，潘薇，劉會景038；萬方數(shù)據(jù)股份有限公司，北京 100038）

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材料中國專利分析

2，潘薇2，劉會景2038；2萬方數(shù)據(jù)股份有限公司，北京 100038）

摘要：通析，總結了鋰離子電池負極材料的專利申請情況、行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、地結果表明，鋰離子電池負極材料經(jīng)過幾年的持續(xù)增長后，專利申請趨到中國本土申請人和日本申請人申請了大量的專利；國內(nèi)申請人主要析一些重點企業(yè)申請的專利技術布局可以了解目前市場上的負極材料技術熱點。

關鍵詞：鋰離子電池；負極材料；數(shù)據(jù)挖掘；專利分析

第一作者及聯(lián)系人：王仙寧（1988—），女，碩士。E-mail xnlight@ 163.com。

隨著便攜式電子設備和電動汽車的高速發(fā)展，人們對高能量、長壽命和高功率鋰離子電池的需求不斷增加，而負極材料作為鋰離子電池重要組成部分，直接制約著鋰離子電池的電化學性能[1]。目前，市場上普遍應用的負極材料主要為碳材料，然而，碳材料的理論比容量僅為372mAh/g，已遠遠不能滿足實際的應用需求。開發(fā)新的高容量鋰離子電池負極材料顯得極為迫切和重要[2-3]。隨著市場需求的變化，負極材料的科研投入也在不斷加大，市場份額逐步在全球范圍內(nèi)改變和擴大[4-6]。

鋰離子電池負極材料主要包括碳材料、合金化金屬材料、金屬氧化物及以上材料的復合物等材料。當前開發(fā)和使用的碳負極材料主要有石墨、軟碳、硬碳；合金化金屬材料主要指Si，Sn、Bi、Al等金屬，此類材料的理論比容量一般在1000 mAh/g以上，具有較大的應用潛力；常見的金屬氧化物負極材料有Fe2O3、SnO2及Co3O4等。但是目前商業(yè)化生產(chǎn)的負極材料僅有碳材料，原因在于碳材料結構穩(wěn)定、電化學性能優(yōu)、價格低廉、安全性高[7]。

科研的投入固然重要，然而對鋰離子電池負極材料的發(fā)展大局的掌握更為迫切。只有了解市場的發(fā)展狀況及技術成熟度，才能把握方向，抓住發(fā)展機遇。

本文從鋰離子電池負極材料中國發(fā)明專利入手，通過對專利申請趨勢、專利技術布局、重點申請人等指標來分析負極材料的發(fā)展情況、專利的技術分布概況及申請人的科研實力等，為公司后續(xù)發(fā)展及科研投入提供信息支持和參考。

1　專利檢索數(shù)據(jù)庫

本文采用的鋰離子電池負極材料技術專利分析數(shù)據(jù)來源于中國國家知識產(chǎn)權局的ISTIC專利分析數(shù)據(jù)庫，利用主題詞檢索方法，采集1985年09月至2014年09月相關發(fā)明專利樣本，經(jīng)過計算機檢索和人工篩選，得到1353項檢索結果，將其作為本次專利分析的基本數(shù)據(jù)。通過構建專利申請趨勢、重點申請人等信息指標對專利信息進行分析。數(shù)據(jù)檢索日期為2015年01月。由于中國發(fā)明專利申請公布一般是在申請日后18個月，所以2013年和2014年申請的專利數(shù)據(jù)僅作參考。

2　專利技術發(fā)展趨勢分析

鋰離子電池自1992年經(jīng)日本Sony公司商業(yè)化后便開始迅速發(fā)展。2000年以前，世界上的鋰離子電池產(chǎn)業(yè)基本掌握在日本手里。近年來，隨著中國和韓國工業(yè)技術的崛起，日本一枝獨秀的局面逐漸被打破[8]。

