鋰離子電池三元材料專利技術(shù)分析

余志敏，周述虹，閻 澄，張 健

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鋰離子電池三元材料專利技術(shù)分析

余志敏，周述虹，閻 澄，張 健

（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）

鋰離子電池三元系層狀正極材料即LiNi1--CoMnO2，相對于單一組分層狀材料如鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰，具有放電容量大、循環(huán)性能好等優(yōu)點，是具有良好應(yīng)用前景的正極材料之一，特別是在全球新能源產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的環(huán)境下。為了解鋰離子電池三元材料專利技術(shù)在世界范圍以及中國的發(fā)展情況，以德溫特世界專利索引數(shù)據(jù)庫（DWPI）和中國專利文摘數(shù)據(jù)庫（CNABS）的檢索結(jié)果為基礎(chǔ)，對三元材料專利申請量趨勢、制備方法及技術(shù)功效、重要申請人、技術(shù)發(fā)展路線及三元材料核心專利做了詳細(xì)分析。結(jié)果表明，三元正極材料在全球范圍及中國的專利申請量持續(xù)增加，但國外來華申請量并沒有明顯增長；國內(nèi)三元材料發(fā)展起步晚，基礎(chǔ)和核心專利欠缺，與日韓企業(yè)還具有較大差距；在制備方法上的專利申請主要為共沉淀法和固相法；圍繞三元材料的改性主要為提高電化學(xué)性能，但安全性和成本問題沒有得到有效突破?；谏鲜龇治?，對我國在三元材料領(lǐng)域的專利布局提出一些參考建議。

鋰離子電池；三元材料；專利分析

正極材料是鋰離子電池中最為關(guān)鍵的材料，對鋰離子電池的能量密度、循環(huán)壽命、安全性等有著重要影響。1990年Sony公司實現(xiàn)商品化鋰離子電池采用的正極材料為層狀鈷酸鋰，之后，層狀鎳酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰（即三元材料）、尖晶石錳酸鋰以及橄欖石型磷酸鐵鋰都成為鋰離子電池常用正極材料。1999年LIU等[1]首先提出NCM比分別為7∶2∶1、6∶2∶2和5∶2∶3的不同組分的三元層狀材料，2001年OHZUKU和MAKIMURA[2]首次提出Ni∶Co∶Mn物質(zhì)的量比為1∶1∶1的三元材料[即Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2]材料。廣義上，三元材料還包括鎳鈷鋁系三元材料、多元層狀材料等。三元材料由于其高能量密度可以更好地實現(xiàn)續(xù)航里程，在新能源汽車上得到很好應(yīng)用，如美國特斯拉純電動汽車成功使用日本松下制造的鎳鈷鋁酸鋰（NCA）電池體系。近年來隨著全球新能源汽車的迅猛發(fā)展，三元材料的市場份額將逐漸增加。

因此，了解三元材料的專利申請狀況，對我國新能源汽車乃至可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略都具有十分重要的意義。本文基于德溫特世界專利索引數(shù)據(jù)庫（DWPI）和中國專利文摘數(shù)據(jù)庫（CNABS），對該領(lǐng)域的國內(nèi)外專利情況進(jìn)行檢索和統(tǒng)計，并對該領(lǐng)域重要申請人的專利布局進(jìn)行了分析，以期為我國專利申請人在該領(lǐng)域的專利布局提供參考。

1 專利申請發(fā)展趨勢

本文使用國家知識產(chǎn)權(quán)局專利檢索與服務(wù)系統(tǒng)，檢索截止日期為2016年3月18日，其中，申請量以“件”為單位進(jìn)行統(tǒng)計，同族專利作為一項申請計入申請人的總申請量中。

