基于專利分析的鈉硫電池技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)研究①

王艷輝 張玉良 姜 超

(* 國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司 呼和浩特 010020) (**中國電力工程顧問集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司 長(zhǎng)春 130021)

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基于專利分析的鈉硫電池技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)研究①

王艷輝②*張玉良**姜 超**

(*國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司 呼和浩特 010020) (**中國電力工程顧問集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司 長(zhǎng)春 130021)

通過對(duì)德溫特(Derwent)數(shù)據(jù)庫收錄的全球鈉硫電池技術(shù)發(fā)明專利數(shù)據(jù)的分析，包括對(duì)專利技術(shù)區(qū)域、技術(shù)組織、技術(shù)研發(fā)等內(nèi)容的分析，深度揭示了全球鈉硫電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)。鈉硫電池技術(shù)在能源存儲(chǔ)方面具有巨大應(yīng)用潛能，并且已經(jīng)成為支撐新能源發(fā)展的戰(zhàn)略性技術(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，目前全球范圍內(nèi)中國和日本是兩個(gè)完全掌握鈉硫電池技術(shù)的國家，中國盡管在電池箱和電池使用維護(hù)等方面形成了自己的優(yōu)勢(shì)，但在商業(yè)化發(fā)展道路上仍處于起步階段，較日本還存在一定的差距。該研究對(duì)有效開展我國鈉硫電池技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展有參考意義。

鈉硫電池, 專利分析, 合作網(wǎng)絡(luò), 技術(shù)現(xiàn)狀, 發(fā)展趨勢(shì)

0 引 言

大規(guī)模的儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)成為支撐新能源發(fā)展的戰(zhàn)略性技術(shù)，而鈉硫電池作為一種快速發(fā)展的新型儲(chǔ)能電池，已在許多國家得到應(yīng)用。鈉硫電池與鋰電池和全礬液流電池等化學(xué)電池相比，是一種同時(shí)適用于功率型儲(chǔ)能和能量型儲(chǔ)能的電池技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)在于電池體積小、能量密度高、功率密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)和運(yùn)行維護(hù)方便等[1]。鈉硫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅可以解決巨大的晝夜電力需求峰谷差問題，而且可以幫助太陽能、風(fēng)能等新型能源技術(shù)成功并網(wǎng)以解決電力短缺問題，是城市智能電網(wǎng)建設(shè)重要的組成部分。

全球鈉硫電池已發(fā)展50年時(shí)間，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的條件日趨成熟。隨著煤、石油、天然氣等天然能源的耗盡和環(huán)境污染的加重，以風(fēng)能、太陽能為代表的新能源技術(shù)受到各國的重視，但風(fēng)能和太陽能發(fā)電具有明顯的不穩(wěn)定性和不連續(xù)性，給傳統(tǒng)電網(wǎng)的安全性和調(diào)峰能力帶來巨大的挑戰(zhàn)，鈉硫電池存儲(chǔ)技術(shù)在很大程度上解決了風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電的隨機(jī)性、間隙性和波動(dòng)性等問題，使大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電并入常規(guī)電網(wǎng)成為可能。繼日本礙子株式會(huì)社(NGK)之后，美國、德國、法國等國相繼投入到鈉硫電池儲(chǔ)能技術(shù)研究與開發(fā)中，截至目前，全球已經(jīng)建成200 個(gè)以上的應(yīng)用示范項(xiàng)目[2]，而日本走在技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用的前沿，NGR是全球唯一一個(gè)能夠提供10MW以上的系統(tǒng)的供應(yīng)商。

