基于專利分析的鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)

胥彥玲，李 純，扆鐵梅，張 紅

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基于專利分析的鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)

胥彥玲，李 純，扆鐵梅，張 紅

（北京市科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所，北京 100144）

鋰離子電池是目前最具發(fā)展前景的高效二次電池和發(fā)展最快的化學(xué)儲(chǔ)能電源，已成為各國(guó)競(jìng)相競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)熱點(diǎn)。專利技術(shù)能夠反映某一技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展的現(xiàn)狀和歷程，已成為開(kāi)展競(jìng)爭(zhēng)情報(bào)的重要信息源。本工作從專利角度出發(fā)，通過(guò)對(duì)鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠姆治?，發(fā)現(xiàn)和了解鋰離子儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，以期為我國(guó)政府與企業(yè)的戰(zhàn)略決策提供參考與借鑒。

專利分析；鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)；發(fā)展態(tài)勢(shì)

鋰離子電池（LiB）具有比能量高、低自放電、循環(huán)性能好、無(wú)記憶效應(yīng)和綠色環(huán)保等性能優(yōu)勢(shì)，是目前最具發(fā)展前景的高效二次電池和發(fā)展最快的化學(xué)儲(chǔ)能電源[1]。目前，鋰離子電池中已經(jīng)量產(chǎn)的有液體鋰離子電池（LiB）和聚合物鋰離子電池（LiP）兩種，而且由于其質(zhì)量輕、空間緊湊、儲(chǔ)存容量大等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于電力輸配、可再生能源并網(wǎng)、輔助服務(wù)、分布式微網(wǎng)以及電動(dòng)汽車充換電等儲(chǔ)能領(lǐng)域的各個(gè)方面。據(jù)國(guó)際市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Technavio發(fā)布的市場(chǎng)研究報(bào)告，到2020年，鋰離子電池儲(chǔ)能規(guī)模將達(dá)到3130 MW，期間年復(fù)合增長(zhǎng)率近72%[2]?？梢?jiàn)，隨著儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的提速發(fā)展，鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)的市場(chǎng)需求保持高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)已成為占據(jù)儲(chǔ)能行業(yè)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)核心，而研究新型鋰離子電池也成為各國(guó)競(jìng)相競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)熱點(diǎn)。

專利信息是自主創(chuàng)新成果的重要載體，它能夠反映某一技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展的現(xiàn)狀和歷程，已成為開(kāi)展競(jìng)爭(zhēng)情報(bào)的重要信息源。通過(guò)專利分析可以預(yù)測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、分析研究潛在市場(chǎng)，可為區(qū)域、企業(yè)制定技術(shù)戰(zhàn)略布局提供重要參考依據(jù)，為科研立項(xiàng)、課題選擇、產(chǎn)品攻關(guān)以及建立知識(shí)產(chǎn)權(quán)預(yù)警制度提供重要參考[3-4]。本文旨在通過(guò)對(duì)鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠墨I(xiàn)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)鋰離子儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，以期為我國(guó)政府與企業(yè)的戰(zhàn)略決策提供參考與借鑒。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與方法

本研究專利檢索與分析工具均采用法國(guó)Questel公司的Orbit專利系統(tǒng)，該系統(tǒng)檢索模塊收錄了約100個(gè)國(guó)家及組織的專利著錄信息、22個(gè)國(guó)家及組織的全文專利數(shù)據(jù)，已被中國(guó)專利局、美國(guó)專利局、歐盟專利局、歐洲各國(guó)專利局、加拿大專利局、巴西專利局、古巴專利局、越南專利局等世界各地專利管理部門及眾多世界500強(qiáng)企業(yè)廣泛使用。檢索方式以關(guān)鍵詞結(jié)合國(guó)際專利分類號(hào)（IPC分類號(hào)）進(jìn)行檢索。關(guān)鍵詞是通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研和專家訪談獲得的鋰離子儲(chǔ)能技術(shù)專業(yè)名詞構(gòu)成得出，關(guān)鍵詞檢索式為[(lithium ion battery) or (lithium ion secondary battery) or (lithium-ion battery) or (accumulateur lithium-ion) or (lithium ion cells) or (lithium-ion secondary battery)] and [(stored energy)or (accumulation energy) or (energy storage) or (energy storage capacitor)]，檢索的IPC分類號(hào)包括H01M、H02R、G01R、B60L，檢索時(shí)間為2016年6月，共檢索專利32229件。因?yàn)閷＠暾?qǐng)到專利公開(kāi)有18 個(gè)月的滯后期，使得大量專利還處于未公開(kāi)狀態(tài)，所以2014 年以后的數(shù)據(jù)僅作對(duì)比參考。采用Orbit專利系統(tǒng)的在線分析模塊，對(duì)鋰離子儲(chǔ)能技術(shù)專利進(jìn)行了分析，試圖揭示鋰離子儲(chǔ)能技術(shù)專利的分布狀況及行業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)。

