鋰電池知識產權分析

鞠洪博,汪 然,,高志龍,華 震

1.江蘇科技大學 材料科學與工程學院 江蘇鎮江 212100 2.江蘇天哲(鎮江)律師事務所 江蘇鎮江 212002

1 鋰電池簡介

化石能源短缺,全球氣候變暖,環境污染,這些現象已成為全人類共同面對的問題。有關報道顯示,我國的空氣污染主要來源于汽車,大部分石油也用于汽車行業。擺脫化石能源,發展循環、低碳經濟已經成為國家發展戰略。發展低碳經濟,必然推動新能源行業興起。使用新能源汽車是擺脫化石能源、保護環境的重要手段。

新能源汽車的發展給全球的動力電池產業帶來了巨大的市場空間,鋰離子動力電池是業界普遍看好的電動汽車電源。鋰電池擁有較高的單體電壓,比能量大,具有超長的循環使用壽命。鋰電池未來的主要銷量增長來源是動力電池,相關技術自然是業內人士的研究熱點[1-2]。

2 磷酸鐵鋰電池專利情況

鋰電池于20世紀70年代被提出。鋰電池雖然結構簡單,但是在已知的電力系統中所提供的電力最大,因此在眾多電池中脫穎而出。1991年,索尼公司推出了第一款商業化用途鋰電池,徹底改變了電池市場。目前,鋰電池用于醫療、航空、汽車、國防等領域。鋰電池的重要部件是陽極、陰極和電解液。市面上用的最多的電極材料一般是石墨碳和鉀金屬氧化物,不同的用料會使鋰電池的使用性、安全性和使用壽命有很大不同。

磷酸鐵鋰電池是鋰電池中備受關注的種類之一,采用磷酸鐵鋰材料作為電池正極。目前,磷酸鐵鋰電池廣泛應用于電動汽車、電動自行車、電動工具、發電儲能等領域。磷酸鐵鋰電池具有壽命長、使用安全、可大電流快速充電、耐高溫、容量大、無記憶效應、體積小、質量輕、綠色環保等多方面優點。我國面臨嚴峻的環境保護問題,磷酸鐵鋰電池的出現成為我國解決環境污染和能源緊張等問題的重要手段,磷酸鐵鋰電池在我國具有巨大的市場潛力。

我國對促進磷酸鐵鋰電池消費的增長起重要作用,原因在于我國擁有龐大的電動汽車市場作為支撐,電動汽車行業占據磷酸鐵鋰電池市場的62%。目前,在全球磷酸鐵鋰電池市場中,亞太地區占據了58%的市場份額。其中,僅我國就占據了亞太地區40%的市場份額。在未來較長的一段時間內,我國將是亞太地區磷酸鐵鋰電池市場的重要影響因素。

磷酸鐵鋰電池領域專利申請量排名前十的主要申請人見表1。由表1可見,排名前十的主要是我國和日本的高校、企業。其中,日本三家企業分別占據第四名、第五名和第八名,其余都是我國的高校和企業。彩虹集團、比亞迪和清華大學占據前三名,這表明我國的高校、企業在磷酸鐵鋰電池領域中擁有較強的研發能力和專利保護意識,我國高校和企業加大了研發的投入力度,逐漸成為專利技術創新的主體[3-4]。

表1 磷酸鐵鋰電池專利申請人

2000年至2019年全球范圍內磷酸鐵鋰電池專利申請情況如圖1所示,截止到2020年上半年,全球申請的有關磷酸鐵鋰電池的專利一共有4 258項。由圖1可以看出,2005年之前全球磷酸鐵鋰電池的專利申請量增長緩慢,2005年至2011年期間申請量增長迅速,2011年的申請量是2005年的10倍多,2011年至2017年申請量穩定在350件左右。由于專利申請后需要18個月才會公布,因此近兩年的申請量不具有參考價值。2011年之后磷酸鐵鋰電池專利申請量開始緩慢下降,主要原因是隨著技術的成熟和進步,磷酸鐵鋰電池的專利研究趨于飽和,世界各國開始著手研究新型電池材料[5]。

圖1 2000年至2019年全球磷酸鐵鋰電池專利申請情況

3 日本鋰電池專利情況

日本是世界上最大的鋰電池生產國,在鋰電池領域擁有眾多專利技術,在鋰電池商業化生產方面處于世界領先地位,一度是鋰電池及相關材料專利數量最多的國家。日本鋰電池專利數量見表2。

日本patentresult公司根據各個被統計公司對專利技術要求、專利擁有者權利要求,以及專利審查者對專利先進性評價等計算出專利綜合實力排行榜[6]。日本主要公司鋰電池專利綜合實力分布如圖2～圖6所示。

4 我國鋰電池專利情況

我國是世界三大鋰電池生產國之一。近年來,隨著國家經濟和產業的高速發展,我國在鋰電池及相關材料的專利申請量方面呈現井噴式增長。

截止至2019年5月,我國鋰電池正極材料專利申請量如圖7所示。由圖7可以看出,從2000年至2006年,相關專利每年以10件左右的速度增長,直至2006年的97件。從2007年開始,增長速度明顯加快,相關專利數量突破100件,相比2006年增幅達到57.73%。從2007年至2011年,在相關專利數量上保持持續增長的趨勢。2011年至2015年,相關專利數量有增有減,原因是有些專利申請了延遲公開,以達到保護相關知識產權的目的。最近幾年相關專利數量占整體數量的50.29%,可以看出最近幾年我國鋰電池領域發展迅速,我國在2007年之后越來越重視鋰電池技術的發展[7]。

