【中國(guó)專利譜圖】一文看懂石墨烯改性磷酸鐵鋰電池技術(shù)

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今年前兩季度新能源汽車銷量大增，帶來了鋰電池產(chǎn)量的持續(xù)高速增長(zhǎng)及鋰電池企業(yè)業(yè)績(jī)的水漲船高。作為熱點(diǎn)投資領(lǐng)域，鋰電池板塊持續(xù)受到社會(huì)各界的高度關(guān)注。

正極材料是鋰電池核心材料，其關(guān)乎電池的安全性能及能量密度大小，因而決定了鋰電池未來的發(fā)展方向。目前已經(jīng)商業(yè)化的鋰電池正極材料包括：鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料（鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰）等產(chǎn)品，其中，磷酸鐵鋰因其工作電壓平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、高溫性能和循環(huán)性能良好、安全無毒、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，成為了最具發(fā)展?jié)摿Φ匿囯娬龢O材料之一。然而同時(shí)磷酸鐵鋰也存在平臺(tái)電壓低、能量密度低等缺點(diǎn)，導(dǎo)致其應(yīng)用受到局限。

研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯改性磷酸鐵鋰可形成理想的電子導(dǎo)電體，所得正極材料具備高的堆積密度及倍率性能，這對(duì)提高動(dòng)力電池續(xù)航能力意義十分重大。下面，我先代大家看一下國(guó)內(nèi)石墨烯改性磷酸鐵鋰電池的專利布局情況。

（一）專利申請(qǐng)趨勢(shì)分析

圖1.石墨烯改性磷酸鐵鋰電池的國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)趨勢(shì)圖

中國(guó)企業(yè)從2001年開始陸續(xù)啟動(dòng)磷酸鐵鋰材料開發(fā)，近年來，隨著電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化加速，國(guó)內(nèi)的磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)投資勢(shì)頭超過其他任何國(guó)家。國(guó)內(nèi)石墨烯改性磷酸鐵鋰專利技術(shù)最早出現(xiàn)于2009年，經(jīng)過7年的技術(shù)積累，截止2016年上半年已累計(jì)申請(qǐng)267件。如圖1所示，其發(fā)展趨勢(shì)大致分為以下三個(gè)階段：2009-2010年為初期發(fā)展階段，年均申請(qǐng)量為10件；2011-2014年為平穩(wěn)發(fā)展階段，年均申請(qǐng)量為40件；2015至今進(jìn)入到高速發(fā)展階段，2015年申請(qǐng)量達(dá)到最高點(diǎn)73件。

（二）專利申請(qǐng)人分析

1、企業(yè)專利申請(qǐng)人分布

圖2.石墨烯改性磷酸鐵鋰電池的主要專利申請(qǐng)人（企業(yè)）

根據(jù)圖2可知，國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)量排名靠前的企業(yè)有：深圳海洋王、東莞新能源、江蘇樂能電池、北京萬源、山東精工電子、杭州金馬、深圳貝特瑞等。

深圳海洋王照明成立于1995年，是一家自主研發(fā)、生產(chǎn)、銷售各種專業(yè)照明設(shè)備的民營(yíng)高新技術(shù)企業(yè)。從2007年開始，該公司大批量布局專利申請(qǐng)，內(nèi)容涉及照明裝置零部件、便攜式燈具、發(fā)光材料、發(fā)光器件、石墨烯新材料等。截止2016年上半年，該公司共申請(qǐng)國(guó)內(nèi)三種專利8825件，其中石墨烯改性磷酸鐵鋰電池相關(guān)專利21件。雖然該公司提前布局了大量石墨烯專利，但至今未有任何相關(guān)產(chǎn)品問世。

東莞新能源科技（ATL）成立于1999年，是一家專業(yè)生產(chǎn)可充式鋰離子電池電芯、封裝及系統(tǒng)整合的高新科技企業(yè)，在全球?qū)I(yè)鋰電池制造商中處于領(lǐng)先地位。截止2016年上半年，該公司共申請(qǐng)國(guó)內(nèi)三種專利885件，其中石墨烯改性磷酸鐵鋰電池專利5件。 ATL生產(chǎn)的鋰離子電池/聚合物鋰離子電池被廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、手機(jī)等消費(fèi)電子產(chǎn)品中。

