王云飛　初志勇　管　泉　譚思明　厲　娜　劉　瑾

(青島科學技術信息研究所，山東?青島 266003)

基于專利分析的動力型鋰離子電池發(fā)展態(tài)勢分析

王云飛初志勇管泉譚思明厲娜劉瑾

(青島科學技術信息研究所，山東?青島 266003)

〔摘要〕為了更好地服務于動力型鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，本文開展了動力型鋰離子電池專利分析研究。研究基于德溫特專利數(shù)據(jù)，采用文獻調研、技術生命周期、企業(yè)競爭六要素等分析方法，對動力型鋰離子電池技術領域全球專利的總體發(fā)展趨勢、細分技術、專利布局以及重要申請人進行了分析。結果顯示動力型鋰離子電池技術有步入成熟期的跡象，且存在下游產(chǎn)業(yè)整合上游產(chǎn)業(yè)的趨勢；細分技術中電池組管理系統(tǒng)與隔膜原材料技術略顯熱門；在申請人方面，日本廠商占據(jù)技術優(yōu)勢，韓國廠商發(fā)展迅猛，中國廠商數(shù)量多，但專利分散，核心專利少，且尚未形成規(guī)模；此外，值得注意的是日本和韓國已開始在中國進行專利布局，而中國仍然主要針對本國市場。

〔關鍵詞〕動力鋰電池；專利地圖；專利布局

鋰離子電池是當今國際公認的理想化學能源，已成為電動汽車動力電池的首選，在新能源汽車時代將發(fā)揮主導作用，產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊。目前我國動力型鋰離子電池產(chǎn)業(yè)仍處于研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化起步階段，隨著新能源汽車等七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的實施，將進一步帶動動力型鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1-2]。針對動力型鋰離子電池的專利分析有助于掌握該項技術的發(fā)展趨勢、重要專利、區(qū)域分布以及申請人情況，為政府、企業(yè)以及研究人員提供有益參考與支持。

1　數(shù)據(jù)與方法

動力型鋰離子電池的制造經(jīng)歷電池材料、電芯制造、電池組集成、終端應用等環(huán)節(jié)[3]。技術體系的上游主要包括電極材料、電解質(電解液)、隔膜等關鍵原材料；中游主要包括鋰電池的制造和電池成組，具體涉及電極板制作、電池芯封裝、電池成組集成、電池組性能測試、電池組保護裝置等；下游為應用[4]。

檢索專利的范圍包括動力型鋰離子電池技術體系的上游及中游。專利數(shù)據(jù)來源為德溫特專利數(shù)據(jù)庫，采用主題、國際專利分類號以及德溫特專利分類號相結合的方式進行檢索，檢索策略為總分式檢索，技術具體分解為電極、電解質(電解液)、隔膜、電池單體和電池組?？倷z索式為：(ALLD=((lithium or Li-ion)same(cell*or battery or batteries or accumulator*))or IC=(H01M0010052*)or(IC=(H01M0010*)and ALLD=(Lithium or Li-ion or Li-accumulator*))or MC=(X16-B01F1*))and(ALLD=(electric*adj vehicle*or hybrid adj vehicle*or hybrid adj electric*adj vehicle*or electric*adj motor adj vehicle*or hybrid adj car*or electric*adj car*or hybrid or IC=(B60K0001*or B60K0006*or B60L*or B60w*)or MC=(X21-A01*))，再通過批量去噪和人工閱讀去噪，截止至2014年6月30日，共檢索相關德溫特專利族14 339項。細分技術是在總技術主題檢索的檢索結果中進行個技術分支的檢索，其中共檢索電極德溫特專利族5 262項、電解質(電解液)德溫特專利族552項、隔膜德溫特專利族509項、電池單體德溫特專利族6 043項，電池組德溫特專利族1 973項。