圖1為鋰離子電池負極材料的技術發(fā)展時間趨勢圖。從圖中可以看出，2003年之前，專利申請及公開數(shù)量增長緩慢，此階段日本獨占整個鋰離子電池市場，中國在該領域的技術處于起步期。2003年以后，鋰離子電池負極材料的專利申請量不斷增多，這是由中國鋰離子電池市場份額提升、大眾需求擴大及國內(nèi)科研投入力度加大所帶動的。2009年被認為是分水嶺，從這一年開始，負極材料專利申請及公開數(shù)量得到大幅增長，這與電池行業(yè)的發(fā)展息息相關。2009年起，智能手機和電動汽車得到了不斷推廣[9]，它們對電池的容量要求更高，而市場上的負極材料不能滿足需求，促使負極材料的科研投入加大，專利申請量達到一個巔峰。發(fā)展至2012年時，智能手機進入相對平穩(wěn)的發(fā)展階段，加上經(jīng)過前四年的技術儲備，負極材料的專利數(shù)量已達新高，技術普及明顯。2013年以后，專利申請及公開數(shù)量發(fā)展平緩，到2014年可能會出現(xiàn)下降的趨勢，此時，技術瓶頸成為最大的制約，亟需創(chuàng)新突破。

圖1　中國鋰離子電池負極材料技術發(fā)展趨勢圖

3　國家和地區(qū)競爭分析

3.1專利申請國家分布

我國鋰離子電池負極材料專利申請的國家分布情況如圖2所示。專利申請量在一定程度上反映出各個國家對該領域的戰(zhàn)略部署及技術水平。由圖可知，在中國，該領域申請量較大的國家為中國和日本，符合目前的市場情況[10]，兩國申請量約占總申請量的98%，表明中國和日本的研發(fā)實力較強，且該領域技術集中程度高。另外，也說明日本重視我國國內(nèi)市場，注重技術保護。

圖2　鋰離子電池負極材料專利申請國家分布

3.2我國各省份專利分布

鋰離子電池負極材料在我國各省份的分布情況如圖3所示。專利申請量較高的省份集中在廣東、北京、上海、浙江，占總申請量的56%。負極材料專利申請量較高的省份，其共同之處在于它們都是電池生產(chǎn)企業(yè)和名校的聚集地。廣東省內(nèi)有眾多鋰離子電池負極材料生產(chǎn)商，如貝特瑞、比亞迪、東莞新能源、比克電池等，這類企業(yè)的存在大大提高了廣東省在該領域的專利申請量。北京匯聚了科研能力較為突出的知名高校，如目前清華大學和北京科技大學在此領域的專利申請量已分別達到31件和30件。上海市僅復旦大學的專利申請量就已達到31件，浙江省情況與其類似，浙江大學的申請量達60件，同時上海和浙江還有多數(shù)企業(yè)參與鋰離子電池負極材料的研發(fā)，申請了大量專利。

圖3　我國各省份專利申請分布情況

4　重點專利權人技術競爭分析

4.1重點高等院校專利權人分析

圖4為專利申請量排名前十的重點高等院校的專利申請情況。如圖4，按照專利申請情況，重點高等院?？梢员环譃?個梯隊：60件專利的浙江大學、申請量30件左右以及申請量小于20件的大學。

圖4　鋰離子電池負極材料重點高等院校專利申請量

目前各大高校的研究重點都集中在材料的改性方面，包括對材料形貌及組成的控制等。而鋰離子電池負極材料廣泛應用的仍然是碳材料，但是碳材料理論比容量較低，限制了它的進一步應用。金屬氧化物及硅類材料具備高的理論比容量，電導率卻較低。近來的研究熱點為制備金屬氧化物或硅材料與碳材料的復合材料，使得復合材料既具備金屬氧化物或硅材料的高比容量，同時又具備碳材料的高導電性[11]。研究各個高等院校申請的專利，近幾年申請的專利材料主要為各類金屬氧化物與石墨烯的復合材料。硅材料是這兩年新興的負極材料，目前還處于研究的初期，各個高校也都開始關注并研究硅類材料，目前已出現(xiàn)了一些硅類負極材料的專利。當前硅類負極材料已是研究的一大熱點，將來也必將是鋰離子電池負極材料專利申請的熱點之一。

4.2重點企業(yè)專利權人分析

對企業(yè)專利申請人進行分析，得到國內(nèi)排名前十的重點企業(yè)專利申請情況，如表1。由表1可知，專利申請量排名前三的企業(yè)分別為上海杉杉科技、深圳貝特瑞及比亞迪。上海杉杉科技擁有負極的中間相炭微球技術，且該技術已延伸并生產(chǎn)出一系列產(chǎn)品。結合各個公司的市場情況及專利申請量可知，只有掌握了關鍵技術，才能進一步鞏固企業(yè)的市場地位。深圳貝特瑞是國內(nèi)鋰電池碳負極材料標準制定者，其市場占有率達80%，處于鋰離子電池負極材料的研發(fā)前沿，代表著石墨深加工的方向，推出了一系列高容量負極材料。