本文通過專利分析方法研究了全球鈉硫電池技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)。研究中所用鈉硫電池專利數(shù)據(jù)均來源于德溫特(Dervent)數(shù)據(jù)庫。我們利用關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，檢索時(shí)間為2016年6月1號(hào)，檢索范圍為1967至今的所有專利數(shù)據(jù)，共檢索查重得到相關(guān)的專利數(shù)據(jù)1791條，并采用TDA、EXCEL等分析工具對(duì)專利申請(qǐng)時(shí)間、國家、機(jī)構(gòu)、技術(shù)分類號(hào)等字段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從專利角度深入研究了全球鈉硫技術(shù)的創(chuàng)新趨勢(shì)、技術(shù)區(qū)域分布、專利權(quán)人分布、合作網(wǎng)絡(luò)關(guān)系、技術(shù)差異分布等情況，為相關(guān)鈉硫電池技術(shù)的發(fā)展和科技決策支持提供數(shù)據(jù)支持。由于專利申請(qǐng)和公開之間具有一定的延遲，所以2015年之后的數(shù)據(jù)僅供參考。

1 鈉硫電池技術(shù)總體發(fā)展態(tài)勢(shì)分析

1.1 全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)分析

圖1顯示了全球鈉硫電池的專利申請(qǐng)逐年變化情況，可以看出，鈉硫電池領(lǐng)域的相關(guān)專利申請(qǐng)最早起始于1967年，經(jīng)過了波浪式的推進(jìn)發(fā)展過程，目前主要形成了3個(gè)比較典型的發(fā)展時(shí)期：(1) 1967～1982年的緩慢發(fā)展期。美國福特公司最早在1967年研發(fā)了鈉硫電池[3]，隨后世界各國也相繼開展了相關(guān)的研究，但由于當(dāng)時(shí)研發(fā)的最初目標(biāo)是作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池，鈉硫電池運(yùn)行溫度高、安全性差等問題限制了其在車載動(dòng)力電池的應(yīng)用，因此相關(guān)的專利申請(qǐng)速度較為緩慢。(2) 1982～2006年的快速成長(zhǎng)期。日本的NGK公司在1982年開始與東京電力公司合作開發(fā)儲(chǔ)能鈉硫電池，并于1992年建立了第一個(gè)鈉硫儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，2003年開始了儲(chǔ)能項(xiàng)目的商業(yè)化生產(chǎn)[4]，此時(shí)期研發(fā)的重心由車載動(dòng)力電池轉(zhuǎn)向儲(chǔ)能系統(tǒng)的開發(fā)，各國相繼部署自己的鈉硫儲(chǔ)能系統(tǒng)，使得鈉硫電池的發(fā)展獲得了快速的成長(zhǎng)。值得注意的是以日本為代表的技術(shù)強(qiáng)國壟斷了鈉硫電池的整個(gè)市場(chǎng)，并在2000年初就已經(jīng)完成了相關(guān)技術(shù)配套服務(wù)的開發(fā)，而其他國家的技術(shù)研發(fā)仍面臨著許多問題，因此在這一時(shí)期，全球?qū)＠暾?qǐng)?zhí)幱谳^低的水平；(3) 2006～至今的技術(shù)成熟階段。產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化發(fā)展是目前的主流趨勢(shì)。美國電力公司2006年在西弗吉尼亞安裝了第一套鈉硫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，中國的硅酸鹽研究所也成功研制出30AH的單體電池，使中國成為繼日本后第二個(gè)掌握大容量鈉硫電池技術(shù)的國家，截至2009年，全球已經(jīng)建成了200個(gè)以上的項(xiàng)目，商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展不斷推動(dòng)著鈉硫電池儲(chǔ)能技術(shù)走向成熟。

圖1 全球鈉硫電池的專利申請(qǐng)逐年變化情況

1.2 技術(shù)區(qū)域分析

1.2.1 公開國家或組織分布

圖2顯示了全球鈉硫電池公開專利排名前10的國家或組織分布，可以看出，全球鈉硫電池的專利公開國之間存在著明顯的數(shù)量差距。日本憑借1052件公開專利排名第1位，其次排名前五的分別是中國、美國、韓國和世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)局(WIPO)，專利公開量在90件以上。