將鋰離子電池正極材料分為聚陰離子型、層狀材料、尖晶石型、復(fù)合類型及其它類型等五大種類，其中層狀材料又分為層狀鈷酸鋰（LCO）、層狀錳酸鋰（LMO）、層狀鎳酸鋰（LNO）、三元材料（NCM）及其它類型。在全球?qū)＠暾堉校▓D1），正極材料技術(shù)相關(guān)的專利申請為10005項。其中，3425項涉及層狀正極材料，占比34%；在層狀正極材料這一技術(shù)分支中，三元、LCO、LNO和LMO占申請量的比例分別為三元39%、LCO18%、LNO14%、LMO10%，其余層狀正極材料占比為19%。層狀正極材料申請量在各類正極材料中申請量最多，三元材料又占據(jù)層狀材料中的最多，由此來看，全球范圍內(nèi)，三元材料在鋰離子電池正極材料占據(jù)重要 角色。

圖2給出了正極材料全球?qū)＠暾埩侩S年份變化的趨勢圖，圖3給出了層狀材料中三元材料的專利申請量隨年份變化趨勢圖，2013年之后由于部分專利尚未公開，統(tǒng)計數(shù)量略有下降。層狀結(jié)構(gòu)的正極材料的專利申請起步較早，也是最早商業(yè)化的鋰離子電池正極材料，其在1983—1990年間，申請量穩(wěn)步增長，隨后迎來第一個快速增長期（1991—1997年），持續(xù)到2008年，一直維持波動增長的狀態(tài)；由于聚陰離子型正極材料（如磷酸鐵鋰）較高放電比容量和良好的循環(huán)性能，在便攜式電子設(shè)備上得到良好應(yīng)用，從2005年左右開始，申請量開始迅速增長，并且在2008年左右開始超過層狀正極材料；由于層狀正極材料（如三元材料）高放電容量等優(yōu)勢，可以更好地滿足動力汽車的能量要求，因此，隨著全球新能源汽車的迅猛發(fā)展，在之后的5年中（2009—2013年），層狀材料的年度申請量也出現(xiàn)迅猛增長的狀態(tài)。三元材料的專利申請趨勢與層狀材料整體上基本一致，在1990—1999年處于緩慢起步階段，在2000—2009年處于平穩(wěn)增長期，在此期間專利申請量的幅度波動不大；在2009—2013年間，申請量出現(xiàn)了飛躍，進(jìn)入快速發(fā)展階段。

如圖4所示，相對于全球三元材料的發(fā)展趨勢，國內(nèi)的專利申請起步較晚，在1996年才出現(xiàn)相關(guān)的專利申請，并且在1996—2008年期間發(fā)展相對緩慢，與全球?qū)＠纳暾堏厔菹啾龋l(fā)展相對滯后。2009—2013年期間，由于磷酸鐵鋰的能量密度已經(jīng)不能滿足日漸發(fā)展的電動車的需求，受全球三元材料市場的影響，國內(nèi)三元材料的專利申請量也飛速上升進(jìn)入快速發(fā)展階段。同時發(fā)現(xiàn)2009—2013年間，相比于國內(nèi)申請量的大幅增加，國外來華的申請量并沒有出現(xiàn)大幅度增加，其中可能與國外申請人在三元材料的安全性問題上還沒有得到有效突破有關(guān)，因此，新的核心基礎(chǔ)專利并沒有出現(xiàn)，在中國相應(yīng)的布局還沒有完全展開。2013年之后由于部分專利尚未公開，統(tǒng)計數(shù)量略有下降。

為進(jìn)一步了解不同類型三元材料的專利申請狀況，圖5給出鎳鈷錳、鎳鈷鋁、四元以上及其它類型三元材料的專利申請趨勢。明顯看出，三元材料的研發(fā)重點仍主要集中在鎳鈷錳酸鋰（NCM）材料上，其申請量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它類型的三元正極材料，并在2009年之后申請量出現(xiàn)了快速增長。由于電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，鎳鈷鋁（NCA）三元材料在特斯拉上的應(yīng)用，其在近幾年的申請量也有所提升，但是申請量變化幅度仍然不大。

