電解鋁行業(yè)專利近況分析與綜述

付東賽 劉子立(.蘇州果汁網(wǎng)信息科技有限公司,江蘇 蘇州 50;.國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心， 江蘇 蘇州 50)

知識(shí)產(chǎn)權(quán)

電解鋁行業(yè)專利近況分析與綜述

付東賽1劉子立2(1.蘇州果汁網(wǎng)信息科技有限公司,江蘇 蘇州 215011;2.國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心， 江蘇 蘇州 215011)

電解鋁是我國(guó)的重要產(chǎn)業(yè)之一，也在一定程度上促進(jìn)了我國(guó)部分區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。然而，由于年產(chǎn)量的過度攀升和產(chǎn)品質(zhì)量的桎梏，去產(chǎn)能問題和供給側(cè)改革成為了時(shí)下討論的熱點(diǎn)話題。本文結(jié)合我國(guó)電解鋁行業(yè)的發(fā)展情況，分析并綜述了近三年電解鋁及相關(guān)產(chǎn)業(yè)PCT專利布局的特點(diǎn)，以期從技術(shù)層面提出可行的改進(jìn)策略。

電解鋁;高價(jià)值專利;PCT

1 前言

電解鋁是一種在含鋁熔鹽中通過電解獲得鋁液的工藝。經(jīng)過近四十年的發(fā)展，其在我國(guó)所具有的優(yōu)勢(shì)地位已經(jīng)逐步顯現(xiàn)，我國(guó)的鋁產(chǎn)量也居于世界的領(lǐng)先地位。然而，由于我國(guó)的很多企業(yè)盲目進(jìn)行產(chǎn)能擴(kuò)張，忽視了質(zhì)量?jī)?yōu)化、環(huán)境保護(hù)和人才隊(duì)伍的建設(shè)，同時(shí)未能及時(shí)把握行業(yè)發(fā)展的動(dòng)向，造成了當(dāng)今電解鋁行業(yè)產(chǎn)能過剩的現(xiàn)象。因此，如何進(jìn)行生產(chǎn)線的優(yōu)化和供給側(cè)的改革是我國(guó)企業(yè)迫切需要解決的問題，許多學(xué)者提出了自己的觀點(diǎn)和建議[1-4]。

以PCT(Patent Cooperation Treaty，即《專利合作條約》)的形式提出的國(guó)際申請(qǐng)具有較高的投入成本，申請(qǐng)人對(duì)專利布局和權(quán)利要求的保護(hù)范圍考慮較多，因而具有較高的參考價(jià)值?；谏鲜隼碛桑疚囊越昱c電解鋁相關(guān)的PCT專利作為分析對(duì)象，以期從專利的角度分析電解鋁的研發(fā)熱點(diǎn)和趨勢(shì)，并提出相應(yīng)的思考與建議。

2 專利概況分析

電解鋁行業(yè)近三年的PCT專利總文獻(xiàn)量為109項(xiàng)，主要申請(qǐng)人為力拓艾爾坎國(guó)際有限公司、俄鋁工程技術(shù)中心有限責(zé)任公司、法孚斯ECL公司和西格里碳素歐洲公司。以力拓艾爾坎國(guó)際有限公司為代表，其主要的布局側(cè)重點(diǎn)為熔融電解方法與裝置、相關(guān)電解組件、貨運(yùn)裝置、裝卸裝置和氣體的吸附分離。從中可以看出這些主要申請(qǐng)人在考慮專利布局時(shí)，不僅局限于電解鋁的生產(chǎn)方法與裝置上，還將其工藝的上下游組件同時(shí)進(jìn)行了布局，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)鏈上的專利覆蓋。

圖1 2014.1-2017.3各國(guó)電解鋁及相關(guān)行業(yè)PCT專利申請(qǐng)情況

如果進(jìn)一步對(duì)上述專利的技術(shù)來源國(guó)進(jìn)行拆解，可以獲得各個(gè)國(guó)家的PCT申請(qǐng)情況，如圖1所示。從圖中可以看出，全球范圍內(nèi)的主要PCT專利集中在美國(guó)、加拿大、法國(guó)、俄羅斯、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家中，我國(guó)對(duì)PCT專利的布局量偏少。將其中具有較高參考價(jià)值的專利，即技術(shù)較為先進(jìn)的專利進(jìn)行篩選，可以看出美國(guó)的高價(jià)值文獻(xiàn)量較多，其他國(guó)家表現(xiàn)一般。

