鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)分析及對(duì)策

徐文洪 ， 周惠來(lái) ， 胡 弘 ， 張德芳

(河南省科學(xué)技術(shù)信息研究院，鄭州 450003)

鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)分析及對(duì)策

徐文洪 ， 周惠來(lái) ， 胡 弘 ， 張德芳

(河南省科學(xué)技術(shù)信息研究院，鄭州 450003)

通過(guò)對(duì)全球及中國(guó)鋰離子電池專(zhuān)利年度分布、地域分布、技術(shù)分布、主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手、核心專(zhuān)利等方面進(jìn)行研究，對(duì)鋰離子動(dòng)力電池發(fā)表論文與申請(qǐng)專(zhuān)利情況進(jìn)行協(xié)同性分析，對(duì)產(chǎn)業(yè)政策的出臺(tái)及鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況進(jìn)行相關(guān)性分析，考察動(dòng)力電池技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展情況及產(chǎn)業(yè)政策對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的促進(jìn)作用。結(jié)果表明：鋰離子動(dòng)力電池的重點(diǎn)研究領(lǐng)域是電極；中國(guó)、日本、韓國(guó)、美國(guó)、德國(guó)壟斷了鋰離子動(dòng)力電池的技術(shù)與市場(chǎng)；核心技術(shù)掌握在美國(guó)、日本；學(xué)科技術(shù)及產(chǎn)業(yè)技術(shù)幾乎同步發(fā)展，技術(shù)路線呈多元化；產(chǎn)業(yè)政策的出臺(tái)是鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的支撐；鋰離子電池技術(shù)處于發(fā)展期，中、小企業(yè)具有較多發(fā)展機(jī)會(huì)。

鋰離子電池；專(zhuān)利；信息分析；對(duì)策研究

隨著環(huán)境污染的加劇和石油危機(jī)的爆發(fā)，零排放、節(jié)能環(huán)保的新能源汽車(chē)被世界各國(guó)所看重，在近幾年呈爆發(fā)式增長(zhǎng)。動(dòng)力電池作為新能源汽車(chē)發(fā)展的三大關(guān)鍵技術(shù)之一，一直是市場(chǎng)角逐的熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)動(dòng)力電池相比，鋰離子動(dòng)力電池具有電壓高、重量輕、體積小、壽命長(zhǎng)、工作環(huán)境溫度范圍寬、安全可靠、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，是新能源汽車(chē)的理想動(dòng)力電源之一。因此，鋰離子動(dòng)力電池成為各國(guó)政府、企業(yè)爭(zhēng)相研發(fā)的重點(diǎn)技術(shù)。近年來(lái)，有關(guān)鋰離子動(dòng)力電池技術(shù)的研究論文及專(zhuān)利爆發(fā)式增長(zhǎng)，鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)量也呈爆發(fā)式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，但是由于鋰離子動(dòng)力電池關(guān)鍵技術(shù)及安全性問(wèn)題一直沒(méi)有實(shí)現(xiàn)突破，鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)一直在摸索中前進(jìn)。本研究基于專(zhuān)利分析、文獻(xiàn)分析、專(zhuān)家調(diào)查等方法，運(yùn)用比較分類(lèi)、歸納演繹、分析綜合等思維方法對(duì)鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)進(jìn)行全方位多層次的剖析，理清鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的軌跡及脈絡(luò)，以期對(duì)鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀有一個(gè)客觀的認(rèn)識(shí)，這對(duì)指導(dǎo)鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

為了全方位、多維度、深層次地對(duì)鋰離子動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展情況進(jìn)行挖掘和分析，綜合利用德溫特專(zhuān)利索引數(shù)據(jù)庫(kù)(Derwent Innovations Index，DII)、美國(guó)《科學(xué)引文索引》數(shù)據(jù)庫(kù)(Science Citation Index,SCI)、湯森路透專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)(Thomson Innovation，TI)，同時(shí)參考了中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利之星數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.2 研究方法

使用湯森路透Thomson Data Analyzer(TDA)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘[1]，這是一個(gè)具有強(qiáng)大分析功能的文本挖掘軟件，可以對(duì)文本數(shù)據(jù)進(jìn)行多角度的數(shù)據(jù)挖掘和可視化的全景分析。運(yùn)用Microsoft Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)分析和輔助決策操作。