2 制備方法和技術(shù)功效分析

三元材料的合成方法主要有共沉淀法、固相法、溶膠-凝膠法、噴霧熱解法等。共沉淀法主要先合成鎳鈷錳氫氧化物前驅(qū)體或碳酸鹽前驅(qū)體，然后與鋰鹽混合，采用高溫固相煅燒合成最終產(chǎn)品，目前也是大規(guī)模生產(chǎn)優(yōu)選的方法；固相法分為高溫固相法和低熱固相法[3]，高溫固相法通常指在600 ℃以上的固相反應(yīng)，低溫固相法是指在室溫或近室溫的條件下固相化合物之間進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)；溶膠-凝膠法相比于高溫固相法，具有反應(yīng)溫度低、反應(yīng)物混合均勻等優(yōu)點；噴霧熱解法、模板法、溶液相法、溶劑熱法和靜電紡絲法等新型方法，目前大規(guī)模生產(chǎn)并不多，大都為小規(guī)模實驗室制備。

圖6為全球不同三元材料制備方法的分布圖，可以看出，目前三元材料的制備方法仍主要集中 在共沉淀法、固相法、溶液相法、噴霧熱解法等，其專利申請量分別為510件、235件、134件及60件，溶膠-凝膠法也有一定的申請，專利申請量為53件，并且這幾種方法制備的三元材料類型仍主要是NCM三元材料。除了上述五種方法之外，為了提高三元材料的性能、簡化制備工藝，也出現(xiàn)了少量有關(guān)新興方法的專利申請，如模板法、靜電紡絲法、微波法等。

目前，三元材料主要存在的問題有以下幾方面。①循環(huán)性能不高：主要由于隨著Ni含量增加，在充放電過程中發(fā)生多次相變[3]；②產(chǎn)氣現(xiàn)象較嚴(yán)重，安全性不高：主要由于三元材料表面LiOH和Li2CO3的存在與電解液發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氣體；③由于鈷資源稀缺，價格居高不下，相對于錳酸鋰和磷酸鐵鋰，三元材料成本較高。除了上述幾個方面，還包括倍率性能和首次充放電性能不高等。目前，解決上述問題的主要手段有原子摻雜、表面包覆、與其它種類活性材料混用、改進(jìn)制備方法等手段，本文重點關(guān)注原子摻雜、包覆、復(fù)合/混合這3類技術(shù)手段在三元材料改性上的專利申請情況。由于專利撰寫中，循環(huán)性能、倍率性能和首次充放電性能等電化學(xué)性能通常一起出現(xiàn)，我們將改進(jìn)三元材料的循環(huán)性能、倍率性能和首次充放電性能等統(tǒng)稱為提高電化學(xué)性能進(jìn)行統(tǒng)計。

從圖7可以看出，在各功效中，提高電化學(xué)性能的專利申請量占絕對優(yōu)勢，這說明在目前三元材料的研發(fā)中，其主要著眼點為提高其電化學(xué)性能，三元材料以其能量密度大見長，各企業(yè)和研究機構(gòu)致力于將其應(yīng)用于動力電池的正極材料中，以此來替代磷酸鐵鋰正極材料，因而采用各種改性手段來提高其電化學(xué)性能也是目前專利申請的重點。由于動力電池的安全性至關(guān)重要，而針對三元材料的安全性的專利申請量較低，可見在提高安全性方面還沒有得到有效的技術(shù)突破；在降低成本方面的專利申請量也較低，一方面由于收益問題，在回收領(lǐng)域目前還沒有企業(yè)積極的投入，另一方面，涉及回收等方面的關(guān)鍵技術(shù)也沒有得到有效突破；簡化工藝方面的申請量也較少。在改性手段方面，摻雜和包覆的改性方法在三元材料的專利申請中占據(jù)絕對主流地位，將不同種類正極材料復(fù)合或混用以實現(xiàn)功能互補也有一定的申請量。