僅從各國專利公開數(shù)量來看，日本處于技術(shù)主導(dǎo)位置，日本是掌握鈉硫電池儲(chǔ)能技術(shù)的第一國家。據(jù)全球鈉硫儲(chǔ)能系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)，以日本組建的鈉硫儲(chǔ)能系統(tǒng)就有100座以上[5]，占總數(shù)的1/2；中國以232件公開專利排名第2位，中國是繼日本之后第二個(gè)進(jìn)行大容量?jī)?chǔ)能用鈉硫電池技術(shù)開發(fā)的國家，在2006年自行研制成功具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的650AH大容量?jī)?chǔ)能用的鈉硫單體電池[6]，并在2010年上海世博會(huì)期間成功示范運(yùn)行了100kW/800kWh的鈉硫電池儲(chǔ)能裝置，目前中國儲(chǔ)能用的鈉硫電池發(fā)展已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化的前期準(zhǔn)備階段；美國是第一個(gè)提出鈉硫電池的國家，但卻以118件的公開專利排名第3位。美國一方面從2000年開始就已經(jīng)從日本購進(jìn)相關(guān)的鈉硫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)配套服務(wù)設(shè)施，另一方面也出臺(tái)了相關(guān)的政策支持大規(guī)模儲(chǔ)能電池技術(shù)的研發(fā)的相關(guān)政策，更偏向于推動(dòng)技術(shù)朝向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。韓國和德國也比較重視相關(guān)技術(shù)的開發(fā)，其中德國在2011年底，至少已經(jīng)完成了20個(gè)電池儲(chǔ)能示范項(xiàng)目；各國也比較注重PCT國際專利的申請(qǐng)，僅在世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織就申請(qǐng)公開了95件專利。

圖2 全球鈉硫電池公開專利的排名前10的國家或組織分布

1.2.2 優(yōu)先權(quán)國家或組織分布

圖3顯示了全球鈉硫電池優(yōu)先權(quán)國家或組織專利布局分布情況，橫坐標(biāo)代表專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)國家，縱坐標(biāo)代表專利公開國家，氣泡大小代表專利的件數(shù)。由于一件專利可能對(duì)應(yīng)多項(xiàng)專利優(yōu)先權(quán)，所以數(shù)據(jù)間存在一定的重復(fù)性。通過優(yōu)先權(quán)國家的專利布局情況，我們可以直觀地了解優(yōu)先權(quán)國家的專利布局情況，從而進(jìn)一步了解其專利戰(zhàn)略。

圖3示出了優(yōu)先權(quán)國家為日本的專利布局，其主要的專利申請(qǐng)公開國是日本本國，有1051條專利，其次是世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織(WIPO)的PCT專利申請(qǐng)，有54條專利。日本雖然在美國、德國和歐專局都有相關(guān)的專利申請(qǐng)，但更多采取的是專利防御型的實(shí)施策略，在充分的占有本國市場(chǎng)的基礎(chǔ)上，然后逐漸開始關(guān)注國際市場(chǎng)的專利布局。優(yōu)先權(quán)國家中國、美國、韓國、德國等也都十分注重本國市場(chǎng)的保護(hù)，在本國申請(qǐng)的專利申請(qǐng)最多，但同時(shí)存在一定的策略差別。美國和韓國雖然申請(qǐng)的專利數(shù)量較少，但非常注重國際市場(chǎng)的開發(fā)，擁有一定數(shù)量的PCT專利；中國比較注重本國市場(chǎng)的開發(fā)，但對(duì)于國際市場(chǎng)的關(guān)注度有待提高。

