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固态电池专利情报分析报告

作者:中国储能网新闻中心 来源:国海智峰知识产权 发布时间:2018-10-27 浏览:
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固态电池具有发展的必然性。在各类新型电池体系中,固态电池是距离产业化最近的下一代技术,这已成为产业与科学界的共识。固态电池产业化阶段尚处早期,但有望在未来超速发展。

固态电池简介

在固态离子学中,固态电池是一种使用固体电极和固体电解液的电池。全固态锂电池是相对液态锂电池而言,是指结构中不含液体,所有材料都以固态形式存在的储能器件。具体来说,它由正极材料、负极材料和电解质组成,而液态锂电池则由正极材料、负极材料、电解液和隔膜组成。

传统的液态锂电池被称为“摇椅式电池”,摇椅的两端为电池的正负两极,中间为电解质(液态),电池在充放电时锂离子来回穿梭于正负极之间,不断地进行嵌入和脱嵌。固态电池的原理与之相同,只不过其电解质为固态,具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端,传导更大的电流,进而提升电池容量。因此,同样的电量,固态电池体积将会变得更小。不仅如此,固态电池中由于没有电解液,封存变得更加容易,在汽车等大型设备上使用时,也不需要再额外增加冷却管、电子控件等,节约了成本,还可有效减轻重量。

检索数据库及检索年限

本报告检索了从1985年至2018年的中外专利数据库,共检索出相关专利6368件,其中国内专利2125件,国外专利4243件,后续将分别对国内和国外专利情况进行分析。

国内专利客观分析

3.1概况分析

3.1.1年度申请量分析


专利的申请量分析主要研究的是一个研发趋势,2018年的申请量数据不完整,仅供参考。

从申请量角度看,有关固态电池的专利申请主要从20世纪80年代末期开始,但当时的专利申请量很少,究其原因,一是当时我国的专利制度才刚刚起步,二是在1987年中国科技部将固态锂电池列为第一个“863”计划重大专题,即关于固态电池的研究才开始进入正轨。在往后的几年,关于固态电池的专利申请数量增长趋势不大,2000年以前相关专利很少;之后随着世界各国关于固态电池的研究越来越多,国内的固态电池专利申请量也开始呈现较明显的增幅,且在往后的几年一直处于增长阶段,其中在2017年达到专利申请量的顶峰。同时从当前国内外对于固态电池的研究热度来看,固态电池是近期动力电池领域的研究热点,可以预料,关于固态电池的专利申请近几年应仍处于发展阶段,相关科研人员在不断研究开发,以获得技术突破。

3.1.2 专利类型分析


在已公开的专利中,发明专利有1720件,占比80.94%,实用新型专利有400件,占比18.82%,外观设计专利有5件,占比0.24%。由于固态电池研发难度较高,专利价值也较大,各申请人为了实现对技术的有效保护,所以发明专利占的比重很大。

3.2申请人排行分析



通过申请人排行榜分析,可以明确哪些企业或科研院所或个人在该方向的研究更为深入。

可以看出,在申请人排行榜前10位中,科研院所申请人较多。固态电池作为现今较为火热的研究方向之一,有很多科研院所及大专院校等的科研团队投入了研发力量,如复旦大学、清华大学、中科院宁波所等。同时,可以看出,不乏国外申请人在中国进行专利布局,通过申请专利实现其技术在中国的应用保护,为其后期进入中国市场做准备,如丰田自动车株式会社、现代自动车株式会社等车企,其在中国布局的固态电池的专利量较多,体现了其对中国市场的重视。

企业应重点研究竞争对手企业掌握的主要技术方向,发掘技术空白点,也可以与其建立合作伙伴关系,同时对于科研院所和个人,可以对其进行技术引进及人员聘请以加大自身的科研力度。

3.3 IPC分析

3.3.1 IPC技术构成分析


分析专利技术分布情况,可辅助企业掌握该技术的主要研发方向或者选择技术空白、薄弱的点进行技术攻关。由技术构成可以看出,固态电池的主要研究方向集中在H01M小类,具体的涉及电极、二次电池及制造和燃料电池及制造方向等,更具体的,对于固态电池的研究主要集中在固态电解质,这是该领域的研究重点和研究热点,也是固态电池的发展方向。

3.3.2 IPC技术申请人分析


专利申请量靠前的几家企业和科研院所的研究方向大多集中在H01M这一小类上,其中中科院宁波所在该小类上的专利申请量最多;另外清华大学和复旦大学等高校还涉及H01L和H01G小类上的研发,而对于丰田和本田等车企则几乎全部集中在H01M小类上。

3.3.3各国在中国专利申请量比例分析


美国、日本、韩国等发达国家均存在在中国进行专利布局的情况,通过在中国申请专利,以寻求在中国市场的保护,体现了其他国家对我国市场的重视。

国外专利客观分析

4.1概况分析

4.1.1年度申请量分析


通过国外专利的年度申请量情况我们可以分析国际上对固态电池的研发趋势。国外关于固态电池的研究要比国内起步早,但前期专利申请量不高。整体上也呈现申请量逐年增加的趋势。且从2010年开始有较大幅度的增加,与之对应的是丰田、Sakti3、苹果等都宣布或推出与固态电池相关的产品或研发应用。由图可以看出,近几年关于专利申请量有所下降,原因可能有2方面:一是全球范围内固态电池技术研发热度有所下降,部分国家的研发团队退出固态电池技术舞台,导致专利数量下滑;二是技术从研发到申请专利再到专利公开并录入数据库,一般有十几个月的滞后,那么近两年的专利数量会受此影响,导致检索到的专利数量较实际情况偏少。

