng)趨勢(shì)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(chǎng)及技術(shù)保護(hù)；

 

　　國內(nèi)負(fù)極材料生產(chǎn)技術(shù)集中程度高，主要集中在廣東、北京、上海、浙江四省市；

 

　　高校和企業(yè)在負(fù)極材料領(lǐng)域投入了大量研發(fā)精力，并取得了較大進(jìn)展，其中高

 

　　校浙江大學(xué)已申請(qǐng)專利60件，企業(yè)上海杉杉科技有限公司申請(qǐng)專利45件；

 

　　企業(yè)和高校的研發(fā)側(cè)重點(diǎn)不同，這是由兩者的目標(biāo)導(dǎo)向不同造成的。

 

　　日后，隨著電動(dòng)汽車等消費(fèi)品的不斷推廣，市場(chǎng)會(huì)對(duì)鋰離子電池提出了更高的挑戰(zhàn)，而鋰離子電池負(fù)極材料的性能對(duì)于整個(gè)電池容量的發(fā)揮起著至關(guān)重要的作用，只有實(shí)現(xiàn)負(fù)極材料的容量突破，才能真正意義上解決當(dāng)前鋰離子電池的問題。經(jīng)過專利分析也可以看出，關(guān)鍵技術(shù)的掌握與企業(yè)市場(chǎng)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(chǎng)。