分析工具上，綜合應用了湯森路透公司的TDA、TI專利地圖、Innography、Incopat以及國家知識產(chǎn)權局出版社專利分析軟件等。

2　結　果

2.1總體趨勢

圖1揭示的是動力型鋰離子電池全球專利的年度變化趨勢?？紤]到專利從申請到公開需要1年半至3年的時間，因此圖1中的數(shù)據(jù)截止至2012年?？梢钥闯?，全球專利申請大致經(jīng)歷了以下3個階段：第一階段技術萌芽期(20世紀90年代中期之前)，在此期間，每年的專利申請數(shù)量只有幾件；平穩(wěn)增長期(20世紀90年代中期至21世紀初)，這一時期，全球專利申請量平穩(wěn)增長，日本和美國在申請和研發(fā)方面獨占鰲頭。1996年Padhi和Goodenough發(fā)現(xiàn)具有橄欖石結構的磷酸鹽，如磷酸鐵鋰(LiFePO4)，比傳統(tǒng)的正極材料更具安全性，尤其耐高溫，其性能遠超過傳統(tǒng)鋰離子電池材料，目前已成為當前主流的大電流放電的動力鋰電池的正極材料；快速增長期(21世紀初至今)這一時期全球申請量快速增長。德國、韓國、中國的專利申請量快速增長。研發(fā)的熱點涉及廣泛包括鋰離子電池產(chǎn)業(yè)上游原材料如電極、電解質(電解液)、隔膜等以及中游產(chǎn)品電池單體、電池組以及在下游產(chǎn)品在電動汽車、混合動力汽車上的應用。中國和韓國是今年專利申請數(shù)量增長最快的國家。

圖1　動力型鋰離子電池全球專利申請趨勢

圖2為動力型鋰離子電池全球專利技術生命周期圖，橫坐標為申請人數(shù)量，縱坐標為專利族數(shù)量。動力型鋰離子電池經(jīng)歷了1970-1995年的技術萌芽期，1995-2010年的技術成長期后，在2011年，出現(xiàn)了申請人數(shù)量降低的趨勢，在2012年出現(xiàn)了申請人數(shù)量明顯減少的現(xiàn)象，且專利申請數(shù)量相比與2011年有所下降，這說明動力型鋰離子電池有進入技術成熟期的跡象，表明日前技術競爭趨向激烈，行業(yè)進入門檻不斷提高。

2.2細分技術

由圖3中的餅圖可以看出動力型鋰離子電池細分技術中單體和電極的專利規(guī)模最大，分別占總數(shù)的42%和37%，其次為電池組，專利數(shù)量最少的是電解質(電解液)和隔膜。從曲線圖中可以看出，這5項細分技術都隨年代呈現(xiàn)出增長的趨勢，其中有關電極和電池單體的專利增長速度最快。電池組的專利起步較晚，但后期增長快。進一步分析顯示；電極技術中活性材料是研發(fā)熱點；隔膜材料已聚烯烴為主，其次為尼龍、纖維及無機粒子等材料；電池成組重點技術為電池組管理系統(tǒng)及剩余電荷估算。對中國專利分析顯示：電極專利占據(jù)專利總數(shù)的54%，與全球專利技術相比，在充放電技術、電池測試技術上專利數(shù)量較少，但整體仍然為增長趨勢。

圖2動力型鋰離子電池全球專利技術生命周期

圖3動力型鋰離子電池全球專利細分技術分布及發(fā)展趨勢

2.3區(qū)域分布

專利申請人一般在其所在國首先申請專利，然后在1年內利用優(yōu)先權，申請國外專利，因此，從專利優(yōu)先權所屬國的數(shù)量可以反映各國在該領域的技術實力[5]。圖4為優(yōu)先權專利申請的國家分布，動力型鋰離子電池技術主要集中在日本、美國、韓國、中國及德國。其中，日本基本壟斷了大部分的產(chǎn)業(yè)技術，優(yōu)先權專利數(shù)量達到9 195項，占65%。美國相關專利族為1 260項，占9%，居第二。我國相關專利族為981項，占7%，名列第四，落后韓國，與第五名德國接近。

圖4動力型鋰離子電池優(yōu)先權專利國

日本、美國作為動力型鋰離子電池專利族規(guī)模最大的國家，其對市場競爭也非常激烈，因此除在本國進行專利保護外，為了在國外生產(chǎn)、銷售產(chǎn)品，其必須在國外地區(qū)申請相關專利以獲得知識產(chǎn)權保護，相應的這個國家或地區(qū)成為專利公開國，同時該國同族專利的申請也可以反映出其市場戰(zhàn)略。圖5中縱坐標為優(yōu)先權國，橫坐標為公開國，其中公開國中的世界是指申請了國際專利合作條約(PCT)專利，氣泡的大小代表專利族數(shù)量。由此可以了解到，日本除在本國申請專利外，重點布局美國與中國市場，同時申請了大量的PCT專利。美國專利布局廣泛，重點關注中國市場。中國、韓國、德國在專利申請總量上差距不大，但之間的專利保護策略上有所不同。德國、韓國在本國專利保護同時注重主要國外市場，擁有一定數(shù)量的PCT專利；而中國主要針對本國市場，在國外市場少有專利布局。