首先，進(jìn)行鋰離子動(dòng)力電池行業(yè)文獻(xiàn)調(diào)研，收集國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)、市場(chǎng)、政策、技術(shù)路線方面的論文、論著，同時(shí)走訪相關(guān)技術(shù)專(zhuān)家及熟悉市場(chǎng)的有關(guān)人士，梳理技術(shù)脈絡(luò)，形成鋰離子動(dòng)力電池技術(shù)分解表，確定鋰離子動(dòng)力電池關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)為電極、電解質(zhì)、隔膜、加熱冷卻、充放電、電池安全技術(shù)[2-3]。其次，根據(jù)技術(shù)分解表編寫(xiě)檢索式，采用總分式檢索方式，綜合利用主題、德溫特手工代碼、國(guó)際專(zhuān)利分類(lèi)號(hào)相結(jié)合的方式編寫(xiě)檢索式，反復(fù)進(jìn)行查全率及查準(zhǔn)率的檢驗(yàn)，當(dāng)查全率和查準(zhǔn)率均達(dá)到90%以上時(shí)[4]，確定總檢索式為：“TS=[( Lithium ion) or Li-ion or (Lithium ion) or (Lithium-ion)]and TS=[(battery or cell or cells or batteries) ] or [(MC=X16-B01F1 and MC=L03-E03) or MC=X16-A02A or (MC=X21-B01A and TS=Lithium)] or (IP=h01m-010/52* or IP=h01m-010* and TS=Lithium)”。式中：TS代表主題；MC代表德溫特手工代碼；IP是國(guó)際專(zhuān)利分類(lèi)號(hào)。這是本項(xiàng)研究中最重要的一個(gè)檢索式，其他細(xì)分技術(shù)檢索式基于同一思路編寫(xiě)，并與總檢索式相似，不一一列出。從DII數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索到鋰離子動(dòng)力電池世界專(zhuān)利68 480件，其中，電極領(lǐng)域?qū)＠?6 579件，電解質(zhì)領(lǐng)域?qū)＠?0 387件，隔膜領(lǐng)域?qū)＠? 781件，加熱冷卻領(lǐng)域?qū)＠? 268件，充放電領(lǐng)域?qū)＠? 905件，電池安全領(lǐng)域?qū)＠? 644件，檢索時(shí)間為2014年10月21日，時(shí)間跨度為1960年至檢索當(dāng)日。從SCI數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索到鋰離子動(dòng)力電池研究論文36 981篇，檢索時(shí)間2014年10月22日，時(shí)間跨度為1960年至檢索當(dāng)日。從TI數(shù)據(jù)庫(kù)檢索到中國(guó)專(zhuān)利28 975件，檢索時(shí)間為2016年5月31日，時(shí)間跨度為1960年至檢索當(dāng)日。將這些數(shù)據(jù)分別建庫(kù)，導(dǎo)入到TDA軟件，從中提取研究所需數(shù)據(jù)，用Microsoft Excel統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行圖表制作。最后，綜合文獻(xiàn)調(diào)研、專(zhuān)利分析、文獻(xiàn)分析的結(jié)果，提出中國(guó)發(fā)展鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的對(duì)策建議。

2 鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)

2.1 專(zhuān)利技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

在DII數(shù)據(jù)庫(kù)共檢索到鋰離子電池專(zhuān)利68 480件，從公開(kāi)年度趨勢(shì)來(lái)看鋰離子電池技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)大致可以分為3個(gè)時(shí)段(圖1)。(1)1973—1996年為萌芽期，專(zhuān)利申請(qǐng)量較少，從1973年DII收錄第一件鋰離子電池專(zhuān)利開(kāi)始，到1996年都沒(méi)超過(guò)1 000件，TDA分析結(jié)果表明，技術(shù)主要起源于日本、德國(guó)和美國(guó)。1973年爆發(fā)了第一次石油危機(jī)，這場(chǎng)持續(xù)了整整3年的石油危機(jī)對(duì)全世界的經(jīng)濟(jì)發(fā)展尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家造成了嚴(yán)重的沖擊。美國(guó)工業(yè)生產(chǎn)下降了14%，日本工業(yè)生產(chǎn)下降超過(guò)了20%，開(kāi)始感到對(duì)石油進(jìn)口的依賴(lài)已經(jīng)威脅到自身的安全。因此，美國(guó)、日本開(kāi)始作出一系列的調(diào)整。其中最大的改變就是頒布新的能源政策，鼓勵(lì)任何能夠提升能效的技術(shù)開(kāi)發(fā)、推廣及應(yīng)用，這是鋰離子動(dòng)力電池開(kāi)始登上世界舞臺(tái)的起因。(2)1997—2005年為穩(wěn)步發(fā)展階段，專(zhuān)利申請(qǐng)出現(xiàn)較明顯的增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)速度緩慢，專(zhuān)利申請(qǐng)量從1 000多件增長(zhǎng)到4 000多件，TDA分析結(jié)果表明，日本依然保持絕對(duì)領(lǐng)先地位，但韓國(guó)三星SDI公司進(jìn)入全球十強(qiáng)。在這期間，由于資源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)的不斷爆發(fā)，更多的國(guó)家開(kāi)始重視節(jié)能技術(shù)和新能源技術(shù)的開(kāi)發(fā)與研究。(3)2006年至今為快速發(fā)展期，專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量快速增加，專(zhuān)利申請(qǐng)量每年達(dá)10 000多件，更多的國(guó)家進(jìn)入到這一領(lǐng)域。TDA分析結(jié)果表明，日本仍然引領(lǐng)全球發(fā)展，韓國(guó)和中國(guó)也迅速趕上。2008年1月，石油價(jià)格突破100美元/桶。油價(jià)的飆升加重了發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)成本和財(cái)政負(fù)擔(dān)，對(duì)于剛剛擺脫經(jīng)濟(jì)危機(jī)的發(fā)展中國(guó)家，剛恢復(fù)的脆弱經(jīng)濟(jì)承受不起能源成本的過(guò)快增長(zhǎng)，另外，各國(guó)政府為實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境保護(hù)承諾的兌現(xiàn)，都加大了對(duì)新能源技術(shù)開(kāi)發(fā)的支持力度，鋰離子動(dòng)力電池技術(shù)得以快速發(fā)展。