表1　鋰離子電池負極材料重點企業(yè)專利申請量

此外，對比排名前10的重點高校和企業(yè)的專利申請數(shù)量，發(fā)現(xiàn)高校的申請量普遍大于企業(yè)。雖然當前市場上負極材料的生產(chǎn)商不計其數(shù)，然而高校仍舊是鋰離子電池負極材料的科研主力[12]，未來通過高校的科技創(chuàng)新，必能突破當前鋰離子電池發(fā)展的瓶頸。

對排名前三的企業(yè)專利申請方向進行了分析，進而了解三大企業(yè)的專利技術布局及技術側重點，其專利技術分布情況如圖5所示。

圖5　排名前三的企業(yè)專利技術分布

從圖5中得知，三大公司的研發(fā)重點基本一致，主要集中在碳材料、復合金屬氧化物及錫/硅類復合材料，碳材料類及錫/硅類復合材料的研究成果要遠遠大于復合金屬氧化物。專利申請量的分布在一定程度上反映出各個公司的技術布局，從圖5中可以看出，三大公司都比較重視碳材料及錫/硅類復合材料的研發(fā)，碳材料的研發(fā)成果更多，原因在于碳材料還是當前商業(yè)化負極的主流材料，短期內(nèi)難以被其他負極材料取代，企業(yè)只有不斷在碳材料方面投入研究，優(yōu)化碳材料性能，才能保證企業(yè)在市場中的地位屹立不倒。錫/硅類復合材料是當前的研究熱點，也是最有潛力替代碳材料的新一代負極材料，各個企業(yè)在此方面的投入相當于是在搶占未來市場。

5　結　語

通過檢索和分析鋰離子電池負極材料的中國發(fā)明專利數(shù)據(jù)，得出鋰離子電池負極材料的技術發(fā)展趨勢及市場競爭情況。分析表明，經(jīng)過幾年的持續(xù)增長，當前專利申請趨勢放緩；不同國家在我國的戰(zhàn)略技術布局不同，其中，日本最為重視我國國內(nèi)市場及技術保護；國內(nèi)負極材料生產(chǎn)技術集中程度高，主要集中在廣東、北京、上海、浙江四省市；高校和企業(yè)在負極材料領域投入了大量研發(fā)精力，并取得了較大進展，其中高校浙江大學已申請專利60件，企業(yè)上海杉杉科技有限公司申請專利45件；企業(yè)和高校的研發(fā)側重點不同，這是由兩者的目標導向不同造成的。

日后，隨著電動汽車等消費品的不斷推廣，市場會對鋰離子電池提出了更高的挑戰(zhàn)，而鋰離子電池負極材料的性能對于整個電池容量的發(fā)揮起著至關重要的作用，只有實現(xiàn)負極材料的容量突破，才能真正意義上解決當前鋰離子電池的問題。經(jīng)過專利分析也可以看出，關鍵技術的掌握與企業(yè)市場地位息息相關，新公司若想取得發(fā)展，必須得從技術入手，掌握關鍵技術才能掌控市場。

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·行業(yè)新聞·

Chinese patent analysis on anode materials for lithium-ion battery

WANG Xianning1，LING Feng2，PAN Wei2，LIU Huijing2
（1Institute of Scientific and Technical Information of China，Beijing 100038，China;2WanFang Data Co.，Ltd.，Beijing 100038，China）

Abstract：Based on the data mining and patentometric analysis of Chinese invention patents，an overview of anode materials for lithium-ion battery is presented. The results show that the lithium ion battery anode materials have achieved sustained growth for several years，but now the growth speed has slowed down. According to the nationality analysis of the applicants，a large number of patents are from Chinese and Japanese applicants and the domestic applicants are mainly from Guangdong，Shanghai，Beijing and Zhejiang. In addition，with analysis of the patents from key companies，we can better understand the technology hotspots distribution of anode materials for lithium-ion battery.

Key words：lithium-ion battery; anode materials; data mining; patent analysis

基金項目：科技部國家科技支撐計劃項目（2013BAH21B01）。

收稿日期：2015-04-15；修改稿日期：2015-07-30。

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.01.046

中圖分類號：TM 912

文獻標志碼：A

文章編號：1000–6613（2016）01–0336–04