目前，日本在中國的專利布局共601項、美國139項、韓國143項、德國26項。近年來，來華專利數(shù)量基本呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，專利權人集中在日本、韓國與美國，主要的有日本豐田、三洋電機以及韓國的LG化學和三星SDI公司。來華專利技術重點在電極和隔膜，在電池組和單體領域的專利布局較少。國內企業(yè)應抓住這一契機，通過追蹤電池組和單體領域的研發(fā)動向，有針對性地選取研發(fā)重點，加大研發(fā)投入并進行專利申請。

圖5主要領先國家專利全球布局優(yōu)先權vs公開國

2.4主要申請人

企業(yè)綜合競爭力評估方面，根據(jù)Dialog Innograph專利分析平臺提供的分析模型，給出了企業(yè)競爭力六要素分析圖(圖6)。其中，橫坐標代表企業(yè)技術競爭力，涉及的參數(shù)包括企業(yè)的專利數(shù)量、專利分類數(shù)量、專利被引次數(shù)；縱坐標代表企業(yè)實力，涉及的參數(shù)包括營業(yè)收入、專利布局、專利侵權情況；氣泡大小表示專利數(shù)量?？梢钥闯觯贺S田汽車位于圖6中的第Ⅰ象限，說明在動力型鋰離子電池行業(yè)中該企業(yè)綜合實力最強。其次是松下電器、日立、日產(chǎn)汽車、東芝，位于第Ⅳ象限，說明這些企業(yè)在技術競爭力方面較強，但在企業(yè)實力方面，略微遜色。韓國Lg化學、韓國三星SDI、德國博世等企業(yè)位于第Ⅲ象限，在企業(yè)技術競爭力和企業(yè)實力方面稍微落后。中國專利數(shù)量位列第4位，但企業(yè)競爭力六要素分析中卻未有中國企業(yè)上榜，說明在企業(yè)技術競爭力以及企業(yè)實力方面均落后于日本、美國、韓國與德國。

圖6動力型鋰離子電池全球專利競爭力六要素分析圖

為具體分析主要申請人情況，表1給出了申請人列表。列表包括申請人名稱、專利數(shù)量、專利布局、主要發(fā)明人、專利申請持續(xù)時間以及相關的技術領域，表格中方框內的數(shù)字代表專利族數(shù)量。排名前10的企業(yè)中，日本企業(yè)7家，占據(jù)據(jù)絕對優(yōu)勢。韓國LG化學公司排名第5位，韓國三星SDI公司排名第7位，德國羅伯特博世公司排名第9位。汽車廠商排名靠前，反映出下游產(chǎn)業(yè)有整合上游產(chǎn)業(yè)的趨勢。

此外，擁有100項以上專利的企業(yè)已占到46%，但在中國專利數(shù)量小于2項的企業(yè)則占據(jù)了企業(yè)總數(shù)的57%，說明從全球的市場上看，動力型鋰離子電池技術已趨于成熟，而在中國，動力型鋰離子電池技術處在發(fā)展階段，專利技術非常分散，尚未集中到大型企業(yè)和公司。

表1　動力型鋰離子電池專利申請數(shù)量排名前10位申請人列表

動力型鋰離子電池技術日趨成熟，關注申請人的變化趨勢有助于掌握技術的發(fā)展方向，因此表2給出了動力型鋰離子電池近三年來申請人的情況，包括活躍申請人、新出現(xiàn)的申請人以及未出現(xiàn)的申請人。近三年來活躍的申請人包括日本豐田、德國的羅伯特博世、韓國三星SDI公司等，說明近年來韓國和德國的公司表現(xiàn)活躍，有超過日本公司的勢頭。在近三年來新出現(xiàn)的申請人中，中國公司占據(jù)大半，說明鋰離子電池在中國出于快速增長的時期，同時反映了中國的申請人比較分散。此外，值得注意的是，韓國第一毛織株式會社在鋰離子電池領域主要申請的專利為隔膜，2014年被韓國三星公司收購。在近三年來未出現(xiàn)在申請人中的A123系統(tǒng)公司是美國一家專業(yè)開發(fā)和生產(chǎn)汽車鋰電池和能量存儲系統(tǒng)的公司，已被中國萬向集團收購。