TI數(shù)據(jù)庫(kù)檢索結(jié)果表明，我國(guó)鋰離子動(dòng)力電池發(fā)展基本上也可分為起步、發(fā)展、快速增長(zhǎng)3個(gè)階段(圖1)，研究重點(diǎn)領(lǐng)域的變遷與全球也基本一致。從時(shí)間節(jié)點(diǎn)來(lái)看，我國(guó)鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展要比世界晚5年左右。我國(guó)由于1985年才開(kāi)始實(shí)施專(zhuān)利法，所以1986年我國(guó)申請(qǐng)了第一件鋰離子電池專(zhuān)利，至2001年都沒(méi)超過(guò)100件，這是我國(guó)鋰離子電池的起步階段，這一時(shí)期的專(zhuān)利申請(qǐng)人多為日本、韓國(guó)、德國(guó)和美國(guó)的企業(yè)，我國(guó)本土機(jī)構(gòu)鮮有專(zhuān)利申請(qǐng)；2002—2008年是我國(guó)鋰離子動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展階段，但增長(zhǎng)緩慢，每年專(zhuān)利申請(qǐng)量為幾百件，專(zhuān)利申請(qǐng)人除日本、韓國(guó)、德國(guó)和美國(guó)企業(yè)繼續(xù)在我國(guó)申請(qǐng)專(zhuān)利以外，我國(guó)比亞迪、天津力神、東莞新能源、寧德新能源等一大批公司開(kāi)始進(jìn)入鋰離子電池領(lǐng)域；2009年至今，是我國(guó)鋰離子動(dòng)力電池專(zhuān)利暴發(fā)式增長(zhǎng)階段，每年的專(zhuān)利申請(qǐng)量從2 000件左右增長(zhǎng)到5 000多件，專(zhuān)利申請(qǐng)人以我國(guó)企業(yè)為主，但日本、韓國(guó)、德國(guó)企業(yè)專(zhuān)利申請(qǐng)依然名列前茅。由于石油價(jià)格的上漲和環(huán)境危機(jī)的不斷爆發(fā)，我國(guó)于2005年開(kāi)始出臺(tái)了大量支持新能源發(fā)展的政策。我國(guó)鋰離子動(dòng)力電池專(zhuān)利的爆發(fā)式增長(zhǎng)應(yīng)與我國(guó)近期推出的促進(jìn)鋰離子動(dòng)力電池發(fā)展政策幅度大有很大關(guān)系。

圖1 鋰離子動(dòng)力電池專(zhuān)利年度分布Fig.1 Annual distribution of Lithium-ion batteries patent

2.2 鋰離子動(dòng)力電池專(zhuān)利國(guó)家分布及市場(chǎng)布局

DII數(shù)據(jù)庫(kù)檢索結(jié)果表明，鋰離子電池專(zhuān)利主要分布在日本、中國(guó)、韓國(guó)、美國(guó)、德國(guó)5個(gè)國(guó)家，比例高達(dá)94%，其他國(guó)家僅占6%。其中以日本最多，占比高達(dá)46%。中國(guó)名列第二，占比24%，雖然與日本相比差距懸殊，但是TDA分析的數(shù)據(jù)顯示，2011年開(kāi)始我國(guó)在專(zhuān)利申請(qǐng)方面與日本的差距在縮小。我國(guó)鋰離子電池專(zhuān)利主要分布在廣東、天津、北京、江蘇、浙江5個(gè)省份，占比達(dá)50%，除此以外，日本、韓國(guó)在我國(guó)也積極申請(qǐng)專(zhuān)利，占比達(dá)15%。