4.2 申请国家分析

4.2.1 申请国家申请量分析


申请国家申请量分析可知,日本专利申请量为1248件,占比29.41%,占据较大比重,同时美国申请量为659件,占比15.53%,凸显了美国在固态电池领域的研究力度。

4.2.2 申请国家申请人分析


通过申请国家申请量及申请人分析可以看出,日本、美国、韩国和德国等在固态电池方面专利申请量较多。其中,申请量较靠前的几个国家均有国外申请人进行专利布局,例如申请量排名第一的本田汽车公司,不仅在其本土日本申请了大量专利进行保护,更是在美国、韩国、德国等诸多国家进行了布局规划,这也从侧面体现出固态电池领域竞争的激烈程度。

4.3 申请人排行分析


通过申请人排行榜分析,可以明确哪些国家的企业、科研院所或个人在固态电池领域的研究更加深入。可以看出,日本的丰田汽车、松下电器等均在固态电池领域有一定数量的专利申请存在,也显示出了日本在该领域的领先地位。

4.4 IPC技术构成分析


分析专利技术分布情况,可辅助企业掌握该技术的主要研发方向或者选择技术空白、薄弱的点进行技术攻关。由技术构成可以看出,与国内专利技术构成结果类似,固态电池的主要研究方向是电极,尤其是固态电解质,这是该领域的研究重点和研究热点,也是固态电池的发展方向。

总结

本报告对固态电池技术领域国内外专利申请情况进行了分析,概览了该领域专利申请的总体情况、固态电池技术区域分布情况、固态电池申请人专利布局情况以及重点企业申请人情况等,对于我国的固态电池技术的发展,给出以下竞争启示:

(1)市场启示

在固态电池产业中,日本、美国、中国、德国等是固态电池专利的主要产出国,专利的产出情况说明了对应国家技术创新的重视程度。在目前各种新型电池体系中,固态电池采用全新固态电解质取代当前有机电解液和隔膜,具有高安全性、高体积能量密度,同时与不同新型高比能电极体系具有广泛适配性,可进一步提升质量能量密度,从而有望成为下一代动力电池的终极解决方案,故引起了日本、美国、德国等众多研究机构、初创公司和部分车企的广泛关注。如丰田开发出全固态锂离子电池,能量密度为400Wh/kg,计划在2020年实现商业化;松下的最新固态电池能量密度相对提高了3-4倍;德国KOLIBRI电池应用于奥迪 A1纯电动汽车,目前尚未商业化应用。从国内来看,主要以研究机构为主导,包括中国科学院宁波材料技术与工程研究所、青岛生物能源与过程研究所等;国内在进行固态锂电开发的企业包括CATL、国珈星际(珈伟股份)、江苏清陶能源、台湾辉能、中航锂电等。CATL以硫化物电解质为主要研发方向,采用正极包覆解决正极材料与固态电解质的界面反应问题,目前聚合物锂金属固态电池循环达到300周以上,容量保持率达82%。国珈星际采用材料基因组技术,通过高通量测试技术确定聚合物固态电解质的最佳组成。此外,如赣锋锂业、比亚迪、万向123等也都宣布布局固态电池领域,但大部分企业仍处于“口头研发”阶段。

从国内专利申请人来看,还包括丰田、现代等日本、韩国等国外的企业申请人,且申请量也处于领先地位。说明国内企业在技术领域的研发有待加强,应结合国内外研发IPC分类进行项目立项,找到企业发展的重点方向,力求国内企业申请人能够在本技术领域不论是技术还是专利数量及布局上都取得优势地位。

(2)专利布局启示

通过分析可知,近几年来固态电池技术领域的相关申请发展迅速,申请量逐年增加,申请人在该领域的布局也逐渐加强,但是固态电池技术上仍存在重重壁垒,各个国家都在加紧步伐抢占先机,申请重点主要集中在固体电解质材料、界面性能优化、电极材料选择等,现在多处于研究阶段,真正实现产业化的很少。对我国来说,也是科研机构作为主力军,相应的企业申请人并没有进行深入研究,且我国涉及的核心专利不多,主导权尚未掌握。为此,作为政府不仅要加大力度支持,更要对专利促进政策进行阶段性定位,从偏重数量激励转变为以“质”为核心,构建良性运转的创新制度体系,作为企业应充分利用高校和科研单位的技术优势加强对核心专利的深入研究,并围绕核心专利不断进行应用性的开发研究,申请众多的外围专利,再利用外围专利进一步覆盖技术领域,构筑外围专利网,形成攻防体系,在激励竞争中赢得主动权。

(3)技术创新启示

固态电池在我国属于一个新兴研究领域,是近几年的研究热点,但是我国本土企业参与固态电池研究的很少,我国固态电池的主要企业申请人多为一些国外跨国企业,如日本的丰田自动车株式会社。

高校和科研院所是国内固态电池技术的研究主体,建议国内固态电池领域的重点企业与高校和研究院所加强合作,形成一个集中的固态电池技术联盟,对固态电池技术进行统一、集中调研。首先,在调研过程中了解和学习固态电池目前的专利技术,去其糟粕取其精华,对其进行深加工,形成自主规避方案和自主知识产权;其次,在固态电池技术空白区域进行统一扫荡,形成外围防御型专利,克制竞争对手的外围技术延伸;再次,集中国企业和高校相关领域的高科技人才,针对固态电池发展的重点领域及所面临的技术难题进行高强度的封闭式研发,打破被动局面,抢先占据固态电池某些发展方向上的专利制高点。

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