圖3 全球鈉硫電池優(yōu)先權(quán)國家或組織專利布局分布

1.3 技術(shù)組織分析

1.3.1 技術(shù)機(jī)構(gòu)分布

表1詳細(xì)地統(tǒng)計(jì)了全球排名前20專利申請(qǐng)機(jī)構(gòu)的排名情況以及計(jì)算了近四年專利申請(qǐng)活躍度情況?？梢钥闯觯蚺琶?0的機(jī)構(gòu)組織中有9家日本機(jī)構(gòu)，4家中國機(jī)構(gòu)、兩家美國機(jī)構(gòu)，韓國、法國、英國和瑞士機(jī)構(gòu)各1家。日本機(jī)構(gòu)中的日本礙子株式會(huì)社(NGK)是全球鈉硫電池技術(shù)的領(lǐng)頭機(jī)構(gòu)，專利申請(qǐng)數(shù)量排名第1位，1982年NGK便和日本東京電力公司合作開發(fā)鈉硫儲(chǔ)能用電池，并且在1992年成功研制出世界上第一個(gè)鈉硫儲(chǔ)能系統(tǒng)，2002年進(jìn)入到商品化推廣的階段[7]，NGK憑借特有的高度陶瓷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了世界首次兆瓦級(jí)鈉硫蓄電的實(shí)用化；其次日立集團(tuán)、日本湯淺蓄電池和日東東京電力集團(tuán)都是日本知名的電子電氣企業(yè)，全球?qū)＠暾?qǐng)排名分別為第2位、第3位和第4位，地位同等重要；中國機(jī)構(gòu)中以上海電氣鈉硫儲(chǔ)能有限公司為代表的機(jī)構(gòu)全球?qū)＠暾?qǐng)排名第5位。與國網(wǎng)上海市電力公司(排名第8位)是僅有的兩家進(jìn)入全球排名前10的中國機(jī)構(gòu)，其中上海電氣鈉硫儲(chǔ)能有限公司是由上海電氣總公司、國網(wǎng)上海市電力公司、中科院上海硅酸鹽研究所(排名第17位)共同投資組建的鈉硫電池產(chǎn)業(yè)化公司，開創(chuàng)了技術(shù)—產(chǎn)業(yè)化—用戶“三位一體”的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化合作模式。另外，韓國鋼鐵業(yè)巨頭浦項(xiàng)(排名第6位)也正在著手布局鈉硫電池的生產(chǎn)應(yīng)用。

表1 全球鈉硫電池前20專利申請(qǐng)機(jī)構(gòu)排名

從專利申請(qǐng)的活躍度來看，中國東方電氣專利申請(qǐng)總量雖少，僅11件，但其中9件專利是近四年申請(qǐng)的，因此專利活躍度排名第1位；其次上海電氣鈉硫儲(chǔ)能有限公司和中國國網(wǎng)上海市電力公司分別排名第2位和第3位，從側(cè)面反映出中國的研發(fā)活躍度近兩年比較高，這在一定程度上離不開國家政策支持和各科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)的共同推進(jìn)；日本礙子專利申請(qǐng)數(shù)量雖為第1位，但其專利活躍度相對(duì)靠后，排名第10位，說明其技術(shù)更多地由研發(fā)重心轉(zhuǎn)移到商業(yè)化、市場(chǎng)化的推廣階段。

1.3.2 技術(shù)機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)分析

圖4展示了全球鈉硫電池排名前20的專利申請(qǐng)機(jī)構(gòu)的合作網(wǎng)絡(luò)分析，其中連線粗細(xì)代表了合作的緊密度，數(shù)值大小代表了具體合作的專利數(shù)量。通過探究機(jī)構(gòu)之間的合作網(wǎng)絡(luò)，可以探究各研發(fā)機(jī)構(gòu)間采取的專利研發(fā)策略。

圖4 全球鈉硫電池前20專利申請(qǐng)機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)分析

從圖4中可以看出，全球排名前20位的申請(qǐng)機(jī)構(gòu)僅有日本企業(yè)的4家機(jī)構(gòu)(日本礙子株式會(huì)社、日立集團(tuán)、日本東京電力公司、日本電氣硝子株式會(huì)社)以及中國的3家機(jī)構(gòu)(中科院上海硅酸鹽研究所、國網(wǎng)上海市電力公司、上海電氣鈉硫儲(chǔ)能有限公司)進(jìn)行了相關(guān)的合作開發(fā)研究，其他機(jī)構(gòu)均采取保守的獨(dú)立研發(fā)策略，其中日本機(jī)構(gòu)以日本東京電力公司的合作研發(fā)活躍度最高，分別與日本礙子、日立集團(tuán)、日本電氣硝子株式會(huì)社形成了82件、35件、1件的雙向合作關(guān)系。日本礙子株式會(huì)社和日立集團(tuán)、日本東京電力公司分別是全球排名第1位、第2位和第4位的巨頭企業(yè)，其分散式的專利合作網(wǎng)絡(luò)關(guān)系構(gòu)成了整個(gè)鈉硫電池儲(chǔ)能技術(shù)的寡頭壟斷，對(duì)整個(gè)技術(shù)行業(yè)的發(fā)展影響巨大。值得注意的是日本電氣硝子株式會(huì)社，盡管鈉硫方面的相關(guān)專利較少，但也開始積極尋求與大企業(yè)之間的合作，其基本的專利研發(fā)策略是追隨型策略。