我國鋰電池正極材料專利主要申請人情況如圖8所示。由圖8可以看出,排名前十的只有一家日本企業三洋電機,其余全部是我國高校和企業,這與2010年之前截然不同。隨著我國科技的發展和國家對科研的投入,我國已經成為鋰電池及其相關材料領域專利的主要申請人,企業申請占多數,這說明我國的鋰電池技術已經由高校理論研究向企業實際應用轉變。

表2 日本鋰電池專利數量

圖2 日本企業錳酸鋰正極專利分布

圖3 日本企業磷酸鐵鋰正極專利分布

圖4 日本企業合金負極專利分布

圖5 日本企業鐵酸鋰負極專利分布

圖6 日本企業有機電解液專利分布

圖7 我國鋰電池正極材料專利申請量

我國各省(市)鋰電池專利申請量比例如圖9所示。由圖9可以看出,廣東占24.84%,其次是北京和浙江,三者之和將近50%。這三個省(市)經濟發達,科研機構和高校眾多。北京是全國的政治中心,市內有眾多高校和研究機構,國家一直非常重視這些高校和研究機構,因此在區域創新上占據很大優勢。可見,政府對于所在地的科技創新起到很大作用,要想提高區域創新能力,政府必須重視科研機構,加大科研投入,關注專利技術的發展情況和生存環境,促進企業實施專利發展戰略[8]。

圖9 中國各省市鋰電池專利申請量比例

在知識產權保護方面,我國的保護意識還很弱,常常在某一領域取得專利后卻不能夠及時在國外進行自我知識產權的保護。國外很多公司目前都在我國進行知識產權布局,他們雖然近年來申請的專利數量沒有我國多,但是他們的專利涵蓋面很廣,并且很多都是原創型核心技術。如果我國對自身的知識產權不懂得保護,那么在電動汽車等行業很可能會出現被侵權情況[9]。

5 鋰電池知識產權戰略分析

在鋰電池領域,前十名的專利申請者基本都為日本和我國的高校、企業。在2010年以前,日本是鋰電池領域擁有專利最多的國家,原因在于日本早在2002年時就確立了知識產權立國的政策。日本很早就開始在我國部署知識產權戰略,成為我國最大的外國專利持有者,而歐美國家則更加注重發明創造,其專利以專利合作條約的方式進入我國市場,以達到減少重復勞動的目的,然后再向世界其它國家推銷自己的專利。我國的產業仍然以勞動密集型為主,要想實現從勞動型向創造型轉變,還需要走很長的一段路[10]。近幾年,隨著我國科技的進步和發展,以及國家加大對科研的投入力度,我國已經成為鋰電池領域擁有專利最多的國家,并且逐漸由改進型專利向發明創造型專利轉變。

日本固態鋰電池專利申請量變化趨勢如圖10所示。由圖10可以看出,2000年至2005年日本固態鋰電池專利申請量處于下降的趨勢,2005年之后日本固態鋰電池專利申請量迅速增長,主要原因是日本科技逐漸成熟,日本政府逐漸重視固態鋰電池技術的研究。日本申請人在申請專利的同時逐步在我國進行知識產權的布局,以起到對專利的保護作用,擁有很強的知識產權保護意識。

圖10 日本固態鋰電池專利申請量變化趨勢

我國鋰電池專利申請量變化趨勢如圖11所示。我國鋰電池研究起步較晚,2001年至2007年鋰電池專利申請量保持在較低的水平,增長緩慢。2007年之后,由于國家綠色節能環保理念的提出和國家對新能源的大力支持,使我國鋰電池行業得到了快速發展,專利申請數量顯著增加,并且在2010年之后增長迅速。2017年,我國鋰電池專利申請量已突破10 000件。2019年專利申請數量有所下降,原因是我國在鋰電池領域的技術已逐漸趨于成熟,并且逐步轉向實際應用方面。

圖11 我國鋰電池專利申請量變化趨勢

鋰電池正極材料專利分布情況如圖12所示。由圖12可以看出,我國鋰電池專利申請量占據全球總量的67.8%,而國外僅占32.2%,我國鋰電池申請量已遠超日本等其它國家。在國外申請份額中,日本占63%,遠超韓國、德國等國家,日本依然是鋰電池領域專利的主要申請人之一,擁有很強的研發實力。我國經過這些年的發展,已經成為全球鋰電池領域的主要申請人,并且依然保持著良好的發展趨勢。

圖12 鋰電池正極材料專利分布情況

6 鋰電池知識產權保護措施

2010年之前,日本是鋰電池專利的主要擁有者,并且非常注重對知識產權的保護。經過這些年的發展,我國在鋰電池專利數量方面已遠超日本,成為鋰電池專利的主要申請人。雖然我國已成為主要申請人,但是對知識產權的保護意識還很薄弱。應對鋰電池知識產權的保護,應該采取如下措施:

(1) 完善知識產權的培訓,提高意識;

(2) 鋰電池是一個新興快速發展的行業,在對鋰電池技術改良的同時,要注意對知識產權的保護,最好能夠發展出核心技術專利;

(3) 加大對鋰電池研究的投入,出臺有利于鋰電池行業發展的政策;

(4) 構筑具有中國特色的鋰電池及關鍵材料專利結構,做好核心技術申請前的保密工作。

7 結束語

近年來,我國已成為全球最大的鋰電池消費國,未來鋰電池在我國的市場還將進一步擴大。但是,國內研究人員及企業對鋰電池知識產權的保護意識還需增強。因此,加強技術研究,保護知識產權成為一項迫在眉睫的工作。建立我國的鋰電池專利預警機制,提高我國鋰電池企業的核心競爭力,是一項重要工作。