喷墨打印应用在电池制造中的专利分析

姜峰+周小沫+吴冰+胡明军+严薇+张施露

摘 要：喷墨打印已经被作为一种微尺寸成型技术而广泛应用，该文对喷墨打印在电池制造中应用的中国专利申请信息进行了统计分析，详细介绍了国内该领域中的专利申请现况，以此为基础，为国内在该领域的发展提出一些建议，为我国技术研发和政策制定提供相关参考。

关键词：喷墨打印 电池 专利 分析

中图分类号：U469.72 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（b）-0048-03

随着微电子技术和集成电路规模化的快速发展，对于电池尺寸的微型化提出了更高的要求。传统电池制造技术如叠层、卷绕等技术在微尺寸上无法实现精细化的精确操作，在制作微型电池时不仅存在巨大的挑战和难度，也无法满足快速增长地微电池规模化生产的需求。因此，开发一种能够在微尺寸维度内进行精细化控制的制造技术成为关键问题。

喷墨打印作为一种计算机控制的数字印刷技术，其原理是通过微米级尺寸的打印头，将墨水分散成墨水滴，同时依据计算机预先设定的打印程式，将墨水滴打印沉积在载体上，进而呈现出图案或文字[1-2]。近些年来，喷墨打印作为一种可以实现在微米级尺度上精确控制的图案化技术，已经被越来越广泛地应用于生物技术[3-5]、发光器件[6-8]、传感器[9-10]、晶体管[11-12]等领域，特别是电池制造[13-19]领域。

中国作为制造和消费大国，拥有巨大的电池能源市场，实现电池领域的中国创造，不仅要清楚行业现状，更要掌握技术的发展趋势。本文以喷墨打印在电池领域中应用的中国专利申请数据为样本，从时间分布、地域分布、技术分布以及申请人分布等多角度详细分析了国内在该领域中的发展现状，进而为国内该领域的发展提出一些建议，为技术研发和政策制定提供相关参考。

1 数据分析

1.1 申请整体概况

本文以CNABS专利文摘数据库为基础，通过分类号和关键词的组合检索方式，检索统计得到涉及喷墨打印在电池领域中应用的专利申请总量为56件（检索截止时间为2014年1月3日，截至上述检索日，2012年7月3日以后的申请中，可能存在部分申请由于未满十八个月尚未公布，因此，涉及2012年7月3日以后的专利申请数据仅供参考）。

从总申请量来看，目前该领域专利申请仍偏少，也反映出国内在该领域仍处在发展初期，成熟的专利布局尚未形成，也意味着仍有较大的发展空间。

该领域首次中国专利申请由美国申请人斯里国际提出，申请日为1998年11月24日，申请号为CN1314829A，涉及燃料电池膜电极组件的制造。佐证了美国在全球技术发展与革新的带动作用和领先地位；首位中国内地申请人为中国科学院大连化学物理研究所，申请时间为1999年4月7日，申请号为CN1269429A，涉及燃料电池膜电极组件制造。第一个国内申请人的申请时间落后于国外申请人仅半年，说明国内在该领域的研究虽然仍处于落后地位，但可以紧跟世界范围内的技术最新发展趋势。

1.2 申请人分布

1.2.1 申请人属性分布

图1显示了申请人属性的整体状况。从全部申请人来看，高校/科研机构申请人占比26.32%，企业申请人占比68.42%，个人申请人仅占比5.26%。在申请人的群体中，企业依然是专利申请的主体，反映出企业作为社会生产的实践者，其对于先进技术的需求最直接，对技术发展革新的趋势也最敏锐，也反映出相对于高校/科研机构，企业拥有更强的技术专利化保护意识。

1.2.2 申请人地域分布

图2显示了申请人的地域分布情况。其中，中国内地申请人（不包括港澳台地区）的申请量占比21.43%，国外申请人占比8.57%。美国占比14.29%，欧盟地区占比28.57%，日本占比25%，韩国占比8.93%，美、欧、日、韩四地区申请人的申请量合计占总申请量的62.5%，占国外申请人总申请量的79.55%，占据了国内该领域专利申请的主体。上述四地区均为发达国家和地区，工业化程度高，工业技术发展研究均处于领先地位，在该领域所呈现出的主体地位也是可以理解的。

1.2.3 重要申请人

表1列出了该领域中排名前10的申请人。外国申请人占据了前8，具有绝对的技术优势。其中，有三位申请人来自日本，包括排在第一位的日产自动车株式会社，反映出日本在该领域中的领先地位。外国申请人均来自美国、日本、欧盟和韩国，由此也不难理解四地区在该领域中的强势地位。外国申请人中只有排名第6的精工爱普生株式会社主要涉及打印机领域，其余分布在电子设备、汽车、能源等领域，均与电池领域密切相关，由此可见，其在该领域中的领先地位与其积极的投入是分不开的。前10中仅有2位中国申请人，分别是武汉理工大学和汉能科技有限公司。汉能科技有限公司业务涉及燃料电池、能源转化方面，其占有的重要位置也受益于企业战略层面的重视。