2 結(jié)果分析

2.1 發(fā)展態(tài)勢(shì)分析

分析鋰離子儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的歷程可以看出，該技術(shù)專利初始申請(qǐng)?jiān)?996年出現(xiàn)，之后進(jìn)入緩慢發(fā)展階段，到2004年略有減少，隨后又進(jìn)入增長(zhǎng)階段，2008年后專利數(shù)量開(kāi)始大爆發(fā)，鋰離子儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)入蓬勃發(fā)展階段。鋰離子儲(chǔ)能技術(shù)專利走勢(shì)，如圖1所示。

對(duì)鋰離子儲(chǔ)能技術(shù)專利IPC小類年申請(qǐng)量及技術(shù)發(fā)明人進(jìn)行逐年統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)圖2和圖3。可以看出，自2002年以來(lái)，鋰離子儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)開(kāi)始凸現(xiàn)，新技術(shù)也開(kāi)始不斷涌現(xiàn)，并在2008年之后新技術(shù)迅猛增長(zhǎng)，新的研發(fā)人員也不斷加入，鋰離子儲(chǔ)能技術(shù)研究呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展?fàn)顟B(tài)，研發(fā)重點(diǎn)主要側(cè)重于電池組、供配電裝置系統(tǒng)、電動(dòng)車動(dòng)力裝置和電池測(cè)試等研發(fā)領(lǐng)域。從專利技術(shù)投資趨勢(shì)來(lái)看，處于年增長(zhǎng)狀態(tài)，見(jiàn)圖4?？梢?jiàn)，隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)及儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)鋰離子儲(chǔ)能技術(shù)的市場(chǎng)需求不斷增強(qiáng)，投資前景向好。

2.2 競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)分析

2.2.1 研發(fā)力量分析

通過(guò)對(duì)鋰離子儲(chǔ)能技術(shù)專利族進(jìn)行區(qū)域分析，發(fā)現(xiàn)鋰離子儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域的主要參與者以中國(guó)、美國(guó)、日本和德國(guó)的公司和機(jī)構(gòu)為主。其中，我國(guó)在該技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域的專利數(shù)量占據(jù)了絕對(duì)領(lǐng)導(dǎo)地位，共申請(qǐng)了14339項(xiàng)優(yōu)先權(quán)專利，占據(jù)44%的份額，在各專利優(yōu)先權(quán)國(guó)中排名第一，如圖5所示。專利申請(qǐng)數(shù)量排名前30的行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)或機(jī)構(gòu)如圖6所示。前10名包括松下、博世、中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司、豐田汽車公司、三星SDI、三洋電器、LG CHEM公司、日立電子電氣公司、清華大學(xué)和GS YUASA。

從專利國(guó)別上來(lái)看，中國(guó)和日本專利數(shù)量占據(jù)了很大份額。在專利數(shù)量排名前30位的企業(yè)與機(jī)構(gòu)中，日本占11家，中國(guó)占9家，德國(guó)占4家，而美國(guó)、韓國(guó)和法國(guó)分別占3家、2家和1家。從圖形分布來(lái)看，鋰離子儲(chǔ)能技術(shù)分布差距較大，排名第一的松下公司專利申請(qǐng)數(shù)量達(dá)到了457件，博世、中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司、豐田汽車公司也均達(dá)到了350件以上，三星SDI、三洋電器、LG CHEM公司在200件以上，日立電子電氣公司、清華大學(xué)、GS YUASA等11家企業(yè)或機(jī)構(gòu)在100～150件，HONDA MOTOR、BYD等13家企業(yè)或機(jī)構(gòu)均在100件以下，專利數(shù)量差距較大。從專利家族平均年齡來(lái)看（圖7），目前有效專利持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的是松下公司和三洋電器，專利家族平均年齡為8年；其次是豐田、日立和本田，專利家族平均年齡為6年；比亞迪專利家族平均年齡為5年，其它均在5年以下?？梢?jiàn)，松下公司和三洋電器對(duì)鋰離子儲(chǔ)能技術(shù)的依賴程度更強(qiáng)，其研發(fā)實(shí)力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力亦較強(qiáng)，其次是豐田、日立、本田和比亞迪等。