由于專(zhuān)利的市場(chǎng)屬性，企業(yè)申請(qǐng)專(zhuān)利的目的在于占領(lǐng)這一領(lǐng)域的市場(chǎng)。因此，為了在激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中能處于有利地位，各國(guó)高度重視鋰離子動(dòng)力電池海外市場(chǎng)拓展，積極在全球進(jìn)行專(zhuān)利布局，即利用優(yōu)先權(quán)專(zhuān)利這一年的時(shí)間，除在本國(guó)申請(qǐng)外，還積極在世界各重要市場(chǎng)國(guó)家進(jìn)行專(zhuān)利申請(qǐng)，這既能提高自己在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力，同時(shí)也能更好地保障自己的權(quán)益[5]。全球鋰離子電池專(zhuān)利市場(chǎng)布局情況見(jiàn)圖2。TDA分析軟件數(shù)據(jù)顯示日本在全球36個(gè)國(guó)家申請(qǐng)了專(zhuān)利，重點(diǎn)布局美國(guó)、中國(guó)、韓國(guó)和歐洲國(guó)家。中國(guó)在全球22個(gè)國(guó)家進(jìn)行布局，重點(diǎn)布局日本、美國(guó)、韓國(guó)。美國(guó)在全球40個(gè)國(guó)家申請(qǐng)了相關(guān)專(zhuān)利，重點(diǎn)布局日本、中國(guó)、韓國(guó)及歐盟國(guó)家。韓國(guó)在全球33個(gè)國(guó)家申請(qǐng)了專(zhuān)利，重點(diǎn)布局日本、美國(guó)和中國(guó)，德國(guó)在全球38個(gè)國(guó)家申請(qǐng)了專(zhuān)利，重點(diǎn)布局日本、美國(guó)、韓國(guó)、中國(guó)。由圖2可以看出，相對(duì)于日本、美國(guó)、韓國(guó)在國(guó)外申請(qǐng)專(zhuān)利的數(shù)量，中國(guó)在海外布局的專(zhuān)利數(shù)量太少，相對(duì)其他技術(shù)領(lǐng)先國(guó)家，中國(guó)在海外布局還不夠積極和全面。全球鋰離子動(dòng)力電池專(zhuān)利布局區(qū)域也是全球鋰電池的主要市場(chǎng)區(qū)域，這更進(jìn)一步說(shuō)明了專(zhuān)利的市場(chǎng)屬性。

說(shuō)明：氣泡大小代表專(zhuān)利數(shù)量的多少；數(shù)字代表專(zhuān)利數(shù)量(件)。

圖2 鋰離子電池專(zhuān)利全球布局

Fig.2 The global layout of Lithium-ion battery patent

2.3 鋰離子動(dòng)力電池技術(shù)分布

由DII數(shù)據(jù)庫(kù)檢索到的鋰離子電池各重點(diǎn)細(xì)分技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠闆r表明，鋰離子動(dòng)力電池關(guān)鍵技術(shù)中，電極專(zhuān)利數(shù)量最多，占比達(dá)50%，是鋰離子動(dòng)力電池的重點(diǎn)研究領(lǐng)域；電解質(zhì)、隔膜、充放電、電池安全技術(shù)、加熱冷卻領(lǐng)域的專(zhuān)利數(shù)量占比分別為14%，12%，12%，9%，3%。從各關(guān)鍵技術(shù)的年度發(fā)展趨勢(shì)(圖3)來(lái)看，電極領(lǐng)域的專(zhuān)利在2006年以后呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，與總體技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)基本一致，電解質(zhì)、隔膜、電池安全、加熱冷卻等領(lǐng)域也穩(wěn)步增長(zhǎng)。基于IPC國(guó)際專(zhuān)利分類(lèi)對(duì)各領(lǐng)域再進(jìn)一步細(xì)分，發(fā)現(xiàn)電極領(lǐng)域的研究重點(diǎn)是活性材料，電解質(zhì)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)是添加劑，隔膜領(lǐng)域的研究重點(diǎn)為按材料區(qū)分的非活性部件制造方法，加熱冷卻領(lǐng)域研究重點(diǎn)是加熱或冷卻或調(diào)節(jié)溫度，充放電重點(diǎn)研究領(lǐng)域?yàn)橛糜陔姵亟M的充電或去極化或用于由電池組向負(fù)載供電的裝置，電池安全領(lǐng)域的研究重點(diǎn)為使用或維護(hù)二次電池或二次半電池的方法及裝置。

圖3 鋰離子動(dòng)力電池重點(diǎn)技術(shù)分布及趨勢(shì)Fig.3 Distribution and trend of the key technology of Lithium-ion battery

2.4 主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手

鋰離子動(dòng)力電池領(lǐng)域無(wú)論是技術(shù)方面還是市場(chǎng)方面的競(jìng)爭(zhēng)都很激烈，特別是日本、韓國(guó)兩國(guó)企業(yè)的較量更是白熱化，由TDA分析結(jié)果可以看出，主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手之間技術(shù)相似度很高，但他們之間卻鮮有合作共同申請(qǐng)專(zhuān)利。排名前 10 位的企業(yè)中，日本企業(yè)8家，占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。韓國(guó)三星SDI公司排名第2 位，韓國(guó)LG化學(xué)公司排名第 6 位，我國(guó)申請(qǐng)鋰離子電池技術(shù)專(zhuān)利最多的比亞迪公司名列全球第17位(表1)。韓國(guó)企業(yè)在20世紀(jì)末才進(jìn)軍鋰離子電池領(lǐng)域，但能很快崛起，后來(lái)居上。日本豐田汽車(chē)公司排名首位，反映出下游產(chǎn)業(yè)有整合上游產(chǎn)業(yè)的趨勢(shì)。