表1為三元材料改性手段隨年代變化的趨勢，從中可以看出，在各改性的技術(shù)手段中，均是隨 著年代的增加，專利申請量也有所增加，這說明 隨著時間的推移，企業(yè)和研發(fā)機構(gòu)對三元材料的 研究漸熱，值得注意的是，在2009—2015年的7年間，提高三元材料的電化學(xué)性能，增長十分明顯，這是因為，隨著各地政府對新能源汽車的大力推廣，眾多企業(yè)和研發(fā)機構(gòu)廣泛涉足于動力電池的研發(fā)中，為了滿足人們對更長續(xù)航里程的需求，三元材料以其高能量密度脫穎而出。而與提高電化學(xué)性能的迅猛增長形成對比的是三元材料的安全性和降低成本等方面申請量增長較緩，在三元材料的研發(fā)投入明顯增加且電池安全性十分重要的情況下，也充分說明三元材料的安全性問題和成本問題沒有得到有效的的解決。因而，在三元材料的未來使用中，安全性將會成為瓶頸，也是未來的研發(fā)重點。

表1 三元材料改性手段隨年代變化的專利數(shù)量

3 三元材料技術(shù)專利申請人分析

表2為三元材料全球和國內(nèi)重要申請人及申請量排名，可以看出，三元材料全球申請量前十的申請人中有7位為國外申請人。其中日本占據(jù)五席，豐田申請量位列第一，這與豐田在動力汽車上的投入有關(guān)；韓國占據(jù)兩席，分別為LG和三星。值得一提的是，國內(nèi)申請人中江蘇科捷以23件位列第四，且在國內(nèi)申請人排名中位列第一。國內(nèi)鋰電企業(yè)比亞迪在國內(nèi)申請人中排名第2，申請量并不多，與其目前主要采用磷酸鐵鋰系動力電池有關(guān)，但比亞迪的三元材料也即將投入生產(chǎn)，三元材料的申請預(yù)計會逐漸增加。國內(nèi)重要申請人中，高校院所江南大學(xué)、中南大學(xué)在三元材料上也具有一定的申請量?？傮w來看，國內(nèi)三元材料申請比較分散，行業(yè)集中度差，并沒有得到足夠的發(fā)展，尤其是國內(nèi)鋰電龍頭企業(yè)涉足較少，整體研究氛圍不強，需要引起國內(nèi)申請人的重視。

圖8為三元材料全球申請量前十的申請人的年份申請量分布圖。2014年之后由于部分專利申請尚未公開，因此，申請量有所下降。從圖中可以看出，日本和韓國的企業(yè)，如豐田、三星、清美、三洋等早在2000年以前就有關(guān)于三元材料的相關(guān)研發(fā)，起步早，三星早在1997年就有關(guān)于三元材料的相關(guān)專利申請，并且隨著年份的推進(jìn)，豐田、LG、三星和ASAHI旭金屬的申請量穩(wěn)中有升，研發(fā)結(jié)構(gòu)配置合理。具體來看，LG從2005年開始大規(guī)模的出現(xiàn)關(guān)于三元材料的專利申請，每年都有3～8項，說明其關(guān)于三元材料正在網(wǎng)絡(luò)式布局，豐田在2005—2008年出現(xiàn)了三元材料的空窗期，但在2009年以后加大了關(guān)于三元材料的研發(fā)和生產(chǎn)力度，特別是在2014年關(guān)于三元材料的專利申請數(shù)量高達(dá)12件；清美和三洋則并沒有明顯的增長趨勢；三菱則一度中斷了三元材料方向的專利布局。這也從一定程度上反 映出三元材料在日韓申請人中的重視度發(fā)生分歧，三元材料的發(fā)展前景具有一定的挑戰(zhàn)性，也可能 和個別企業(yè)的戰(zhàn)略布局有關(guān)。相較于日韓企業(yè)， 國內(nèi)企業(yè)比亞迪在2002年才有關(guān)于三元材料的專利申請，科捷、江南大學(xué)在2010年以后才開始出現(xiàn)關(guān)于三元材料的專利，起步比日韓企業(yè)晚了近10年，因此，國內(nèi)企業(yè)在三元材料上并沒有掌握核心專利，且由于日韓企業(yè)、3M公司等國外重要申請人布局早，同時掌握核心專利，國內(nèi)申請人在三 元材料上的專利申請基本都是外圍申請，且方法 類專利申請偏多，造成國內(nèi)申請人在三元材料上 的競爭實力不強。但由于三元材料的高能量密度，相信未來在新能源汽車上的應(yīng)用會越來越多，并且基于上述分析來看，三元材料的安全性、成本問 題等存在較大的發(fā)展空間，國外申請人的布局并不完善，國內(nèi)申請人若能在這些方面加大研發(fā)投入，盡早掌握核心專利，一定能實現(xiàn)在三元材料上的 趕超。