1.3 申请技术分布

专利申请技术分布如图3所示。可以看出，喷墨打印技术重点分布在燃料电池、太阳能电池以及锂二次电池三个电池领域，从现有专利申请的内容来看，这主要与电池结构和制造过程有关。燃料电池的膜电极组件中，通过在质子交换膜表面覆合催化剂层而制成，催化剂一般为贵金属纳米材料，可以溶解于溶剂而制作成喷墨打印用墨水，同时质子交换膜由有机材料组成，也可以分散于有机溶剂而制作墨水。锂二次电池的电极常规制作工艺中，电极经历预混合电极物质与添加剂成电极浆料等程序，其中电极浆料经过进一步改进优化也可制成喷墨打印墨水。太阳能电池中，以聚合物太阳能电池为主，源于聚合物太阳能电池结构中多是聚合物组分或是无机组分，有利于制作成墨水。喷墨打印的关键技术之一便是打印墨水的制作，而这三种电池均有便于制作墨水的技术优势，因此投入研究较多，专利申请量也较大。

1.4 申请时间分布

1.4.1 申请量时间分布endprint

从图4可以看出，该领域的首次中国申请出现在1998年，但在接下来的几年申请量并没有显著增长，直到2003-2004年，申请量才出现较为明显的上升，这反应出一项新技术的研发需要经历一定的周期。从2004开始，申请量一直维持在约5件/年的较低水平，这个时期申请量未有明显增长主要归因于该领域中的研究并未取得任何实质性的进步和技术上的突破，遇到了技术发展的瓶颈。在2011年，该领域中专利申请量显著增加，一方面源于对打印制造设备的改进和发展，使得喷墨打印技术在制造领域中的应用更具可操作性；另一方面源于打印制造技术受到的持续关注，吸引了更多的研究者投入其中，进而加速推动了技术的进步。

1.4.2 各地区申请时间分布

图5详细的展示了1998年至2003年之间，美国、日本、欧盟、韩国以及中国申请人的专利申请量随时间变化的趋势。可以看出，美国作为技术发展革新的引领者，最早从1998年就在中国提出专利申请。中国紧随其后，借助科研机构对技术发展趋势的敏锐性和研发自主性，在1999年提出第一件专利申请。日本在该领域中的专利布局较为落后，在2004年才开始提出申请，其申请量一直稳定在较高的水平。韩国则相对较晚，2009年才开始提出专利申请，这归因于该领域技术发展并不成熟，仍存在一定的技术瓶颈。专利申请量的第一次增长分布在2004年左右，借助打印机技术的发展成熟，以及中国在制造业中“世界工厂”的重要地位，各国申请人开始重视在中国市场的战略规划，意图建立自己的专利领土，抢占中国市场；第二次增长分布在2011年，中国提出中国创造的概念，鼓励创新的政策导向，以及专利制度在支持和保护中国创造中重要作用的日益凸显，推动了专利申请量的增长；同时，借助3D打印技术的热潮，喷墨打印成型技术凭借其制造优势，也引起了越来越广泛的关注，同时也推动了技术的发展。

2 对我国喷墨打印制造电池专利技术发展的建议

2.1 政策导向，重点扶持

目前国内在该领域仍处于发展初期，专利技术发展尚未成熟，专利壁垒也未形成。国内在该领域具有一定的研究基础和积累，但还需要在多个关键技术方面取得突破，才能使该领域进入快速发展阶段。国家和地区政府应出台相关政策，为提升中国创造的竞争力，对相关创造行为给予更多的鼓励和保护，引导更多的优秀企业和人才进入该领域，推动该领域的发展。

2.2 产研结合，重点突破

企业在生产第一线，对于市场需求敏感性强；科研机构具有很强的综合研发实力，对技术发展趋势变化敏感性强；对于该领域的发展，应有效结合二者的优势，实现产研结合，促进重点企业和重点科研机构之间的合作，结合市场导向，对该领域中的关键技术和重点技术进行集中研发，争取掌握该领域中的核心关键技术。

2.3 积极布局，划定领地

国内电池领域的行业从业者应着眼未来，抓住机遇，尽早做出专利规划，积极地对相关技术进行专利布局保护，借助技术创新，抢占市场先机，建立起专利壁垒，划定属于自己的专利领地。

（注：作者周小沫对本文所作贡献与第一作者等同，因篇幅所限，将其列为第二作者，特此说明。）

参考文献

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