表1 主要專(zhuān)利權(quán)人情況Tab.1 The case of the main patentee

2.5 核心專(zhuān)利分析

專(zhuān)利被引是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，較少專(zhuān)利被引5次，僅有10%或者更少的專(zhuān)利被引6次或以上。這種偏態(tài)分布正好契合專(zhuān)利質(zhì)量的分布，那些被引次數(shù)高的專(zhuān)利往往就是質(zhì)量高的專(zhuān)利[6]。因此，被引專(zhuān)利的頻次從某種程度上說(shuō)明專(zhuān)利技術(shù)含量的高低。由DII數(shù)據(jù)庫(kù)按被引頻次檢索結(jié)果表明，高被引專(zhuān)利前20名中，美國(guó)專(zhuān)利有19件，日本專(zhuān)利有1件。我國(guó)專(zhuān)利總量雖然居全球第2位，僅次于日本，但我國(guó)專(zhuān)利的被引頻次都較少，被引頻次最高的專(zhuān)利也僅為14次，居全球第1 014位。這說(shuō)明我國(guó)鋰離子電池深層次的技術(shù)研究開(kāi)展得不夠充分，缺乏具有統(tǒng)領(lǐng)整個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的核心專(zhuān)利，2013年我國(guó)萬(wàn)向集團(tuán)收購(gòu)美國(guó)規(guī)模最大、技術(shù)最先進(jìn)的鋰電池制造商A123公司的所有的技術(shù)、產(chǎn)品，通過(guò)收購(gòu)獲得核心技術(shù)，是獲得核心技術(shù)的好方法。

2.6 產(chǎn)業(yè)研究與學(xué)術(shù)研究協(xié)同性

學(xué)術(shù)論文代表了某一領(lǐng)域的科學(xué)研究或基礎(chǔ)研究，而專(zhuān)利則代表了對(duì)某一技術(shù)領(lǐng)域市場(chǎng)的占領(lǐng)，具有排他性的經(jīng)濟(jì)利益[7-8]。發(fā)明專(zhuān)利是高科技企業(yè)的命根子?？蒲姓撐闹饕苿?dòng)人類(lèi)文明的進(jìn)步[9]。從DII數(shù)據(jù)庫(kù)和SCI核心期刊引文數(shù)據(jù)庫(kù)檢索得出的鋰離子電池論文發(fā)表趨勢(shì)與專(zhuān)利公開(kāi)趨勢(shì)來(lái)看(圖4)，二者基本同步，都起步于20世紀(jì)70年代，發(fā)展于90年代到21世紀(jì)初，爆發(fā)增長(zhǎng)于2009年以后，鋰離子動(dòng)力電池學(xué)術(shù)研究并沒(méi)有先于產(chǎn)業(yè)研究?jī)?yōu)先發(fā)展，這說(shuō)明目前在鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域可能還未形成主流技術(shù)路線，多種技術(shù)路線均在研究發(fā)展中，存在技術(shù)顛覆性風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 全球鋰離子電池論文及專(zhuān)利年度趨勢(shì)Fig.4 Global annual trend of Lithium-ion battery papers and patents

2.7 產(chǎn)業(yè)政策與產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)同性

為推動(dòng)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中國(guó)、日本、韓國(guó)、美國(guó)及歐洲各國(guó)主要采取經(jīng)濟(jì)扶持、政策激勵(lì)和法規(guī)強(qiáng)制3種措施和手段推動(dòng)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。經(jīng)濟(jì)扶持主要是指在研發(fā)和推廣期間，政府給予較高強(qiáng)度資助，支持動(dòng)力電池技術(shù)研發(fā)以及推廣應(yīng)用。政策激勵(lì)是指對(duì)生產(chǎn)者和使用者給予政策上的傾斜，讓生產(chǎn)廠家和用戶(hù)得到實(shí)惠。法規(guī)強(qiáng)制主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面，在合適的時(shí)間、地點(diǎn)，對(duì)環(huán)境污染的動(dòng)力電池的生產(chǎn)、銷(xiāo)售、使用實(shí)行限制性法規(guī)；另一方面，制定推廣應(yīng)用鋰離子電池的計(jì)劃。在各國(guó)政策的支持下，鋰離子電池產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了爆發(fā)式的增長(zhǎng)。以中國(guó)鋰離子電池產(chǎn)量為例(圖5)，我國(guó)鋰離子電池專(zhuān)利量與電池產(chǎn)量同步增長(zhǎng)，2009年我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)量為18.75億只，到2015年產(chǎn)量增加到56億只，增長(zhǎng)近2倍，2009年我國(guó)鋰離子電池專(zhuān)利量為1 249件，到2015年增長(zhǎng)到5 138件，增長(zhǎng)3倍多，包括日本松下、韓國(guó)三星SDI和LG化學(xué)在內(nèi)的眾多國(guó)際大公司相繼在中國(guó)投建鋰電池工廠，以搶奪中國(guó)龐大的動(dòng)力鋰電池市場(chǎng)份額[10-14]。