表2 三元材料全球及國內(nèi)重要申請人排名

4 三元材料技術(shù)發(fā)展路線分析

圖9是三元材料的技術(shù)發(fā)展路線圖，以申請日（優(yōu)先權(quán)日）為時間軸，顯示了三元材料在主要制備方法、改性手段方面的技術(shù)發(fā)展路線。最早的三元材料是日本電池株式會社于1997年9月9日申請的NiCoAl三元材料，其采用共沉淀法制備。之后，日本中央電氣工業(yè)株式會社于1999年11月5日申請了共沉淀法制備陽離子摻雜的NiCoMn三元材料。2001年美國IIion Technology 公司申請了且優(yōu)先權(quán)日為2000年9月14日的采用固相法制備NiCoMn三元材料的專利，從而使三元材料的制備方法從共沉淀法擴展到固相法。隨后，開始出現(xiàn)原子摻雜改性三元材料的專利申請，如2000年12月11日申請的F原子摻雜改性，之后原子摻雜也發(fā)展迅速，成為改性三元材料的重要手段。2005年11月15日3M創(chuàng)新公司獲得的、優(yōu)先權(quán)日為2001年4月27日的關(guān)于NiCoMn三元材料授權(quán)的美國專利US6964828B2及其同族專利CN100403585C等，其主要限定了NiCoMn中Ni的含量，從而顯著提高了三元材料的性能，成為三元材料的基礎(chǔ)核心專利，至今制約著中國鋰電行業(yè)內(nèi)三元材料的發(fā)展。隨后，不斷出現(xiàn)新的合成方法如噴霧干燥法、溶膠-凝膠法等；為了進(jìn)一步提高三元材料的電化學(xué)性能、安全性能等，針對三元材料的改性方面的專利申請也開始逐漸增加，如三星SDI申請的優(yōu)先權(quán)日為2002年5月13日的采用磷酸鋁包覆NiCoMn三元材料，大大提高了其容量、循環(huán)壽命和熱穩(wěn)定性，打開了三元材料包覆改性的新思路，之后，金屬氧化物如氧化鋁、金屬氟化物如氟化鋁都成為包覆三元材料的常用手段；陽離子和陰離子摻雜也是用于改性三元材料的重要手段；2007年公開的韓國申請的KR1020070049810A專利，則公開了梯度材料的制備方法，即采用不同含量的三元材料形成核殼結(jié)構(gòu)?？傮w來說，從2002—2014年，三元材料及多元材料的研究方法也是不斷推陳出新，溶膠-凝膠法、溶液相法、磁場信號發(fā)生法、微波法、水熱法、模板法、高壓合成法、靜電紡絲法等，將三元材料及多元材料的制備工藝推向一個新的臺階。同時，三元材料及多元材料的復(fù)合形式也不斷多元化，從2002年至今，氟元素?fù)诫s、硅元素?fù)诫s、碳復(fù)合、核殼復(fù)合等，對于改善三元材料及多元材料的容量、倍率性能、循環(huán)性能、安全性能等起到了舉足輕重的作用。此外，三元材料及多元材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性能在一定時期內(nèi)都是限制其大規(guī)模生產(chǎn)的主要因素，解決上述技術(shù)問題也是我們今后不斷努力的方向。

