廢舊鋰離子電池回收預(yù)處理專利綜述

陳 維,王 雪,李 烜

（貴州梅嶺電源有限公司,貴州 遵義 563000）

出于環(huán)境保護(hù)和有價(jià)金屬資源稀缺的原因,人們加大了對(duì)廢舊鋰離子電池中有價(jià)金屬資源再生利用的研究。廢舊鋰離子電池的回收主要涉及前端預(yù)處理和后期材料修復(fù)（或元素提取）兩大方面。預(yù)處理包括殘余電量的釋放、拆解破碎、集流體與活性物質(zhì)的分離,以及相應(yīng)的污染處理等;材料修復(fù)（或元素提取）主要是從火法、濕法入手,包括材料高溫固相修復(fù),元素沉淀、萃取、離子交換、電解,以及相應(yīng)的污染處理等[1-2]。

專利分析可在短時(shí)間內(nèi)對(duì)某一技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展及最新技術(shù)動(dòng)態(tài)進(jìn)行了解[3]。人們目前多從鋰離子電池回收整個(gè)技術(shù)路線角度進(jìn)行分析,如對(duì)全國(guó)鋰離子電池回收專利進(jìn)行分析[4-5],對(duì)全球和國(guó)內(nèi)的技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析[6],總結(jié)國(guó)內(nèi)鋰離子電池回收技術(shù)專利現(xiàn)狀。令狐磊等[7]從文獻(xiàn)和專利兩方面分析國(guó)內(nèi)鋰離子電池回收技術(shù)現(xiàn)狀及核心技術(shù)要點(diǎn)。

回收預(yù)處理是廢舊鋰離子電池綜合回收利用的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。本文作者通過(guò)對(duì)鋰離子電池回收中的預(yù)處理技術(shù)專利進(jìn)行細(xì)致劃分,分析國(guó)內(nèi)鋰離子電池回收預(yù)處理技術(shù)的專利布局情況,總結(jié)相關(guān)技術(shù)的現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展趨勢(shì),為下一步的深入研究提供參考。

1 數(shù)據(jù)與方法

目前市場(chǎng)上常見的廢舊鋰離子電池,按照正極材料的不同可分為磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰和鈷酸鋰等類型。回收預(yù)處理過(guò)程涉及電池放電、拆解破碎、集流體與活性物質(zhì)的分離,以及回收過(guò)程中電解液、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、廢水和廢氣等的處理,因此,檢索的范圍鎖定在鋰離子電池回收預(yù)處理技術(shù)體系。本文作者以國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利數(shù)據(jù)庫(kù)為數(shù)據(jù)源,采用主題詞和國(guó)際專利分類（IPC）號(hào)相結(jié)合的方式進(jìn)行檢索。檢索主題詞有“鋰離子電池拆解”“鋰離子電池放電”“鋰離子電池預(yù)處理”“活性物質(zhì)或極片與集流體的分離”“電池拆解設(shè)備或裝置”“鋰離子電池電解液回收”“鋰離子電池回收廢水或廢氣的處理”等。

2 結(jié)果與討論

2.1 申請(qǐng)量年度趨勢(shì)分析

分析國(guó)內(nèi)1990—2020年廢舊鋰離子電池回收預(yù)處理方面的專利申請(qǐng)情況可知,總共申請(qǐng)專利454項(xiàng),其中發(fā)明專利223項(xiàng),占整個(gè)檢索結(jié)果的49.12%,實(shí)用新型專利230項(xiàng),占整個(gè)檢索結(jié)果的50.66%,外觀專利1項(xiàng),占整個(gè)檢索結(jié)果的0.22%。

