鋰離子電池正極材料發(fā)展淺析

陳盛

摘 要：本文基于鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、尖晶石錳酸鋰、三元正極材料四種主要鋰離子電池正極材料進(jìn)行了分領(lǐng)域分析，全球、中國(guó)專利申請(qǐng)變化趨勢(shì)分析。

關(guān)鍵詞：鋰離子電池;正極材料;專利分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.23.024

鋰離子電池具有比能量高、低自放電、循環(huán)性能好、無(wú)記憶效應(yīng)和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，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[1-3]。本文基于鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、尖晶石錳酸鋰、三元正極材料四種主要鋰離子電池正極材料進(jìn)行了分領(lǐng)域分析，全球、中國(guó)專利申請(qǐng)變化趨勢(shì)分析。申請(qǐng)總量為17281項(xiàng)，專利數(shù)據(jù)來(lái)自DWPI數(shù)據(jù)庫(kù)。

1 全球?qū)＠暾?qǐng)區(qū)域分析

在全球申請(qǐng)中，來(lái)自中國(guó)的申請(qǐng)最多，申請(qǐng)量為6550項(xiàng)，占申請(qǐng)總量的38%;來(lái)自日本、美國(guó)、韓國(guó)和歐洲的申請(qǐng)分別為4334項(xiàng)、2786項(xiàng)、2065項(xiàng)、674項(xiàng)，比例依次為25%、16%、12%、4%，以及其他國(guó)家的占比為5%。1997年以前各國(guó)申請(qǐng)量均較少，隨后在1998-2007年，各國(guó)的申請(qǐng)量開始穩(wěn)定增長(zhǎng)，從2008年至今，申請(qǐng)量均出現(xiàn)了再一次的增長(zhǎng)，中國(guó)的申請(qǐng)量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。

2 全球?qū)＠暾?qǐng)技術(shù)分析

從圖1中可以看出，在1994年以前，鈷酸鋰的申請(qǐng)量占微弱優(yōu)勢(shì);在1995-2000年，錳酸鋰的申請(qǐng)量占優(yōu);隨后在2001-2006年，鈷酸鋰和錳酸鋰的申請(qǐng)量并重并保持穩(wěn)定，磷酸鐵鋰和三元材料則緩慢增加;從2007年開始，磷酸鐵鋰首先爆發(fā)，在2007-2011年其申請(qǐng)量處于領(lǐng)先;在2012-2015年，磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰的申請(qǐng)量出現(xiàn)一定的下降，但三元材料繼續(xù)增長(zhǎng)并拉開差距;發(fā)展至今，三元材料一直處于領(lǐng)先地位，這代表了在鋰離子電池技術(shù)中三元材料已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)上的重點(diǎn)。

具體而言，在尖晶石錳酸鋰和三元材料領(lǐng)域，日本優(yōu)勢(shì)明顯;中國(guó)則在磷酸鐵鋰領(lǐng)域處于絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其次在三元材料也具有一定的優(yōu)勢(shì)。韓國(guó)申請(qǐng)量則主要集中在三元材料中，其中又以LG和三星為首，其在三元材料中的專利儲(chǔ)備優(yōu)勢(shì)明顯。美國(guó)則在三元材料、磷酸鐵鋰、尖晶石錳酸鋰、鈷酸鋰的申請(qǐng)量均勻。

3 全球?qū)＠暾?qǐng)人分析

從圖2中可以看出，該領(lǐng)域全球排名前20的申請(qǐng)人主要集中在日、韓、中三國(guó)，其中，日本申請(qǐng)人占據(jù)10席，說明日本在該領(lǐng)域具有絕對(duì)的整體優(yōu)勢(shì)，松下、豐田、東芝、日立、索尼、三菱等公司均處于申請(qǐng)量前10位。韓國(guó)申請(qǐng)人僅占據(jù)2席，但LG和三星的申請(qǐng)總量分別以962項(xiàng)以及688項(xiàng)分別位于第一位和第二位，且LG和三星在近三年2014-2016的申請(qǐng)量活躍度也很高，也分別處于第一、二位，為225、192項(xiàng)，LG和三星在該領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位。雖然在前20名中中國(guó)占有7席，但是僅以中國(guó)科學(xué)院271項(xiàng)以及比亞迪206項(xiàng)分別位于申請(qǐng)量的第8位和第10位。通過近三年申請(qǐng)量（2014-2016年）可以看出，除了LG和三星還保持著高申請(qǐng)量，豐田、東芝、日立、住友等公司也保持著較高的申請(qǐng)量，中國(guó)以中國(guó)科學(xué)院和東莞新能源保持較高申請(qǐng)量，而比亞迪有所下降;還可注意到，國(guó)軒高科近三年的申請(qǐng)大幅增加。

從前20名申請(qǐng)人的活躍度指數(shù)（2014-2016年平均申請(qǐng)量與近十年平均申請(qǐng)量百分比）看出，活躍度最高的是中國(guó)公司國(guó)軒高科，其次是日產(chǎn)和住友，均為日本企業(yè)。LG和三星也維持了相當(dāng)高的活躍度，分別為0.90和1.25。豐田、東芝、日立、索尼等日本企業(yè)活躍度為1.24、1.38、1.31、1.28，顯示上述企業(yè)在近幾年專利申請(qǐng)呈擴(kuò)張趨勢(shì)。中國(guó)申請(qǐng)人中國(guó)科學(xué)院、比亞迪、東莞新能源、中南大學(xué)以及比克電池也均維持了不錯(cuò)的活躍度，分別為1.30、1.10、1.24、1.33、1.15。總體而言，全球鋰離子電池正極材料技術(shù)的研發(fā)活躍度相對(duì)較高，主要原因之一在于新能源汽車的快速發(fā)展導(dǎo)致的動(dòng)力電池的需求持續(xù)增加。

從專利度和特征度進(jìn)行分析，排名前20的申請(qǐng)人專利度并沒有明顯的趨勢(shì)，但一般而言，LG、三星、松下、豐田、東芝、日立、索尼等外國(guó)大企業(yè)的專利度較國(guó)內(nèi)企事業(yè)單位還是稍高的;但是，LG、三星、松下、豐田、東芝、日立、索尼的特征度一般在15以下，體現(xiàn)出上述申請(qǐng)人申請(qǐng)的專利限制較小，保護(hù)范圍較大，和國(guó)內(nèi)中國(guó)科學(xué)院、比亞迪、東莞新能源、國(guó)軒高科、中南大學(xué)的特征度相比，優(yōu)勢(shì)明顯。國(guó)外企業(yè)專利的保護(hù)范圍更大，具有更高的專利價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]翟彥武，張繼成，趙虎，胡中波，劉向峰.鋰離子電池三元層狀氧化物正極材料的研究進(jìn)展[J].工程研究——跨學(xué)科視野中的工程，2017，9（06）.

[2]劉磊，包珊珊，何歡，孫文仙，岳波，李峻峰，鋰離子電池富鎳三元正極材料研究進(jìn)展[J].電子元件與材料，2017（12）.

[3]劉祥歡，莊衛(wèi)東，彭敏，王振堯，盧世剛.鋰離子電池富鋰錳基正極材料的研究進(jìn)展[J].稀有金屬，2017，41（05）.