5 三元材料核心專利分析

經(jīng)過前述對于三元材料的系統(tǒng)分析可以發(fā)現(xiàn)，近幾年國內(nèi)外對于三元材料的研發(fā)投入均處于快速增長階段。究其原因，是由于電動車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，對動力電池的容量性能提出了更高的要求，雖然磷酸鐵鋰電池在循環(huán)穩(wěn)定性及成本上有較大的優(yōu)勢，但其容量和能量密度卻限制其進(jìn)一步發(fā)展，相比磷酸鐵鋰，三元材料在此方面更勝一籌。因此，國內(nèi)外更多的企業(yè)開始轉(zhuǎn)向三元材料的研發(fā)。經(jīng)前述分析可知，目前的研發(fā)仍主要集中在鎳鈷錳（NCM），其次是鎳鈷鋁（NCA）。

由于國內(nèi)三元材料起步較晚，與國外的技術(shù)水平仍有不小的差距。同時，規(guī)避知識產(chǎn)權(quán)壁壘也是要考慮的重要問題?？v觀前述三元材料技術(shù)發(fā)展路線可知，三元材料的基礎(chǔ)專利技術(shù)仍掌握在國外申請人手中。其中，美國的3M創(chuàng)新公司，作為國際頂尖的電池材料企業(yè)，基礎(chǔ)研發(fā)實力雄厚。下文對三元材料相關(guān)核心專利進(jìn)行詳細(xì)介紹。

（1）3M公司三元材料核心專利 專利基本情況見表3，該專利系統(tǒng)地闡述了陰極組合物以及含有這些組合物的鋰離子電池，該電池具有高初始容量且在重復(fù)的充放電循環(huán)后有良好的容量保留。此外，所述陰極組合物在不當(dāng)高溫使用時不產(chǎn)生大量的熱，因此改善了電池的安全性。特別是首次提出了組合物具有通式Li(NiyCo1-2yMn)O2，其中0.083＜＜0.5。

該申請為PCT申請（WO02/089234A1），進(jìn)入了美國、日本、韓國、中國、歐洲、澳大利亞、奧地利等，同族申請共有26件，并在中國、日本、美國、歐洲等國家獲得專利權(quán)。

3M和Umicore在2012年達(dá)成了戰(zhàn)略合作協(xié)議，3M和Umicore將優(yōu)先向?qū)Ψ教峁＠跈?quán)和開展技術(shù)方面的合作，同時3M將退出正極材料生產(chǎn)而將其客戶推薦到Umicore。除此之外，在動力電池三元化的大趨勢下，包括LG、SK等國際鋰電企業(yè)都開始從3M手中獲取該核心專利的授權(quán)，加大三元正極材料的生產(chǎn)布局，如表4所示。其中，CN100403585C、US7078128B2、US6964828B2、US8241791B2及US8685565B2互為同族專利。

表4 3M授權(quán)其它企業(yè)專利情況

盡管3M公司并未涉足正極材料的生產(chǎn)，但卻依靠技術(shù)研發(fā)和專利授權(quán)來實現(xiàn)企業(yè)發(fā)展的商業(yè)模式。對于國內(nèi)市場而言，由于知識產(chǎn)權(quán)起步晚，還沒有建立起較完善的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)機制，因此短期內(nèi)出現(xiàn)3M這樣的企業(yè)的可能性很低。但從上述授權(quán)許可信息分析來看，企業(yè)之間的專利授權(quán)許可、專利糾紛等會越發(fā)常態(tài)化，因此，國內(nèi)企業(yè)不管采取專利授權(quán)許可還是采取繞道而行，加快專利布局都是持續(xù)發(fā)展的必要保障。