中國機(jī)構(gòu)中，采取的是一種閉環(huán)式的專利合作網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。以國網(wǎng)上海市電力公司的合作研發(fā)活躍度最高，分別與上海電氣鈉硫儲(chǔ)能有限公司、中科院上海硅酸鹽研究所形成了12件和24件的雙向合作關(guān)系，閉環(huán)式的專利合作網(wǎng)絡(luò)關(guān)系在一定程度上形成了中國本土的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。中科院上海硅酸鹽研究所作為中國唯一進(jìn)入全球排名前20的科研機(jī)構(gòu)，在中國鈉硫電池儲(chǔ)能技術(shù)的研究上，也發(fā)揮著重要的作用。

1.4 技術(shù)研發(fā)分析

1.4.1 關(guān)鍵技術(shù)分布

圖5和表2分別對(duì)全球?qū)＠呐琶?0的IPC技術(shù)小類進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和注釋，IPC分為部、大類、小類、大組和小組，通過統(tǒng)計(jì)不同的部、類、組，可以對(duì)技術(shù)的研發(fā)趨勢(shì)和熱點(diǎn)空白點(diǎn)進(jìn)行發(fā)現(xiàn)?？梢钥闯?，目前鈉硫電池技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)研究主要分布在鈉硫電池制備(H01M)、鈉硫儲(chǔ)能系統(tǒng)裝備(H02J)、鈉硫材料制備(C04B、C23C、H01B、B23K、B28B、C22C、H01G)等三大方面。鈉硫電池的制備包含了多種材料的組合技術(shù)，如部件的封接技術(shù)、電極材料的選擇技術(shù)等，是鈉硫電池組裝過程的難點(diǎn)[8]；鈉硫儲(chǔ)能電池是先進(jìn)二次電池中最為成熟的一種，也是最具有發(fā)展?jié)摿Φ南冗M(jìn)儲(chǔ)能電池[9]，因此研發(fā)鈉硫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)成為各國的重點(diǎn)，鈉硫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)主要包括鈉硫電池子系統(tǒng)和功率轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)(PCS)兩個(gè)子系統(tǒng)，繼日本NGK之后，美國、法國、英國都在著手部署鈉硫儲(chǔ)能系統(tǒng)，日本在2008年已經(jīng)建成全球最大的34MW的風(fēng)電儲(chǔ)能電站[1]；鈉硫材料制備包含多種無機(jī)材料，如電解質(zhì)陶瓷隔膜、正負(fù)極絕緣陶瓷、封接用玻璃、金屬焊料、導(dǎo)電碳、集流用金屬電機(jī)以及活性物質(zhì)鈉和硫等[8]。目前電池組技術(shù)發(fā)展最為成熟，相關(guān)的專利較多，而鈉硫存儲(chǔ)系統(tǒng)的研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化是當(dāng)前技術(shù)的重點(diǎn)，全球僅有日本和中國掌握該項(xiàng)技術(shù)，未來發(fā)展空間比較大。