表2　動力型鋰離子電池全球專利近三年來專利權人發(fā)展趨勢

3　結　論

3.1產(chǎn)業(yè)研發(fā)處于發(fā)展時期，有步入成熟期的跡象

隨著動力型鋰離子電池技術的高速發(fā)展，新技術快速涌現(xiàn)，新的研究人員不斷加入，各國在動力型鋰離子電池技術領域，投入了大量人力和物力。2012年相比2011年，出現(xiàn)專利數(shù)量與申請人數(shù)量開始減少的現(xiàn)象，從趨勢上看，有進入第三階段技術成熟期的跡象。相對而言，中國專利專利申請起步晚，但發(fā)展速度快，目前仍處于發(fā)展階段。

3.2技術發(fā)展均衡，電池組系統(tǒng)管理、隔膜原材料技術略顯熱門

分析專利研發(fā)熱點顯示，動力型鋰離子電池各項技術發(fā)展較為均衡，專利數(shù)量最多的為電極和電池單體，較為熱門技術為電池組系統(tǒng)管理以及隔膜原材料的制備。值得注意的是，來華專利集中在電極和隔膜，但在電池組領域較少布局，國內企業(yè)應抓住這一契機，通過追蹤電池組和單體領域的研發(fā)動向，有針對性的選取研發(fā)重點，加大研發(fā)投入并進行專利申請。

3.3日本引領產(chǎn)業(yè)技術，美國、韓國、德國與中國緊隨其后

根據(jù)專利數(shù)量以及專利強度分析顯示，日本在動力型鋰離子電池領域細分技術方面專利數(shù)量都處在第一位，且掌握重要專利；美國的重要專利集中在隔膜、電池組技術；韓國的重要專利集中在電極和電池組技術；德國的重要專利集中在電池單體領域。中國目前掌握的重要專利較少，極少在國外進行專利布局，且與其他國家相比，中國的研究機構申請專利所占比例最高，不利于技術轉化。

3.4日本廠商為行業(yè)創(chuàng)新和競爭主體，韓國廠商發(fā)展迅猛，中國廠商分散

專利技術集中在大中型企業(yè)，技術開始走向成熟，在專利權人的排名中，汽車廠商排名靠前，說明目前存在下游產(chǎn)業(yè)有整合上游產(chǎn)業(yè)的趨勢。日本企業(yè)目前占據(jù)絕對優(yōu)勢。韓國公司近年來表現(xiàn)活躍，2012年韓國超越了日本，成為鋰離子電池產(chǎn)銷第一大國[6]。此外，一些公司也出現(xiàn)收購、并購等情況。在動力型鋰離子電池領域，中國今年來出現(xiàn)了大量的公司，主要集中在廣東省，但專利數(shù)量大多在2～5條。

參考文獻

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[6]三勝咨詢.2014-2018年鋰電池行業(yè)競爭格局與投資價值評估分析報告[R].2014.

(本文責任編輯：郭沫含)

Development Trends Analysis of Power Lithium-Ion Battery Based on Patents Analysis

Wang YunfeiChu ZhiyongGuan QuanTan SimingLi NaLiu Jin

(Qingdao Institute of Scientific and Technical Information，Qingdao 266003，China)

〔Abstract〕In order to provide better information and reference for government and companies on power lithium-ion battery industry development,patent analysis of power lithium-ion battery was carried out.Based on Derwent Innovation Index(DII),patents of power lithium-ion battery were analyzed and studied from aspects of overall development trends,subdivision technologies including positive and negative electrode,electrolyte,membrane,battery and battery set,patent geographic distribution and top assignees separately,using methods of science and technology literature studies,patent technology life cycle analysis,comprehensive competitive analysis of six elements of organization and priority and publication patent country distribution and so on with TDA and Innography analysis system.It is found that power lithium-ion battery technologies have signs of becoming matured;and also have trends of downstream industry integration of upstream industry.In branch technology, battery manage system(BMS)and separator materials are relative hot technologies.In terms of patent assignees,most top ones are from Japan,Korean companies are also developing rapidly,numbers of Chinese companies is large,however,Chinese companies are with little important patents and have not yet formed the scale.In addition,it is worth noting that Japanese and South Korean companies have begun to apply patents in China,while China is still pay attention to domestic market.

〔Key words〕power lithium-ion battery;patent map;patent geographic distribution

〔中圖分類號〕G255.53

〔文獻標識碼〕A

〔文章編號〕1008-0821(2015)06-0102-05

DOI：10．3969/j．issn．1008-0821．2015．06．019

作者簡介：王云飛(1980-)，女，副研究員，博士，研究方向：專利分析、文獻計量等。

基金項目：青島市應用基礎研究項目“基于知識計量學的產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新資源挖掘方法研究”(項目編號：14-2-4-38-jch)。

收稿日期：2014-11-27

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