鋰離子電池正極材料專利全景分析

楊青 王科

隨著消費類電子產(chǎn)品和動力儲能電池的廣泛應(yīng)用和普及，全球鋰離子電池的市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，在我國大力發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)力帶動下，國內(nèi)鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)規(guī)模開始迅速發(fā)展壯大，我國已經(jīng)成為全球鋰離子電池最主要的生產(chǎn)國和消費國。近年來，中國鋰離子電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平取得了長足進(jìn)步，而電池性能指標(biāo)的不斷提高，有賴于電池材料的技術(shù)進(jìn)步。本文以5大局〔包括中國、美國、日本、韓國和歐洲專利局（EPO）〕專利數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以鋰離子電池關(guān)鍵材料之一的正極材料為研究對象，通過分析重點區(qū)域技術(shù)發(fā)展趨勢、技術(shù)創(chuàng)新主體、專利布局技術(shù)方向和中國區(qū)域技術(shù)競爭情況，從全球和中國的分析視角探析鋰離子電池正極材料領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展動態(tài)和行業(yè)競爭態(tài)勢。

1 重點區(qū)域技術(shù)發(fā)展趨勢

電池材料的技術(shù)進(jìn)步是鋰離子電池性能指標(biāo)不斷提高的首要影響因素，特別是正極材料對于鋰離子電池質(zhì)量能量密度的影響最大。目前鋰離子電池領(lǐng)域中，全球范圍內(nèi)專利申請最集中的領(lǐng)域分布在正極材料領(lǐng)域，其中正極材料領(lǐng)域5大局的專利申請量達(dá)到41 037件，超9成專利申請分布在近二十年間。

從全球正極材料領(lǐng)域的專利布局區(qū)域（見圖1）來看，中國為專利申請的第一大國，貢獻(xiàn)了近半數(shù)的專利，專利申請量占比達(dá)到44.9%。隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大和技術(shù)的不斷進(jìn)步，作為后起之秀的中國在2000年開始，專利申請加速，在2006年時已超過日本，成為全球?qū)＠暾埩孔疃嗟膮^(qū)域。緊隨其后的日本，其在鋰離子電池正極材料領(lǐng)域的專利申請量占比為25.6%。日本鋰離子電池產(chǎn)品在商業(yè)化方面走在了世界前列，并涌現(xiàn)出索尼公司、日立公司、三洋電機(jī)株式會社等國際知名的鋰離子電池制造商。日本的技術(shù)起步早于中國，早期專利申請一直處于全球首位，2006年被中國超越之后，近年來專利申請量有所回落。美國涉足鋰離子電池基礎(chǔ)理論較早，迄今其在鋰離子電池正極材料領(lǐng)域的全球申請量占比為14.2%，近年來其專利申請量與日本相差不大。韓國擁有三星SDI株式會社、LG化學(xué)株式會社等知名鋰離子電池廠商，其在鋰離子電池正極材料領(lǐng)域的全球申請量占比為10.1%。

2 專利布局技術(shù)方向

從專利布局重點來看（見圖2），正極材料領(lǐng)域以磷酸鐵鋰和三元復(fù)合物為技術(shù)布局重點，這2個技術(shù)方向的專利申請量均超過7 000件，錳酸鋰和鈷酸鋰的專利申請量在磷酸鐵鋰和三元復(fù)合物之后，分別為3 594件和3 021件，目前硫化物技術(shù)領(lǐng)域的專利申請最少。從各技術(shù)領(lǐng)域的專利申請趨勢來看，2006年之后各技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)入技術(shù)創(chuàng)新活躍的時期，其中磷酸鐵鋰技術(shù)領(lǐng)域表現(xiàn)突出，三元復(fù)合物領(lǐng)域各年度專利申請僅次于磷酸鐵鋰領(lǐng)域。2010年之后磷酸鐵鋰領(lǐng)域的研發(fā)熱度有所下降，而三元復(fù)合物技術(shù)領(lǐng)域一直保持較高的研發(fā)熱度。2014年之后專利申請量開始超過磷酸鐵鋰技術(shù)領(lǐng)域，成為近年來正極材料領(lǐng)域最熱點的技術(shù)方向。

從5大局的專利布局重點來看，中國更側(cè)重磷酸鐵鋰技術(shù)領(lǐng)域，在正極材料中的占比達(dá)到40.7%；日本、韓國和EPO更側(cè)重三元復(fù)合物，其在各區(qū)域正極材料中的占比最高，超過30%；而美國以磷酸鐵鋰和三元復(fù)合物技術(shù)領(lǐng)域并重；此外日本對錳酸鋰和鈷酸鋰技術(shù)領(lǐng)域的重視程度要高于其他區(qū)域。

3 全球?qū)＠暾埲伺琶凹夹g(shù)布局方向

從鋰離子電池正極材料領(lǐng)域的全球重點申請人來看（見表1），株式會社LG化學(xué)（簡稱“LG化學(xué)”）的專利申請量居首位，其次是豐田集團(tuán)（簡稱“豐田”）和三星SDI株式會社（簡稱“三星SDI”），日立集團(tuán)（簡稱“日立”）和松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社（簡稱“松下電器”）的專利申請量相差不大，列三星SDI之后，前10榜單中以日本和韓國領(lǐng)先企業(yè)為主。中國本土申請人未進(jìn)入全球前10榜單，其中日本企業(yè)占8位，技術(shù)實力雄厚，而且豐田也參與其中，這也與日本鋰電池產(chǎn)業(yè)傳統(tǒng)強(qiáng)國的地位相符，也體現(xiàn)了以豐田為代表的日本車企對該領(lǐng)域的研發(fā)熱情較高，為鋰電行業(yè)發(fā)展注入了新動力。與日韓企業(yè)相比，中國本土申請人的全球排名比較靠后，比亞迪股份有限公司（簡稱“比亞迪”）清華大學(xué)、中南大學(xué)等進(jìn)入全球前20榜單。