從研究機(jī)構(gòu)類型看，目前鋰離子儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)體系的主體是企業(yè)。日本、美國(guó)、德國(guó)、韓國(guó)的這些研究機(jī)構(gòu)均為企業(yè)，中國(guó)除3所大學(xué)和1所研究機(jī)構(gòu)外其余均為企業(yè)，而且這些企業(yè)均為汽車企業(yè)或電器企業(yè)。這反映出鋰離子儲(chǔ)能技術(shù)是隨著儲(chǔ)能市場(chǎng)及其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需求而發(fā)展的，隨著電器產(chǎn)品及電動(dòng)汽車儲(chǔ)能市場(chǎng)需求的不斷膨脹，對(duì)鋰離子儲(chǔ)能技術(shù)的依賴程度也不斷增強(qiáng)。

2.2.2 主要專利申請(qǐng)人競(jìng)爭(zhēng)力分析

從全球主要專利申請(qǐng)人專利申請(qǐng)量年度分布（表1）來(lái)看，最早開(kāi)始鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)研 發(fā)的企業(yè)是松下、豐田、三洋和GS YUASA，其中松下、豐田、三洋之后每年都有相關(guān)專利申請(qǐng)，且申請(qǐng)專利總量也居于前六位，說(shuō)明這些企業(yè)相關(guān) 研究基礎(chǔ)好、實(shí)力強(qiáng)、持續(xù)性較好；而GS YUASA雖然申請(qǐng)專利較早，始于1996年，但之后幾年沒(méi)有專利申請(qǐng)，且從2001年后專利申請(qǐng)量較少，直到2010年以后，專利申請(qǐng)量急劇增加。博世、三星、LG、日立等公司雖然研發(fā)起步相對(duì)較晚，但后期研發(fā)的持續(xù)性較好，且研發(fā)實(shí)力較強(qiáng)。我國(guó)較早開(kāi) 始該技術(shù)專利申請(qǐng)的是2003年清華大學(xué)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，2011年以后國(guó)家電網(wǎng)也開(kāi)始了該技術(shù)專利的申請(qǐng)，且專利數(shù)量也在不斷增長(zhǎng)，而企業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的專利布局進(jìn)入較晚，但近幾年的專利數(shù)量在不斷增加?？梢?jiàn)，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)和電動(dòng)汽車在我國(guó)的發(fā)展比較緩慢，目前市場(chǎng)發(fā)展還不成熟，仍處在國(guó)家政策的引導(dǎo)和推動(dòng)階段，但企業(yè)的意識(shí)不斷增強(qiáng)，潛在市場(chǎng)明顯。

表1 主要專利申請(qǐng)人專利申請(qǐng)數(shù)量年度分布

2.3 技術(shù)現(xiàn)狀分析

對(duì)檢索到的鋰離子儲(chǔ)能技術(shù)專利IPC分類情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖8和圖9所示?？梢钥闯觯囯x子電池儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)主要在H01M（電池組）和H02J（供配電裝置系統(tǒng)）領(lǐng)域。2002年之后，在H01M和H02J領(lǐng)域研究更加成熟，這兩種技術(shù)領(lǐng)域的專利數(shù)量迅速增加。同時(shí)，研發(fā)重點(diǎn)逐漸多元化，關(guān)于電池測(cè)試、變電量測(cè)量、電容器、電動(dòng)車動(dòng)力裝置、半導(dǎo)體器件、照明裝置等新技術(shù)也不斷涌現(xiàn)?？梢?jiàn)，隨著鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，研發(fā)重點(diǎn)逐漸向能量密度更高、功率密度更高、循環(huán)壽命更長(zhǎng)和安全性更高的高效鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)方向發(fā)展。