（2）美國阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory，ANL）三元材料核心專利ANL在2001年申請并于2004年獲得授權(quán)的三元材料專利US6680143B2和US6677082B2。US6677082B2首次提出富鋰的概念LiMO2·(1-) Li2M'O3(0<<1)，M 至少包含Ni，M'至少包含Mn。US6680143B2對富鋰材料LiMO2·(1-)Li2M'O3進(jìn)行了補充，其中，0<<1，M至少包含Mn，M'平均價態(tài)為4，選自Mn、Ti和Zr。

德國巴斯夫與日本戶田工業(yè)通過獲得ANL的上述專利授權(quán)進(jìn)行富鋰錳基正極材料的商業(yè)開發(fā)。

（3）巴斯夫與優(yōu)美科的三元專利糾紛 2016年12月21日國際貿(mào)易委員會（ITC）作出終審裁決，裁定比利時優(yōu)美科（Umicore）侵犯德國巴斯夫和 美國阿貢國家實驗室的專利權(quán)US6677082B2和US6680143B2。

如上介紹，3M授權(quán)的數(shù)十家企業(yè)中，優(yōu)美科是當(dāng)前全球鋰電正極材料龍頭而且經(jīng)營狀況頗佳，巴斯夫一直視優(yōu)美科為直接競爭對手。如果訴訟成功，不僅為巴斯夫贏得巨大聲譽，數(shù)額巨大的侵權(quán)賠償也是主要原因。此次專利糾紛的核心在于優(yōu)美科生產(chǎn)的三元材料具有兩相結(jié)構(gòu)而非單一相，因此侵犯ANL對三元材料的微觀結(jié)構(gòu)描述。優(yōu)美科生產(chǎn)的三元材料主要為NMC333、NMC532和NMC622，而非富鋰類三元材料。富鋰類三元材料的微觀結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，目前還沒有確切的定論，雖然優(yōu)美科向ITC提供了相關(guān)材料的XRD和HRTEM照片以證明單相結(jié)構(gòu)，但并沒有被ITC采納。ITC最終判決優(yōu)美科侵犯了ANL的專利權(quán)。

但目前產(chǎn)業(yè)上主要的商品化三元材料仍然是化學(xué)計量比的三元材料，富鋰類三元材料在產(chǎn)業(yè)上并沒有占據(jù)很大的空間。正極材料是影響鋰離子電池性能的關(guān)鍵材料，針對正極材料的專利糾紛也會越來越多，在此背景下，國內(nèi)企業(yè)應(yīng)積極重視正極材料的研發(fā)及知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。

6 結(jié) 語

基于上文的分析，總體來看，國內(nèi)申請人針對三元材料的投入相對欠缺，行業(yè)集中度較低，缺乏核心領(lǐng)導(dǎo)力，相較于國外申請還具有相當(dāng)?shù)牟罹啵瑸榇?，本文作者從專利角度給出以下幾點參考性建議。

（1）注重三元材料安全性問題，提升核心競爭 力 從早先的特斯拉純電動車自燃到近期頻繁發(fā)生的三星Note7手機爆炸，與上述事件高度相關(guān)的鋰電池的安全性能也受到了越來越多的關(guān)注。從上文的分析也可以看出，目前針對三元材料的安全性專利申請并不多，特別是國外重點申請人圍繞三元材料的安全性專利布局還沒有形成完善體系，發(fā)展空間很大，國內(nèi)申請人可以將三元材料安全性作為重點研究方向。針對解決三元材料安全性問題，可重點關(guān)注包覆改性、離子摻雜等技術(shù)手段。若能在三元材料安全性上得到有效突破，將明顯提升三元材料的核心競爭力。