江蘇樂能電池成立于2009年，是國(guó)際上少數(shù)幾家專業(yè)生產(chǎn)納米級(jí)磷酸鐵鋰正極材料（30-50nm）的高新技術(shù)企業(yè)。截止2016年上半年，該公司共申請(qǐng)國(guó)內(nèi)三種專利35件，其中石墨烯改性磷酸鐵鋰電池相關(guān)專利4件。據(jù)報(bào)道，該公司制造出了目前全球量產(chǎn)粒徑最小的納米球形磷酸鐵鋰正極材料，該材料的克容量、倍率性能、自放電性能、低溫性能等多項(xiàng)指標(biāo)均排名全球第一。目前樂能是ATL、中航鋰電、萬向、比亞迪等行業(yè)領(lǐng)頭企業(yè)的供應(yīng)商。

北京萬源工業(yè)成立于1984年，是中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院直屬全資民品集團(tuán)總公司。公司在風(fēng)力發(fā)電、新材料新工藝、汽車零部件、工業(yè)過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)、機(jī)械制造等方面具有雄厚實(shí)力。截止2016年上半年，該公司共申請(qǐng)國(guó)內(nèi)三種專利63件，其中石墨烯改性磷酸鐵鋰電池專利4件，相關(guān)技術(shù)還處于研發(fā)階段。

山東精工電子是國(guó)內(nèi)少數(shù)實(shí)施磷酸鐵鋰正極材料、動(dòng)力電池及電池組、超級(jí)電容器、純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展模式的企業(yè)，該公司研制的磷酸鐵鋰正極材料及磷酸鐵鋰動(dòng)力電池具有良好的高低溫放電性能和極高的安全性，技術(shù)水平處于國(guó)際領(lǐng)先地位。該公司擁有年產(chǎn)能2萬噸高性能磷酸鐵鋰材料生產(chǎn)線，主要客戶包括中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中船重工、ATL、GE、CGG、BPL等。截止2016年上半年，該公司共申請(qǐng)國(guó)內(nèi)三種專利529件，其中石墨烯改性磷酸鐵鋰電池專利3件。

杭州金馬能源成立于2007年，是由金馬控股集團(tuán)控股并與復(fù)旦大學(xué)合作的一家高新技術(shù)企業(yè)，專業(yè)從事鋰電池正極材料的研發(fā)與生產(chǎn)。截止2016年上半年，該公司共申請(qǐng)國(guó)內(nèi)三種專利28件，其中石墨烯改性磷酸鐵鋰電池專利3件。

深圳貝特瑞成立于2000年，是由中國(guó)寶安集團(tuán)控股的一家鋰離子二次電池用新能源材料生產(chǎn)廠家，目前已發(fā)展成為全球最大的鋰離子電池負(fù)極材料供應(yīng)商。截止2016年上半年，該公司共申請(qǐng)國(guó)內(nèi)三種專利140件，其中石墨烯改性磷酸鐵鋰電池專利3件。

綜上可知，第一，目前國(guó)內(nèi)石墨烯改性磷酸鐵鋰正極材料專利的主要申請(qǐng)人（前7位），除了排名第一的深圳海洋王之外，其他均是本領(lǐng)域規(guī)模較大的專業(yè)廠商；第二，鋰電行業(yè)屬于知識(shí)產(chǎn)權(quán)密集型產(chǎn)業(yè)，各生產(chǎn)廠商均比較重視核心技術(shù)的專利保護(hù)，如東莞新能源科技、山東精工電子的專利布局?jǐn)?shù)量已超過500件；第三，磷酸鐵鋰電池技術(shù)相對(duì)成熟，然而對(duì)于石墨烯改性磷酸鐵鋰電池而言，各大廠商均處于技術(shù)研發(fā)階段，專利申請(qǐng)數(shù)量不多，至今還沒有成熟的商業(yè)化產(chǎn)品問世。