說(shuō)明：鋰離子電池產(chǎn)量數(shù)據(jù)根據(jù)中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)整理。

圖5 中國(guó)鋰離子電池專(zhuān)利申請(qǐng)及產(chǎn)量年度分布

Fig.5 Annual distribution of patent application and production of Lithium-ion batteries in China

2.8 機(jī)構(gòu)活躍度分析

申請(qǐng)專(zhuān)利數(shù)量可以作為測(cè)度一個(gè)機(jī)構(gòu)活躍度的直觀指標(biāo)。采用這一指標(biāo)對(duì)鋰離子電池領(lǐng)域機(jī)構(gòu)活躍度進(jìn)行評(píng)價(jià)。擁有專(zhuān)利量100件以上的企業(yè)專(zhuān)利總和占專(zhuān)利總量的比例越高，則預(yù)示本技術(shù)可能是一種趨于成熟的技術(shù)；擁有專(zhuān)利量20件以下企業(yè)專(zhuān)利總和占專(zhuān)利總量的比例越高，則預(yù)示本技術(shù)領(lǐng)域可能是一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域，有新的機(jī)構(gòu)不斷進(jìn)入該領(lǐng)域。TDA分析結(jié)果顯示，總體技術(shù)和電極技術(shù)領(lǐng)域擁有專(zhuān)利量100件以上企業(yè)的專(zhuān)利總和占比為40%，擁有專(zhuān)利量20件以下企業(yè)的專(zhuān)利總和占比為39%，二者基本相當(dāng)，說(shuō)明總體技術(shù)與電極技術(shù)專(zhuān)利有向大中型企業(yè)集中的趨勢(shì)，但是中小企業(yè)同樣具有較多發(fā)展機(jī)會(huì)；電解質(zhì)技術(shù)、隔膜技術(shù)、充放電技術(shù)和電池安全技術(shù)領(lǐng)域擁有專(zhuān)利量100件以上企業(yè)的專(zhuān)利總和占比只有不足30%，擁有專(zhuān)利量20件以下企業(yè)的專(zhuān)利總和占比超過(guò)50%，說(shuō)明以上技術(shù)領(lǐng)域大中型企業(yè)還沒(méi)有較為顯著的優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)進(jìn)入門(mén)檻還較低；加熱冷卻領(lǐng)域擁有專(zhuān)利量100件以上企業(yè)的專(zhuān)利總和占比只有5%，擁有專(zhuān)利量20件以下企業(yè)的專(zhuān)利總和占比超過(guò)70%，說(shuō)明加熱冷卻領(lǐng)域處于起步階段，專(zhuān)利技術(shù)申請(qǐng)仍以中小企業(yè)為主，處于蓬勃發(fā)展時(shí)期。綜上所述，在鋰離子電池領(lǐng)域暫時(shí)還沒(méi)有哪個(gè)大公司具備領(lǐng)導(dǎo)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的能力，中小企業(yè)具有較多的發(fā)展機(jī)會(huì)，這與學(xué)術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)同性分析得出的結(jié)論一致。

3 結(jié)論及建議

3.1 結(jié)論

鋰離子動(dòng)力電池的重點(diǎn)研究領(lǐng)域是電極；中國(guó)、日本、韓國(guó)、美國(guó)、德國(guó)五國(guó)幾乎壟斷了鋰離子動(dòng)力電池的技術(shù)與市場(chǎng)；鋰離子電池學(xué)術(shù)論文發(fā)表與專(zhuān)利申請(qǐng)幾乎是同步發(fā)展的；鋰離子電池技術(shù)目前處于發(fā)展期，雖然日本、韓國(guó)企業(yè)在鋰電池行業(yè)中占據(jù)較大話語(yǔ)權(quán)，但暫時(shí)還沒(méi)有哪個(gè)大公司具有領(lǐng)導(dǎo)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的能力，中小企業(yè)具有較多的發(fā)展機(jī)會(huì)；各國(guó)政府對(duì)新能源汽車(chē)的支持是鋰離子動(dòng)力電池快速發(fā)展的主要支撐；雖然鋰離子電池的核心技術(shù)掌控在美國(guó)、日本手中，但韓國(guó)三星、LG化學(xué)公司卻能突破技術(shù)壁壘，異軍突起。