3 結(jié) 論

專利信息對(duì)于預(yù)測(cè)一項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)、分析研究潛在市場(chǎng)具有一定的價(jià)值，但僅通過(guò)專利信息并不能準(zhǔn)確判斷研發(fā)機(jī)構(gòu)的技術(shù)領(lǐng)先性，這是專利情報(bào)研究的局限所在。本研究基于專利分析的角度，

對(duì)鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)進(jìn)行了分析研究，得出如下結(jié)論供相關(guān)領(lǐng)域研究者、決策者及企業(yè)參考。

（1）鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)專利初始申請(qǐng)開(kāi)始于1996年，之后專利數(shù)量不斷增加，并且在2002年后新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，該技術(shù)進(jìn)入成長(zhǎng)期；2008年至今，專利數(shù)量飛速增長(zhǎng)，該技術(shù)進(jìn)入快速成長(zhǎng)期。

（2）從國(guó)別來(lái)看，中國(guó)和日本專利數(shù)量占據(jù)了很大份額，主要參與者以中國(guó)、美國(guó)、日本和德國(guó)的公司和機(jī)構(gòu)為主。

（3）從參與該技術(shù)研發(fā)的機(jī)構(gòu)來(lái)看，專利申請(qǐng)量排名前10的是松下、博世、中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司、豐田汽車公司、三星SDI、三洋電器、LG CHEM公司、日立電子電氣公司、清華大學(xué)和GS YUASA，其中松下、豐田、三洋研發(fā)基礎(chǔ)好、持續(xù)性好、實(shí)力較強(qiáng)。

（4）我國(guó)較早開(kāi)始該技術(shù)專利申請(qǐng)的是2003年清華大學(xué)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，2011年以后國(guó)家電網(wǎng)也開(kāi)始了該技術(shù)專利的申請(qǐng)，且專利數(shù)量也在不斷增長(zhǎng)，而企業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的專利布局進(jìn)入較晚，但近幾年的專利數(shù)量在不斷增加。由此說(shuō)明，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)和電動(dòng)汽車在我國(guó)的發(fā)展比較緩慢，目前市場(chǎng)發(fā)展還不成熟，仍處在國(guó)家政策的引導(dǎo)和推動(dòng)階段，但企業(yè)的意識(shí)不斷增強(qiáng)，潛在市場(chǎng)明顯。

（5）從技術(shù)研發(fā)重點(diǎn)來(lái)看，電池組和供配電裝置系統(tǒng)一直是該技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域的重點(diǎn)，在2002年之后，此兩技術(shù)領(lǐng)域的研究更加成熟。同時(shí)，研發(fā)重點(diǎn)逐漸多元化，電池測(cè)試、變電量測(cè)量、電容器、電動(dòng)車動(dòng)力裝置、半導(dǎo)體器件、照明裝置等技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)也不斷顯現(xiàn)?？梢?jiàn)，隨著鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展及需求市場(chǎng)的不斷發(fā)展，企業(yè)對(duì)能量 密度更高、功率密度更高、循環(huán)壽命更長(zhǎng)和安全性更高的高效鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)也在不斷推進(jìn)。

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Development trend of lithium-ion battery energy storage technology based on patent analysis

,,,

(Beijing Institute of Science and Technology Information, Beijing 100144, China)

Lithium-ion battery is the most promising and efficient secondary battery, and is also the fastest development chemical energy storage power supply. It has become a hot competition in every country of world. Patent technology can reflect the current situation and process of the innovation and development of a technical field, which is an important information source for competitive intelligence. From the perspective of patent analysis of the lithium-ion battery energy storage technology, to understand the development trend of lithium-ion storage technology, it may provide references for the strategic decision of our government and enterprises.

patent analysis; lithium-ion battery storage technology; development trend

10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0105

G 306

A

2095-4239（2017）02-323-07

2016-12-19；修改稿日期：2017-01-05。

北京市科學(xué)技術(shù)研究院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)資助項(xiàng)目（IG201601N）。

胥彥玲（1977—），女，副研究員，從事科技情報(bào)與競(jìng)爭(zhēng)情報(bào)研究，E-mail：yanling7722@126.com。