（2）空白領(lǐng)域發(fā)力，實現(xiàn)彎道超車 由于一些客觀因素，我國與日、韓等鋰電強國相比，雖然在專利申請數(shù)量上已呈現(xiàn)出趕超之勢，但在核心技術(shù)的競爭中仍處于劣勢，鋰電池基礎(chǔ)材料的核心專利大多被國外巨頭掌握。針對上述現(xiàn)狀，國內(nèi)企業(yè)一方面應(yīng)該繼續(xù)加強研發(fā)投入，增強自身核心競爭力，同時也可另辟蹊徑，在一些國外同行較少關(guān)注的細(xì)分領(lǐng)域進(jìn)行布局。目前新能源汽車市場增長迅猛，國內(nèi)外均面臨著動力電池回收的現(xiàn)實問題，特別是可以通過回收稀缺資源鈷從而降低三元材料的成本。從上文分析也可以看出，涉及三元材料成本降低的專利申請非常少，而且目前專門針對電池回收的企業(yè)幾乎沒有，相關(guān)技術(shù)非常欠缺，因此，這對國內(nèi)企業(yè)來說，既是發(fā)展道路上的重大考驗，也是一次可能實現(xiàn)“彎道超車”的難得機遇。

（3）注重知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)，提升專利申請質(zhì)量分析國內(nèi)三元材料的重要申請人江蘇科捷可以發(fā)現(xiàn)，其涉及三元材料的專利申請多為方法類型權(quán)利要求，其保護(hù)范圍偏窄，專利維權(quán)難度較大，且基本為國內(nèi)申請。對此，國內(nèi)申請人應(yīng)當(dāng)積極組建自己的專利團(tuán)隊，提升專利撰寫水平，并積極進(jìn)行專利布局，尤其是海外專利布局，為今后在國際市場上的發(fā)展打好基礎(chǔ)。

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WANG Weidong, QIU Weihua, DING Qianqian, et al. Lithium ion battery ternary material——Technology and production application[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2015.

Analysis of patents on nickel cobalt manganese based cathode material for lithium-ion battery

,,,

(Patent Examination Cooperation Jiangsu Center of the Patent Office, SIPO, Suzhou 215000, Jiangsu, China)

LiNi1-CoMnO2cathode material for lithium-ion battery is one of the promising cathode materials due to its larger discharge capability and good cycle performance as compared with a single component layered materials such as lithium cobaltate, lithium nickelate and lithium manganate, especially under the environment of global sustainable development of new energy industry. In order to review the development of nickel cobalt manganese based cathode material(NCM) for lithium-ion battery in the world and China, patents from domestic and overseas on the NCM for lithium-ion battery are analyzed, based on the searching results from the Derwent Word Patent Index database(DWPI) and China Patent Abstract Database(CNABS). This report focuses on the analysis of the aspects of patents application trend, preparation methods and technical effectiveness, important applicants, technology development route and core patent. The results show that patent applications of NCM around the world and China are increasing, but there is no obvious increase in the number of foreign applications in China recently. The development of domestic started late, the basic and core patents are lacking, and the gap between Chinese applications and Japanese/Korean applications is large. The preparation method is mainly co-precipitation and solid-phase reaction, and the modification is mainly focused to improve the electrochemical performance. However, there is no effective breakthrough in terms of safety and cost issues. Based on these, some suggestions are put forward on the patent layout of NCM for lithium-ion battery of our country in the future.

lithium-ion battery; nickel cobalt manganese based cathode material; patent analysis

10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0098

TM 912.9

A

2095-4239（2017）03-596-09

2016-12-02；

2017-01-17。

余志敏（1987—），女，碩士，研究實習(xí)員，研究方向為專利審查，E-mail：suger2050@163.com；周述虹（1977—），女，碩士，四級審查員，研究方向為專利審查（對本文貢獻(xiàn)等同第一作者）。