從圖2的功效矩陣圖中可以看出，該領(lǐng)域中方法類和裝置結(jié)構(gòu)類的文獻(xiàn)數(shù)量基本相近，數(shù)量較多的專利集中在裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、電極材料及結(jié)構(gòu)的調(diào)整、電解工藝步驟這三個(gè)方面；在電解液、信號(hào)檢測(cè)和電參數(shù)方面的改進(jìn)偏少，相關(guān)企業(yè)可以從中尋找技術(shù)突破點(diǎn)。另外值得關(guān)注的是熔融液電解的隔膜，該方案采用了鋰離子選擇性傳導(dǎo)層實(shí)現(xiàn)金屬鋰的電解，從而提高了產(chǎn)物的純度，對(duì)應(yīng)的公開號(hào)為WO2016/196037。

圖2 2014.1-2017.3電解鋁及相關(guān)行業(yè)PCT專利功效矩陣圖

3 重點(diǎn)專利綜述

在裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面：WO2016/128824設(shè)置補(bǔ)償電流，降低了磁場(chǎng)造成的效率損失。WO2014/098642在陰極上設(shè)置了一種上部是熔融鋁而下部為固態(tài)鋁的分流器，該部件形成了良好的電接觸并確保了在電解槽的工作期間的穩(wěn)定狀態(tài)。WO2014/025409設(shè)計(jì)了一種陰極母線可活動(dòng)的裝置結(jié)構(gòu)，其通過活動(dòng)部件距離的控制和調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了電解槽熱量的有效控制，從而保證了安全生產(chǎn)。

在方法的改進(jìn)方面：WO2015/179973公開了一種新型的電解鋁方法，其采用氯化鋁代替了傳統(tǒng)的冰晶石作為電解原料，電解時(shí)將氫氣與陽極相接觸，進(jìn)而在陰極電解鋁的同時(shí)在陽極表面獲得HCl產(chǎn)物。WO2014/102223改變了傳統(tǒng)的碳陽極或惰性陽極的電解方式，采用“第二金屬”作為陽極材料，其可以與原料的氧反應(yīng)并形成第二金屬氧化物，由于熔融金屬陽極不釋放氧氣，因而與惰性陽極相比消除了電解池構(gòu)造材料被氧化的可能性。

WO2015/116285則徹底改變了傳統(tǒng)的電解方法和裝置結(jié)構(gòu)，采用含AlCl3的離子液體進(jìn)行電解，從而降低了環(huán)境污染和原料成本。

此外，有些專利還公開了原位制備輕金屬合金的方法，即通過將硼的化合物、鐵的化合物等原料直接添加至熔融電解的電解液中，在陰極直接沉積獲得合金材料。例如WO2014/035540公開了采用傳統(tǒng)電解鋁裝置制 備Mg2Si的 方 法，WO2016/090288、WO2015/131344、WO2016/171589、WO2016179506、WO2016/129009 分 別 公開了熔融狀態(tài)制備含硼合金、Mg-Zn合金、Al-Sc合金、硅單質(zhì)和金屬釩的方法，WO2014/196965還制得了具有超導(dǎo)性質(zhì)的LiFeAs合金材料。

4 總結(jié)與展望

從上述的專利情況中可以看出，我國(guó)對(duì)電解鋁及其相關(guān)行業(yè)的PCT專利布局偏少，但是從世界范圍的專利情況來看，國(guó)外的PCT專利也大都集中在原有方法或裝置的小幅改進(jìn)上，因而我國(guó)的企業(yè)仍有較大的追趕機(jī)會(huì)。然而，從近三年的PCT申請(qǐng)情況來看，一些新興的技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)生——例如誕生了許多改進(jìn)陽極材料、電解原料和電解液成分的專利技術(shù)，這些技術(shù)從原理上改變了傳統(tǒng)的電解鋁方式，相關(guān)企業(yè)應(yīng)當(dāng)保持警惕、及時(shí)把握技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)。此外，部分PCT專利也公開了一些熔融電解制備鋁合金或類似材料的技術(shù)，這些技術(shù)有的能夠使用傳統(tǒng)電解鋁的裝置進(jìn)行生產(chǎn)，因而這也許能夠成為我國(guó)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的方向之一。

[1]強(qiáng)春梅，電解鋁企業(yè)環(huán)境污染及治理措施探析[J]中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2007，(3):108-109.

[2]杜忠旺，供給側(cè)改革下我國(guó)電解鋁行業(yè)生產(chǎn)性投資的問題研究[J]當(dāng)代會(huì)計(jì)，2017:35-36.

[3]強(qiáng)春梅，青海省電解鋁產(chǎn)業(yè)發(fā)展及清潔生產(chǎn)的一些思考[J]青海環(huán)境，2017，(104):92-94.

[4]魯曉琳，重點(diǎn)行業(yè)去產(chǎn)能成效梳理與展望[J]金融言行，2017:61-66.

①付東賽(1988-)，女，蘇州果汁網(wǎng)信息科技有限公司，專利分析師。②劉子立(1987-)，男，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作中心應(yīng)用化學(xué)室，專利審查