圖5 全球鈉硫電池排名前10技術(shù)小類分布 表2 全球鈉硫電池排名前10技術(shù)小類注釋

序號(hào)IPC小類專利數(shù)量 IPC小類注釋1H01M1544用于直接轉(zhuǎn)變化學(xué)能為電能的方法或裝置,例如電池組2H02J163供電或配電的電路裝置或系統(tǒng);電能存儲(chǔ)系統(tǒng)3C04B140石灰;氧化鎂;礦渣;水泥;組合物;陶瓷;耐火材料4G01R50測(cè)量電變量;測(cè)量磁變量5C23C33對(duì)金屬材料的鍍覆;用金屬材料對(duì)材料的鍍覆;表面擴(kuò)散法,化學(xué)轉(zhuǎn)化或置換法的金屬材料表面處理;真空蒸發(fā)法、濺射法、離子注入法或化學(xué)氣相沉積法的一般鍍覆6H01B33電纜;導(dǎo)體;絕緣體;導(dǎo)電、絕緣或介電材料的選擇7B23K30釬焊或脫焊;焊接;用釬焊或焊接方法包覆或鍍敷;局部加熱切割,如火焰切割;用激光束加工8B28B23黏土或其他陶瓷成分、熔渣或含有水泥材料的混合物,例如灰漿的成型9C22C22合金10H01G22電容器;電解型的電容器、整流器、檢波器、開關(guān)器件、光敏器件或熱敏器件

1.4.2 技術(shù)熱點(diǎn)布局

圖6為全球鈉硫電池排名前10技術(shù)研究重點(diǎn)的分布情況，橫坐標(biāo)代表優(yōu)先權(quán)國家，縱坐標(biāo)代表全球排名前10的IPC分類號(hào)所對(duì)應(yīng)的技術(shù)分支。IPC分類號(hào)能夠在一定程度上反映技術(shù)申請(qǐng)的側(cè)重點(diǎn)，通過對(duì)比不同國家在不同IPC分類號(hào)上的專利分布，一方面可以了解各國在技術(shù)研發(fā)上的專利布局，另一方面也可以對(duì)比各國研發(fā)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，從而對(duì)研發(fā)方向具有一定的指導(dǎo)性。以上數(shù)據(jù)顯示，高溫工作的二次鈉硫電池研發(fā)技術(shù)是本領(lǐng)域的基本技術(shù)，鈉硫電池工作的溫度需要維持在300～350℃，高溫運(yùn)行下的鈉硫電池陶瓷管一旦破裂形成短路，將會(huì)造成很大的安全事故[7]，所以制造安全系數(shù)高、高溫工作的電池組研發(fā)是各國的基礎(chǔ)。因此各國分別在此技術(shù)分支上進(jìn)行相關(guān)的專利申請(qǐng)，以日本專利數(shù)量居多，有909件，其次日本也比較注重鈉硫電池的電池箱、套、罩的研究開發(fā)， 并且在溫度控制、保持裝置、電池結(jié)構(gòu)與制造等全球排名前10的技術(shù)分支中都有相關(guān)的專利申請(qǐng)。中國也比較注重高溫工作的二次電池技術(shù)，并且比較關(guān)注電池結(jié)構(gòu)與制造，以降低電池體系的工作溫度，解決高溫工作下鈉硫電池的腐蝕問題,另外在電池箱、電池結(jié)構(gòu)和制造和電池使用維護(hù)上都進(jìn)行了相關(guān)專利的開發(fā)。美國在充放電方法和裝置上進(jìn)行了重點(diǎn)的部署研發(fā)。韓國在高溫工作二次電池和電池保持裝置方面形成了自己的優(yōu)勢(shì)。德國也在充放電裝置上占有自己的一席之地。

總體來看，日本屬于鈉硫電池技術(shù)大國，在各技術(shù)分支上都進(jìn)行了專利部署，處于主導(dǎo)位置。其他國家也在各技術(shù)分支上進(jìn)行了重點(diǎn)研發(fā)。在電池結(jié)構(gòu)與制造、電池箱、套、罩以及電池使用維護(hù)上，中國具有一定的研發(fā)優(yōu)勢(shì)。在充放電方法和裝置上，美國、德國具有一定的研發(fā)優(yōu)勢(shì)。在保持裝置方面，韓國具有一定的研發(fā)優(yōu)勢(shì)。