從全球鋰離子電池正極材料領(lǐng)域重點申請人技術(shù)布局重點來看（見表2），各申請人在正極材料5個技術(shù)方向均有專利布局，三元復(fù)合物是前10申請人最為關(guān)注的技術(shù)領(lǐng)域，其中以LG化學(xué)和住友集團(tuán)（簡稱“住友”）該技術(shù)領(lǐng)域的專利申請量最多；LG化學(xué)和豐田的技術(shù)布局重點為三元復(fù)合物和磷酸鐵鋰領(lǐng)域，三星SDI的技術(shù)布局重點為三元復(fù)合物、磷酸鐵鋰和鈷酸鋰領(lǐng)域，三洋電機(jī)株式會社（簡稱“三洋電機(jī)”）更關(guān)注鈷酸鋰領(lǐng)域，而三菱集團(tuán)的技術(shù)布局更側(cè)重錳酸鋰領(lǐng)域。

4 中國區(qū)域技術(shù)競爭情況

中國在鋰離子電池正極材料領(lǐng)域共申請專利18440件，其中中國本土申請占82.7%，國外來華申請占17.3%（見圖3）。中國省市排名中，廣東省以2830件專利居首位，廣東省主要的技術(shù)創(chuàng)新主體包括比亞迪和深圳市比克電池有限公司（簡稱“比克電池”）等；此外華南理工大學(xué)和華南師范大學(xué)等高校也有較多的專利申請；江蘇省和北京市分列第2、第3位；浙江省和湖南省進(jìn)入前5。國外來華申請人中，來自日本的專利申請數(shù)量最大，達(dá)到1 855件，遠(yuǎn)超過其他國家，松下電器、豐田、三洋電機(jī)、日立、索尼集團(tuán)、住友是來自日本的主力申請人，此外韓國和美國也也是國外來華專利申請的重點國家，韓國的重點申請企業(yè)主要是LG化學(xué)和三星SDI，而美國重點申請企業(yè)主要是3M創(chuàng)新有限公司和通用汽車公司。

從鋰離子電池正極材料領(lǐng)域中國區(qū)域的申請人排名來看（表3），LG化學(xué)居首位，其次是中南大學(xué)和比亞迪，中國申請人中合肥國軒高科動力能源有限公司（簡稱“國軒高科”）、清華大學(xué)、新能源科技有限公司（ATL）和深圳市比克電池有限公司也進(jìn)入前10榜單，豐田、松下電器和三星SDI等全球領(lǐng)先企業(yè)在中國的保護(hù)力度也比較強(qiáng)，非常重視中國市場，在中國市場也有比較多的專利布局。從重點申請人的技術(shù)布局方向來看，LG化學(xué)以三元復(fù)合物為專利布局重點，中南大學(xué)和合肥國軒均側(cè)重磷酸鐵鋰和三元復(fù)合物技術(shù)領(lǐng)域，比亞迪和清華大學(xué)的技術(shù)研發(fā)和專利布局重點為磷酸鐵鋰技術(shù)領(lǐng)域。

5 建議

第一，目前鋰離子電池正極材料領(lǐng)域日韓企業(yè)處于領(lǐng)先地位，LG化學(xué)、豐田和三星SDI等在全球有大量的專利布局，且中國市場也是國外領(lǐng)先企業(yè)重點關(guān)注的專利布局市場。因而對中國企業(yè)來說，對競爭對手的專利信息進(jìn)行跟蹤、構(gòu)建專利預(yù)警體系是非常有必要的，對競爭對手的專利跟蹤與分析，能夠把握競爭對手研發(fā)的技術(shù)方向，避免低水平重復(fù)研究，同時可以借鑒先進(jìn)技術(shù)，提高技術(shù)創(chuàng)新效率，有效防控侵權(quán)風(fēng)險。

第二，國內(nèi)已經(jīng)有良好的科研資源，在鋰離子電池正極材料領(lǐng)域，中南大學(xué)和清華大學(xué)的專利申請量居國內(nèi)前列，掌握了大量的優(yōu)勢技術(shù)，中國企業(yè)應(yīng)當(dāng)充分的利用，針對優(yōu)勢專利技術(shù)，可有針對性的采取聯(lián)合開發(fā)或技術(shù)轉(zhuǎn)讓的形式，使企業(yè)和科研單位結(jié)成利益共同體發(fā)揮各自的優(yōu)勢，促進(jìn)技術(shù)向市場的轉(zhuǎn)化，形成良性循環(huán)。

第三，目前鋰離子電池正極材料領(lǐng)域的重點和熱點技術(shù)方向集中在三元復(fù)合物和磷酸鐵鋰領(lǐng)域，且三元復(fù)合物技術(shù)領(lǐng)域近期的研發(fā)熱度更高，中國企業(yè)在自主創(chuàng)新的同時要注意把握重點和熱點方向，同時要注重加強(qiáng)專利布局，有效保護(hù)創(chuàng)新成果。國外領(lǐng)先企業(yè)普遍具有全球化的專利布局策略，在重要市場積極進(jìn)行專利布局，因而中國企業(yè)在加強(qiáng)中國本土市場專利布局的同時，可適時開展海外市場專利布局，以有效規(guī)避產(chǎn)品出口可能面臨的侵權(quán)風(fēng)險。