鎳電極材料專利技術(shù)信息分析

季小丹,邵　囡（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心,江蘇蘇州215000）

鎳電極材料專利技術(shù)信息分析

季小丹,邵囡
（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心,江蘇蘇州215000）

鎳電極作為鎳氫電池的正極材料，其容量和性能是鎳氫電池最主要的制約因素，并影響鎳氫電池的發(fā)展前景。本文介紹了鎳電極技術(shù)在國內(nèi)外專利申請的狀況，從申請人入手詳細說明了鎳電極技術(shù)的專利布局，并以國外的日本三洋公司為代表梳理了鎳電極摻雜元素的演變過程，為廣大科技工作者的研究提供參考。

鎳氫電池；鎳電極；統(tǒng)計分析

0　引言

根據(jù)國家工信部出臺的標準，以鎳氫電池生產(chǎn)的混合動力乘用車被歸類為成熟產(chǎn)品，允許在全國范圍內(nèi)銷售使用，因而鎳氫電池在即將到來的新能源汽車時代具有廣闊發(fā)展前景。鎳氫二次電池的關(guān)鍵在于電極材料，而相對于負極材料，鎳氫二次電池的正極鎳材料的容量和性能是其最主要的制約因素，并影響鎳氫電池的發(fā)展[1]。

1　鎳電極專利數(shù)據(jù)分析

為全面了解鎳電極在國內(nèi)外的專利狀況，筆者通過全面檢索鎳電極在國內(nèi)外的專利申請，從申請趨勢、申請人分布角度分析了鎳電極的相關(guān)專利情況，并以該領(lǐng)域的代表公司入手，詳述了鎳電極技術(shù)的發(fā)展路線。

1.1申請量分析

鎳電極在國內(nèi)外的專利總體趨勢分析如圖1所示，國外的鎳電極的專利技術(shù)早在1980年就已發(fā)展起來，之后十五年時間均處于緩慢發(fā)展階段，而1996年開始隨著許多公司如三洋、松下、豐田等投入大量資金建立鎳氫電池工廠從而使得鎳電極進入快速增長階段，技術(shù)得到長足發(fā)展，商業(yè)化的應(yīng)用進一步推動技術(shù)的新發(fā)展，但隨著新一代能源鋰電池材料的出現(xiàn)，人們開始轉(zhuǎn)移研究方向，鎳電極材料受到一定程度的制約，特別是2004年以后，鎳電極專利數(shù)量每年呈下降趨勢。

中國對于鎳電極的專利技術(shù)要比國外晚的多，其始于1995年，但隨后進入快速發(fā)展階段，直到2004年以后由于新材料的出現(xiàn)國內(nèi)關(guān)于鎳電極的專利申請量才趨于平緩。綜合看來，我國的專利技術(shù)起步較晚，但發(fā)展?jié)摿薮?，國外的?yōu)勢主要體現(xiàn)在起步早，擁有相關(guān)發(fā)明專利，生產(chǎn)規(guī)模較大。但隨著中國政府的日益重視，并且電池生產(chǎn)基地也在不斷地向新興經(jīng)濟區(qū)域轉(zhuǎn)移，中國在電池材料領(lǐng)域?qū)⒂星八从械陌l(fā)展機會。

1.2專利分布

鎳電極專利申請人分析如圖2所示，前五名申請人分別為三洋、三菱、湯淺蓄電池、東芝和日本蓄電池，可見日本企業(yè)在該領(lǐng)域占據(jù)重要的技術(shù)地位。而其中三洋與三菱兩家公司構(gòu)成了鎳電極專利申請的主力力量，處于世界領(lǐng)先地位。其中三洋公司作為整車公司本田的電池提供商，對鎳氫動力電池的研發(fā)更進一步促進了其在電動汽車上的應(yīng)用[2]。

1.3三洋公司的鎳電極專利技術(shù)梳理

在鎳氫電池領(lǐng)域，鎳電極中摻雜其他元素以提高鎳氫電池正極材料的電化學性能向來是鎳電極專利申請的一個熱點，而日本三洋公司在這方面申請量最大，同時也最具代表性。為此筆者梳理了三洋公司在鎳電極摻雜元素方面的專利技術(shù)脈絡(luò)。

三洋公司在鎳摻雜領(lǐng)域的研究可以追溯至1984年，發(fā)明人中谷謙助首次在鎳電極中引入Co來抑制高溫下鎳氫電池容量下降的問題[3]。在這之后，三洋公司在該領(lǐng)域的研究演進大致可以分為以下三個時期：

1.3.11985-1994年

在此期間，三洋公司為了改善正極鎳的電性能，主要采用物理方法引入二價金屬或金屬化合物，如Cd、Mg、Zn等，這些金屬與Ni同屬二價金屬，選擇這些金屬或金屬化合物摻入鎳材料中以期通過改善材料的晶型從而提高正極的電化學性能。

1.3.21995-2005年

三洋公司繼續(xù)在鎳摻雜領(lǐng)域進行深入研究，尋找新的摻雜元素以期更有效地改善鎳的電化學性能，其涉及的摻雜元素擴展到三價金屬，如Al、In、Mn、Sr、Nb等，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，三價金屬離子取代鎳中的部分二價鎳離子后可以形成類似α-Ni(OH)2結(jié)構(gòu)的層狀氫氧化物，其在堿性溶液中的穩(wěn)定性得到提高，從而在電解液中的穩(wěn)定性得以提高，同時仍然具有較高的質(zhì)量比能量密度和較長的循環(huán)壽命[4]。

1.3.32006-2013年

這一階段，三洋公司將摻雜元素擴展到稀土金屬，如Y、Er、Lu以及其他一些La系金屬。通過在鎳中添加這些稀土金屬或其化合物，如氧化物、氫氧化物或氟化物等以期達到更好的放電性能。這一階段的申請量雖然逐漸減少，但將鎳的摻雜元素擴展到極其稀有的稀土金屬，使得鎳電極的電化學性能有了進一步地提升。

通過對三洋公司近三十年的專利技術(shù)的分析，可以看出，三洋公司在鎳電極領(lǐng)域?qū)＠暾埖陌l(fā)明點從二價金屬到三價金屬，再到稀土金屬的不斷擴展和演進，而專利申請發(fā)明點的變化，也可以從側(cè)面反映出該公司的研發(fā)關(guān)注點的變化。

2結(jié)語

國內(nèi)對于鎳電極的研發(fā)起步較晚，專利申請量與國外相比相差較遠。對于鎳電極的專利申請，大多集中在日本的大公司，如三洋、三菱等。通過對三洋公司的鎳電極技術(shù)路線進行梳理發(fā)現(xiàn)，三洋公司在鎳電極摻雜元素方面的申請非?；钴S，其從二價元素發(fā)展至三價元素進而又發(fā)展到稀土元素等，這體現(xiàn)了鎳電極的摻雜領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢，應(yīng)引起密切關(guān)注和高度重視。

[1]唐有根,李文良.鎳氫電池[M].北京:化學工業(yè)出版社,2007:79-108.

[2]張穎秋.AK電池公司發(fā)展戰(zhàn)略研究[碩士學位論文][D].內(nèi)蒙古：內(nèi)蒙古大學,2013.

[3]ISOOKAH，etal.Anodeplateforalkalibatteryforuseathightemperature[P].JP昭59-165371A,1984-09-18.

[4]KIMOTOM,etal,Non-sinterednickelelectrodeforalkalineaccumulator[P],JP特開平8-264177A,1996-10-11.

季小丹（1987—），女，研究實習員，專利審查員。