年度趨勢(shì)分析結(jié)果如圖1所示。

圖1 專利申請(qǐng)年度趨勢(shì)分析Fig.1 The annual trend analysis of patent applications

從圖1可知,在1990—2006年,沒(méi)有相關(guān)專利申請(qǐng),主要是因?yàn)樵谶@個(gè)時(shí)期,國(guó)內(nèi)學(xué)者致力于鋰離子電池材料的研究與開發(fā),沒(méi)有開展回收預(yù)處理技術(shù)的研究。2007年,出現(xiàn)了3篇相關(guān)專利申請(qǐng),在2008、2009年申請(qǐng)相關(guān)專利1篇,2010年為2篇,2011年為5篇,2013年為5篇,說(shuō)明廢舊鋰離子電池回收預(yù)處理技術(shù)開始緩慢發(fā)展;從2015年開始,隨著國(guó)內(nèi)環(huán)境保護(hù)力度加大,相關(guān)部門出臺(tái)了一系列關(guān)于固廢資源（包括廢舊鋰離子電池）的處理政策[8],專利申請(qǐng)數(shù)量逐年增加且速度加快,并在2019年達(dá)到頂峰（116項(xiàng)）,說(shuō)明越來(lái)越多的企業(yè)及科研單位人員加入到這項(xiàng)工作中。由于專利的滯后性,2020年的申請(qǐng)數(shù)量存在一定誤差,但總體上仍與2019年持平。預(yù)計(jì)今后幾年,關(guān)于鋰離子電池回收預(yù)處理技術(shù)、電池材料回收技術(shù)及電池回收污染處理技術(shù)的研究力度將持續(xù)加大,相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量會(huì)繼續(xù)增加。

2.2 法律狀態(tài)分析

鋰離子電池回收預(yù)處理技術(shù)相關(guān)專利法律狀態(tài)主要構(gòu)成為:有權(quán)專利270項(xiàng),占整個(gè)檢索結(jié)果的59.47%;在審查專利137項(xiàng),占整個(gè)檢索結(jié)果的30.17%;無(wú)權(quán)專利47項(xiàng),占整個(gè)檢索結(jié)果的10.35%。

具體專利法律狀態(tài)構(gòu)成見表1。

表1 專利的法律狀態(tài)構(gòu)成表Table 1 The composition table of the legal status of the patent

從表1可知,在鋰離子電池回收預(yù)處理技術(shù)無(wú)權(quán)（失效）專利中,撤回的有12項(xiàng);未繳年費(fèi)而失效的專利有14項(xiàng),占總申請(qǐng)量的5.72%,這些專利的質(zhì)量不高,產(chǎn)業(yè)化前景不好;而被駁回的專利有21項(xiàng),且集中在2017、2018年,說(shuō)明鋰離子電池回收行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)大,與整體發(fā)展趨勢(shì)相符。

2.3 專利申請(qǐng)人分析

2.3.1 申請(qǐng)單位分析

鋰離子電池回收預(yù)處理技術(shù)專利申請(qǐng)量排在前20名的專利申請(qǐng)人見表2。

表2 排名前20的專利申請(qǐng)人Table 2 Top 20 of patent applicants

從表2可知,排在前3的申請(qǐng)人分別是合肥國(guó)軒高科動(dòng)力能源有限公司（國(guó)軒高科）、中國(guó)科學(xué)院和江西睿達(dá)新能源科技有限公司（江西睿達(dá)）,申請(qǐng)量分別為29項(xiàng)、19項(xiàng)和16項(xiàng),占所有鋰離子電池回收預(yù)處理專利的6.39%、4.19%和3.52%。針對(duì)這三位申請(qǐng)人專利研究重點(diǎn)的分析可知,國(guó)軒高科和中國(guó)科學(xué)院主要側(cè)重于拆解裝置、設(shè)備、方法的研究,江西睿達(dá)則側(cè)重于預(yù)處理過(guò)程中的污染治理。在進(jìn)入前20的申請(qǐng)人中,生產(chǎn)企業(yè)有18家,高校科研院所有2家,由此可見,我國(guó)的鋰離子電池回收產(chǎn)業(yè)發(fā)展中,生產(chǎn)企業(yè)掌握大量的專利技術(shù),且專利的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)業(yè)化率相對(duì)較高,如國(guó)軒高科、格林美股份有限公司、邦普循環(huán)科技有限公司等企業(yè),都是國(guó)內(nèi)鋰離子電池回收行業(yè)的佼佼者。

2.3.2 重要發(fā)明人分析

在所統(tǒng)計(jì)的454項(xiàng)專利中,申請(qǐng)專利數(shù)量前10位的發(fā)明人申請(qǐng)量見圖2。

圖2 排名前10的重要發(fā)明人及專利申請(qǐng)數(shù)量Fig.2 Top 10 important inventors and number of patent applications

從圖2可知,發(fā)明人肖培南參與申請(qǐng)的專利數(shù)量最多,共計(jì)14項(xiàng),其次是曹利娜,參與申請(qǐng)數(shù)量13項(xiàng),此外,陳華根、李明峰等人的專利申請(qǐng)數(shù)量也較多。

