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固态锂电池专利申请状况分析
发布时间:2019/5/15 15:01:58来源:中国知识产权报/国家知识产权战略网分享到

  固态锂电池因使用固态电解质来替代现有的隔膜和电解液等材料而极大地避免了电池自燃自爆安全隐患,同时具有续航能力强等特点而备受国内外企业关注,并成为下一代动力电池的主研方向。本文中,笔者从专利的角度对固态锂电池进行分析,以期为相关企业提供参考。

  国外企业 布局领先

  笔者经过专利检索后发现,截至2018年12月31日,全球在固态锂电池领域提交专利申请共9232件。在研发起步阶段,该领域的专利申请量较少;2008年后,该领域的专利申请量呈现快速上升趋势。从全球固态锂电池的专利申请国来看,主要集中在日本、中国、美国和韩国等国家,其中日本在该领域的专利申请量最多,占申请总量的41%;中国和美国次之,占比分别为23%和18%;韩国占比为11%。

  在该领域全球专利申请量排名前10位的申请人中,日本企业7家,韩国企业2家,欧洲企业1家。日本丰田公司在固态锂电池领域凭借406件专利申请居于首位;韩国LG化工和三星公司在该领域提交的专利申请分别为296件和279件,排名二、三位。日本在固态锂电池领域的技术研发以丰田公司、松下、索尼、住友等企业为主。韩国在该领域的技术研发以LG化工,三星公司和现代公司为主。美国在该领域的技术研发比较分散,专利申请以Sakti3、QuantumScape、Solid Power等初创公司为主。

  日本企业在固态锂电池领域具有雄厚的实力和长期的研究史。以丰田公司为例,该公司是最早在固态锂电池领域进行专利布局的企业。经统计,丰田公司44%的相关专利申请布局在日本,此外还有45%的相关专利申请在中国、美国、韩国、欧洲等国家和地区进行了专利布局。从技术布局来看,丰田公司的专利申请涉及固态电解质材料、电池构造、电极材料等方面,特别是对硫化物固态电解质材料进行了重点专利布局。笔者认为,未来丰田公司可能会针对提高固态锂电池使用寿命和降低成本展开进一步研究。

  国内企业 注重应用

  相比而言,我国在固态锂电池领域的研究起步较晚,专利申请主要从20世纪80年代末开始。近年来,随着我国动力电池产业市场份额不断扩大,相关创新主体的专利保护意识逐步提升,自2011年起该领域的专利申请量开始剧增。国内在该领域专利申请量排名前10位的申请人中,高校和科研院所有8家,国内国外企业各1家,其中复旦大学、中南大学、中国科学院宁波材料技术与工程研究所(下称中科院宁波材料所)等科研机构是我国该技术的主要研发机构。

  值得一提的是,近几年来,我国在该领域的科研成果转化方面取得了一定进展。如清华大学南策文教授及其团队创办的清陶公司,采用聚合物和氧化物复合材料技术路线,目前已研发出单体能量密度达430Wh的全固态锂电池,2018年已建成投产国内首条固态锂电池量产线,预计2020年进入动力电池应用领域;赣峰锂业引进中科院宁波材料所许晓雄团队研发的无机陶瓷固态锂电池技术,拟打造亿瓦时级固态锂电池生产线;宁德时代、比亚迪、力神等多家企业在固态锂电池领域进行专利布局。

  国外经验 值得学习

  目前,全球共有50多家制造企业、初创公司和研究机构投身固态锂电池研发。日本企业多采用自主研发和合作开发方式,比如日本有23家企业与15家研究机构共同参与该领域技术的研究;韩国企业如三星公司和LG化工多采用自主研发方式;欧美国家和地区企业则采用收购、投资初创公司等方式进军固态锂电池领域。

  固态电解质是固态锂电池的核心,主要分为聚合物、硫化物和氧化物三大类材料。不同企业的研发有所侧重,法国博洛雷集团将金属锂聚合物电池(LMP)搭载在共享电动车上首次实现了车用全固态锂电池商业化,公开的专利显示,LMP电池正极采用磷酸铁,负极采用锂,电解质采用聚氧化乙烯基聚合物,但该技术需持续加热电池至60℃以上以维持足够的导电性。丰田公司作为硫化物技术研发龙头企业,主要采用石墨类负极、硫化物固态电解质与高电压正极结合,计划2020年实现全固态锂电池的商业化应用。松下、三星公司等企业也投入到硫化物固态电解质的开发中。氧化物固态电解质稳定性最高,循环性能良好,但界面阻抗大和室温电导率低是其最主要的技术障碍。美国电池企业Infinite Power Solutions和Sakti3分别被苹果、戴森公司收购;初创企业QuantumScape获得了大众公司投资,计划2025年研发出量产的固态锂电池,该公司的专利申请涉及“LixLa3Zr2O12”石榴石型结构氧化物材料。

  这些国外企业尽管在研发方向上有所不同,但都牢牢在核心技术领域占据主动地位。基于此,笔者认为,在固态锂电池产业化进程中,我国应加大资金投入,鼓励技术创新,积极推广校企合作,加速研究成果转化,学习日本和韩国企业的先进经验,鼓励动力电池产业主体制定合理专利布局战略,加强海外专利布局,通过投资和收购实现固态锂电池技术的赶超。(蒋 瑞)

  

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