除了上述國(guó)內(nèi)公司之外，磷酸鐵鋰材料領(lǐng)域公認(rèn)的全球領(lǐng)先企業(yè)主要有兩家——美國(guó)A123系統(tǒng)公司（已被萬向收購(gòu)，新公司為萬向A一二三）和加拿大Phostech公司（福斯泰克公司）。其中，萬向A一二三公司在國(guó)內(nèi)申請(qǐng)5件石墨烯改性三元鋰電池的發(fā)明專利，可見其研發(fā)重點(diǎn)不在磷酸鐵鋰正極材料。Phostech公司在國(guó)內(nèi)申請(qǐng)10件發(fā)明專利，同樣均未涉及石墨烯改性鋰離子電池技術(shù)。

2、高校/科研院所專利申請(qǐng)人分布

圖3.石墨烯改性磷酸鐵鋰電池的主要專利申請(qǐng)人（高校/研究院）

除了企業(yè)申請(qǐng)人之外，國(guó)內(nèi)高校及研究院所也是石墨烯改性磷酸鐵鋰技術(shù)的先行者。由圖3可知，國(guó)內(nèi)主要高校及科研院所申請(qǐng)人有：中國(guó)科學(xué)院（其中寧波材料所、北京化學(xué)所、蘇州納米所、沈陽金屬所等申請(qǐng)量較多）、上海交大（郭守武團(tuán)隊(duì)等）、北京航天材料研究所（燕紹九團(tuán)隊(duì)等）、天津大學(xué)（楊全紅團(tuán)隊(duì)等）、哈爾濱工業(yè)大學(xué)（王殿龍團(tuán)隊(duì)等）。此外，株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所（桃純平、井上信洋團(tuán)隊(duì)等）成為來華申請(qǐng)專利最多的國(guó)外研究機(jī)構(gòu)。

值得一提的是，上海交大郭守武教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的石墨烯基鋰離子電池技術(shù)，目前不僅已提前布局了“基于石墨烯包覆橄欖石型磷酸鐵鋰復(fù)合材料的制備方法”、“應(yīng)用聚吡咯/石墨烯改善磷酸鐵鋰電化學(xué)性能的方法”、“應(yīng)用石墨烯/聚苯胺改善磷酸鐵鋰電化學(xué)性能的方法”等6件發(fā)明專利。同時(shí)，由郭教授領(lǐng)銜的上海碳源匯谷公司正在努力推動(dòng)石墨烯改性磷酸鐵鋰電池真正實(shí)現(xiàn)落地。

7月8日，碳源匯谷母公司東旭光電（A股上市企業(yè)）將在北京釣魚臺(tái)國(guó)賓館舉辦石墨烯基鋰離子電池新品發(fā)布會(huì)，屆時(shí)全球首款具備“秒充”功能的石墨烯改性磷酸鐵鋰電池將與大家見面。資料顯示，碳源匯谷中試階段生產(chǎn)的石墨烯改性磷酸鐵鋰電池可滿足10C條件下，6分鐘內(nèi)快速充放電，顯著縮短電池的充放電、延長(zhǎng)電池使用壽命，這對(duì)電子產(chǎn)品及新能源汽車領(lǐng)域都將起到重大顛覆性影響。如果東旭光電上述新產(chǎn)品能順利上市，則可占據(jù)國(guó)內(nèi)首款石墨烯基鋰電池產(chǎn)品的市場(chǎng)地位，并對(duì)提升我國(guó)石墨烯基鋰電池技術(shù)優(yōu)勢(shì)意義重大。

#文章僅代表作者觀點(diǎn)，不代表IPRdaily立場(chǎng)#

作者：郭鋒 原國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局審查員，現(xiàn)東旭集團(tuán)專利風(fēng)控總監(jiān)

投稿原標(biāo)題：石墨烯改性磷酸鐵鋰電池技術(shù)之中國(guó)專利譜圖

來源：IPRdaily

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