2.4 地域分布

專利申請(qǐng)所在地域分布情況見圖3。

圖3 專利申請(qǐng)所在地域分布Fig.3 Geographical distribution of patent applications

從圖3可知,鋰離子電池回收預(yù)處理技術(shù)專利申請(qǐng)中,廣東省最多,共申請(qǐng)專利87項(xiàng),位列第一;其次是安徽省,申請(qǐng)?jiān)擃I(lǐng)域的專利57項(xiàng),位列第二;江蘇省申請(qǐng)?jiān)擃I(lǐng)域的專利41項(xiàng),位列第三;湖南、江西等4個(gè)省（區(qū)、市）的申請(qǐng)數(shù)量均在30項(xiàng)及以上;山東、四川等4個(gè)省（區(qū)、市）的申請(qǐng)數(shù)量為10～20項(xiàng),另有13省（區(qū)、市）,申請(qǐng)量不多;此外,還有一部分省（區(qū)、市）沒(méi)有這方面的專利申請(qǐng)。這說(shuō)明,在全國(guó)范圍內(nèi),還沒(méi)有形成完整、健全的鋰離子電池回收產(chǎn)業(yè)鏈。

2.5 技術(shù)領(lǐng)域分析

2.5.1 IPC構(gòu)成分析

通過(guò)分析得出結(jié)論:鋰離子電池回收預(yù)處理相關(guān)專利IPC有12個(gè)小類,其中排名前5位（專利數(shù)量為5及以上）的IPC號(hào)見表3,主要技術(shù)涉及廢蓄電池有用部件再生,說(shuō)明該領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)激烈,也是研究的熱點(diǎn)。

表3 主要IPC構(gòu)成分析Table 3 Analysis of main international patent classification（IPC）components

2.5.2 技術(shù)構(gòu)成分析

查看專利的技術(shù)內(nèi)容,將預(yù)處理技術(shù)大致分為放電、拆解、集流體與活性物質(zhì)分離及預(yù)處理過(guò)程中的相關(guān)處理,其中放電專利29項(xiàng),拆解相關(guān)專利295項(xiàng),集流體與活性物質(zhì)分離專利27項(xiàng),相關(guān)處理專利78項(xiàng),具體細(xì)分見表4。

表4 預(yù)處理技術(shù)構(gòu)成表Table 4 The table of pretreatment technology

在整個(gè)技術(shù)細(xì)化分下,拆解設(shè)備或拆解裝置的專利量最多,對(duì)比排名前3的申請(qǐng)人的專利布局情況,可以發(fā)現(xiàn)國(guó)軒高科在預(yù)處理技術(shù)方面專利布局最全,江西睿達(dá)則在預(yù)處理過(guò)程中的污染防治方面專利較全。

就目前的數(shù)據(jù)來(lái)看,雖然鋰離子電池預(yù)處理回收方面的研究較為全面,但多以人工或半自動(dòng)為主,在自動(dòng)化、智能化預(yù)處理技術(shù)方面的專利較少,與自動(dòng)化拆解相關(guān)的專利只有7項(xiàng),且多在2017年以后申請(qǐng),有權(quán)的5項(xiàng)、審查1項(xiàng),無(wú)權(quán)1項(xiàng)。

3 結(jié)論

隨著國(guó)內(nèi)電池回收體系建設(shè)的不斷完善,鋰離子電池回收行業(yè)將不斷規(guī)范,市場(chǎng)需求廣闊。

我國(guó)在國(guó)際上申請(qǐng)的鋰離子電池回收預(yù)處理技術(shù)領(lǐng)域的專利很少,應(yīng)加大海外專利布局的力度。

國(guó)內(nèi)鋰離子電池回收預(yù)處理技術(shù)研究主體主要以企業(yè)為主,但整體的技術(shù)創(chuàng)新水平不高。應(yīng)加大企業(yè)間合作,促進(jìn)鋰離子電池回收上下游產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步向前發(fā)展。

鋰離子電池回收預(yù)處理技術(shù)作為回收的關(guān)鍵步驟之一,國(guó)內(nèi)整體布局的企業(yè)少,且在鋰離子電池智能化拆解、多規(guī)格型號(hào)電池兼容處理方面的技術(shù)研究也有待提升。我國(guó)應(yīng)不斷加強(qiáng)智能化拆解技術(shù)研究,突破技術(shù)壁壘,促進(jìn)鋰離子電池回收產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步向前發(fā)展。