3.2 建議

(1)由單點(diǎn)創(chuàng)新到全產(chǎn)業(yè)鏈布局。鋰離子電池專(zhuān)利權(quán)人前10名中，韓國(guó)三星、LG化學(xué)兩家公司進(jìn)入鋰離子電池產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的時(shí)間并不長(zhǎng)，屬后來(lái)居上，在鋰離子電池核心專(zhuān)利中也沒(méi)有出現(xiàn)韓國(guó)企業(yè)，但三星和LG之所以能夠突破日本和美國(guó)兩國(guó)企業(yè)的重圍，實(shí)現(xiàn)崛起，主要得益于其完整的產(chǎn)業(yè)鏈。三星在產(chǎn)業(yè)鏈的橫向布局方面具有優(yōu)勢(shì)，在半導(dǎo)體、電子、化工、汽車(chē)、造船等領(lǐng)域均有涉足，依靠多領(lǐng)域的雄厚技術(shù)、資金、人才，使三星在不同領(lǐng)域保持了強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力，品牌價(jià)值也通過(guò)不同的產(chǎn)品滲透到各個(gè)用戶(hù)層面，形成了較強(qiáng)的影響力。LG化學(xué)在產(chǎn)業(yè)鏈的縱向布局方面優(yōu)勢(shì)明顯，就動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)而言，該公司在上游的材料、中游的電芯、下游的Pack(電池包)、配套的BMS(電池管理系統(tǒng))甚至整車(chē)核心部件的電機(jī)和電控等領(lǐng)域，都有廣泛的研究和豐富的產(chǎn)品，整車(chē)企業(yè)非常喜歡跟這類(lèi)有強(qiáng)大集成能力的零部件企業(yè)合作。三星和LG依靠產(chǎn)業(yè)鏈的聯(lián)動(dòng)，形成一種與用戶(hù)的共生環(huán)境，將對(duì)手排除在這個(gè)體系之外。反觀國(guó)內(nèi)的鋰電池企業(yè)，大多局限于某一環(huán)節(jié)，缺少全產(chǎn)業(yè)鏈的布局。比亞迪(BYD)是我國(guó)鋰離子電池技術(shù)實(shí)力最強(qiáng)的企業(yè)，綜合排名居全球第17位，從做電池起家，通過(guò)收購(gòu)有資質(zhì)的整車(chē)企業(yè)，進(jìn)入汽車(chē)行業(yè)，進(jìn)而布局電機(jī)、電控、半導(dǎo)體等領(lǐng)域，形成了一條非常完整的產(chǎn)業(yè)鏈，K9和K10已出口到海外很多國(guó)家，成為中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的名片。從這個(gè)角度來(lái)看，產(chǎn)業(yè)鏈布局對(duì)一個(gè)企業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要，我國(guó)企業(yè)應(yīng)向三星、LG及比亞迪學(xué)習(xí)，根據(jù)自身情況，通過(guò)收購(gòu)整合或技術(shù)研究范圍的拓展，形成自己獨(dú)特的產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)[15]。

(2)緊跟研究前沿，避免技術(shù)顛覆。鋰離子電池學(xué)術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)發(fā)展幾乎同步，技術(shù)路線呈多元化。目前技術(shù)比較成熟的鋰離子電池主要有3種：一是特斯拉用的鈷酸鋰離子電池，即使特斯拉目前將其性能發(fā)揮到極致，還會(huì)因熱特性差存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)而不被廣泛看好;二是比亞迪e6用的磷酸鐵鋰電池，雖然熱穩(wěn)定性好，使用壽命長(zhǎng)，但比容量不如鈷酸鋰電池，續(xù)航里程有限;三是錳酸鋰電池，優(yōu)點(diǎn)是成本低，安全性和低溫性能好，充電時(shí)間短，但缺點(diǎn)也很明顯，如高溫穩(wěn)定性差、循環(huán)壽命衰減快、使用時(shí)間短等。此外，還有最近出現(xiàn)的薄膜電池、石墨烯電池等新的電池研究方向，但因?yàn)槠渲圃旌褪褂铆h(huán)境、成本等與實(shí)際生產(chǎn)使用過(guò)程要求還存在諸多不相符，因而尚未走出實(shí)驗(yàn)室[16-18]。如果只研究一種技術(shù)方向，一旦這種技術(shù)沒(méi)有突破，遭到淘汰，有可能造成全軍覆沒(méi)，直接出局。因此，要多了解市場(chǎng)需求，關(guān)注各國(guó)政策動(dòng)向，研究主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的產(chǎn)品和技術(shù)趨勢(shì)等，避免技術(shù)顛覆。

(3)加強(qiáng)與日本、韓國(guó)等國(guó)際龍頭企業(yè)聯(lián)系與合作，積極參與國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。在鋰離子電池專(zhuān)利權(quán)人前10名中，全部為日本和韓國(guó)企業(yè)，我國(guó)排名第一的比亞迪公司也僅名列全球第17名，這說(shuō)明日本和韓國(guó)企業(yè)在技術(shù)積累和產(chǎn)業(yè)化深度方面優(yōu)勢(shì)明顯。三星和LG在三元材料方面占據(jù)較大的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，比國(guó)內(nèi)企業(yè)領(lǐng)先2～3年實(shí)現(xiàn)規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。在下一代正負(fù)極材料和固態(tài)電解質(zhì)的研究方面，國(guó)內(nèi)鋰電池企業(yè)與日本和韓國(guó)相比也存在一定差距。不久前，上汽、觀致宣布與LG合作動(dòng)力電池，這將會(huì)提升我國(guó)鋰離子電池企業(yè)的技術(shù)水平和國(guó)際視野。