圖6 全球鈉硫電池排名前10技術(shù)研究重點(diǎn)分布

2 結(jié) 論

通過對(duì)鈉硫電池技術(shù)領(lǐng)域的全球研發(fā)態(tài)勢(shì)研究發(fā)現(xiàn)，伴隨著鈉硫電池研發(fā)重心由動(dòng)力用電池轉(zhuǎn)向儲(chǔ)能用電池，鈉硫電池在分布式能源的存儲(chǔ)、負(fù)荷平定、削峰填谷、應(yīng)急電源以及風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等新興能源領(lǐng)域的應(yīng)用上有巨大的潛能。

目前為止，全球已經(jīng)進(jìn)入到第3個(gè)研發(fā)的高峰期，技術(shù)發(fā)展比較成熟，其中以日本為代表的技術(shù)強(qiáng)國主導(dǎo)著整個(gè)鈉硫電池技術(shù)的發(fā)展方向，中國盡管是世界上第二個(gè)掌握鈉硫電池技術(shù)的國家，但鈉硫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化尚處于前期準(zhǔn)備階段，較日本還有一定的差距。目前各國采取的專利布局策略均為防守型策略，即大都選擇在本國申請(qǐng)相關(guān)專利，因此國際市場(chǎng)開發(fā)前景廣闊。以日本礙子株式會(huì)社、日立集團(tuán)、日本東京電力集團(tuán)等帶頭的巨頭企業(yè)實(shí)施合作開發(fā)的研發(fā)模式，企圖壟斷整個(gè)鈉硫電池技術(shù)的市場(chǎng)，而以上海電氣鈉硫儲(chǔ)能有限公司、中科院上海硅酸鹽研究所、國網(wǎng)上海市電力公司等形成的閉環(huán)式專利合作網(wǎng)絡(luò)關(guān)系在一定程度上形成了中國本土的研發(fā)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，使之有力量與日本抗衡。但應(yīng)注意到，鈉硫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)牽扯到鈉硫材料的制備、鈉硫電池的制備和鈉硫儲(chǔ)能系統(tǒng)裝備的研發(fā)，中國盡管在電池結(jié)構(gòu)與制造、電池箱、套、罩和電池使用維護(hù)等具體技術(shù)分支上形成了自己的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，但在充放電方法和裝置上，應(yīng)向日本、美國和德國學(xué)習(xí)。目前全球200多座鈉硫系統(tǒng)儲(chǔ)能項(xiàng)目，僅與日本合作共建的儲(chǔ)能系統(tǒng)就在100座以上，而中國僅在2010年上海世博會(huì)期間成功示范運(yùn)行了100kW/800kWh的鈉硫電池儲(chǔ)能裝置，在未來商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展方向上仍有一段路需要走，這離不開國家政策的大力支持以及企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)研發(fā)人員的共同努力。

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The research on the development trend of sodium sulfur battery based on patent analysis

Wang Yanhui*， Zhang Yuliang**， Jiang Chao**

(*State Grid East Inner Mongolia Electric Power Supply Co., LTD.， Hohhot 010020) (**Northeast Electric Power Design Institute Co., LTD., China Power Engineering Consulting Group， Changchun 130021)

The developing status and trends of the sodium sulfur battery technology with the huge application potential in energy storage and the strategic importance for supporting the development of new energy resources, was deeply studied through the analysis of the patent data of the global sodium sulfur battery technology collected by the Derwent database, including the analysis of the regional distribution, institution distribution of the research on sodium sulfur battery technology and the content of the research. The study concluded that China and Japan are the two countries who completely master this technology in the world. Although China has formed its own advantage in the aspects of battery box and battery maintenance, but it is a long way for it to go on the commercial development compared to Japan. The study is of referential significance for China’s innovation and strategic development of the sodium sulfur battery technology.

sodium sulfur battery, patent analysis, collaborative networks, technology status, development trends

10.3772/j.issn.1002-0470.2016.05.012

①國家電網(wǎng)公司課題(No. 1366011350TD)資助項(xiàng)目。

2016-02-04)

②男，1980年生，高工；研究方向：能源與電力；聯(lián)系人，E-mail: yanhui622@126.com