(4)加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)，尋求技術(shù)壁壘突破。缺少核心專(zhuān)利的韓國(guó)企業(yè)之所以能后來(lái)居上，突破日本和美國(guó)兩國(guó)企業(yè)的重圍，還有一個(gè)重要原因是他們重視研發(fā)，在發(fā)展之初的三星SDI和LG化學(xué)公司也都是跟風(fēng)日本，高價(jià)從日本挖人，但隨著逐漸的消化和吸收，其研發(fā)的主力軍慢慢轉(zhuǎn)變?yōu)轫n國(guó)人。反觀我國(guó)的鋰電行業(yè)，高端技術(shù)人才大多從歐美引進(jìn)，永遠(yuǎn)停留在“拿來(lái)主義”階段，盡管已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段，但由于缺乏核心技術(shù)與專(zhuān)利，后續(xù)研發(fā)不足，目前處在產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值低端。因此，國(guó)產(chǎn)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)與日本和韓國(guó)等國(guó)相比，仍存在一定差距。僅僅以學(xué)步跟進(jìn)、消化吸收為目標(biāo)，無(wú)法掌握產(chǎn)業(yè)發(fā)展和轉(zhuǎn)型的主導(dǎo)權(quán)。掌握不了核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)，就不可能實(shí)現(xiàn)真正的技術(shù)跨越。

(5)實(shí)施大企業(yè)集團(tuán)戰(zhàn)略，避免無(wú)序發(fā)展。在鋰離子電池產(chǎn)業(yè)方面，韓國(guó)緊跟日本發(fā)展起來(lái)了。當(dāng)初的中國(guó)鋰電起步要早于韓國(guó)，但是到了2005年以后韓國(guó)就超過(guò)了中國(guó)。主要原因之一是韓國(guó)運(yùn)用的“大企業(yè)集團(tuán)”戰(zhàn)略，只發(fā)展三星SDI、LG化學(xué)、SK 3家鋰電企業(yè)，這就集中了優(yōu)質(zhì)資源，強(qiáng)勢(shì)發(fā)力。這就是韓國(guó)近年來(lái)迅猛發(fā)展并一舉超越三洋和索尼的原因。反觀我國(guó)的鋰電產(chǎn)業(yè)，各自為政，地方保護(hù)主義盛行，價(jià)格戰(zhàn)，窩里斗。比如，2014年，全球鋰離子電池和我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模實(shí)現(xiàn)了不同程度的增長(zhǎng)，但是我國(guó)企業(yè)并未明顯受益，甚至有超過(guò)30家鋰電池企業(yè)破產(chǎn)、倒閉。原因是我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)品同質(zhì)性非常高，產(chǎn)品價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)激烈。對(duì)于整個(gè)行業(yè)來(lái)說(shuō)，龍頭企業(yè)凈利潤(rùn)率下滑將直接影響我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展。缺乏龍頭企業(yè)的帶動(dòng)，行業(yè)發(fā)展速度將大幅降低，產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力會(huì)下降，最終結(jié)果是我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)上將被邊緣化[19]。我國(guó)政府應(yīng)該破除地方保護(hù)主義，通過(guò)政策和法規(guī)形成較高的準(zhǔn)入門(mén)檻，優(yōu)勝劣汰，不斷提高行業(yè)集中度。

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Development Trend and Countermeasures of Lithium-ion Battery Technology Industry

Xu Wenhong, Zhou Huilai, Hu Hong, Zhang Defang

(ScientificandTechnologicalInformationInstituteofHenanProvince,Zhengzhou450003,China)

This paper comprehensively and systematically analyzed the annual distribution, geographical distribution, technology distribution, main competitors and key patents of global Lithium-ion battery patent, a correlation analysis of published papers and patents on Lithium-ion power battery, as well as a correlation analysis on the published industrial policies and the development of Lithium-ion power battery industry have been conducted in order to investigate the effect of industrial policy on the promotion of industrial development. Several conclusions of Lithium-ion battery industrial development are put forward: (1) The key research field of Lithium ion power battery is the electrode. (2) The technology and market of Lithium ion battery is monopolized by China, Japan, Korea, the United States and Germany. (3) The core technology is owned by Japan and the United States. (4) Subject technology and industrial technology have developed almost simultaneously, and the technical route is diversified. (5) The introduction of industrial policy is to support the rapid development of Lithium-ion power battery industry. (6) Lithium ion battery technology is in the development period, and the small and medium-sized enterprises have more opportunities to develop.

Lithium-ion battery; patents; information analysis; research of countermeasures

2015-11-26；

2016-11-12

河南省軟科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(142400410077)

徐文洪(1968-)，女，河南鄭州市人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事科技發(fā)展戰(zhàn)略、科技信息和產(chǎn)業(yè)技術(shù)情報(bào)研究，(E-mail)qbsxwh@163.com。

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1003-2363(2016)06-0031-06