锂离子电池正极材料磷酸铁锂改性技术专利分析

姜 静 王云飞 初志勇青岛市科学技术信息研究所

锂离子电池正极材料磷酸铁锂改性技术专利分析

姜 静 王云飞 初志勇
青岛市科学技术信息研究所

动力型锂离子电池关键技术涉及正极、负极、电解质（电解液）、隔膜、电池单体、电池组等产业链领域。其中，锂离子电池正极材料种类较多，主要包括钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍锰钴三元材料和磷酸铁锂等。磷酸铁锂具有循环寿命长、材料成本低等优势，是未来锂离子电池正极材料的重要发展方向。磷酸铁锂正极材料表面改性研究主要集中在离子掺杂、包覆修饰、复合合成等方面。因此，本专利分析的研究边界确定为锂离子电池正极材料磷酸铁锂改性技术。

专利检索

技术分解

锂离子电池正极材料磷酸铁锂改性技术包括包覆改性、掺杂改性、复合改性三大类，具体技术分解如表1所示。

表1 锂离子电池正极材料磷酸铁锂改性技术分解表

检索策略

中文：第一技术方案点总体采用总分式检索策略，采用关键词加分类号检索，获得与技术主题相关的总体文献量。根据技术分解表，对涉及的三个关键技术分别进行检索，获得所关注的各个关键技术的文献量。在针对各关键技术检索时采用的是分筐检索策略，按照原理将其划分为每一个技术块/技术点，各技术块之间为或的关系。三级检索关注的是技术细分。

英文：检索思路与中文相同，分类号的使用更为丰富。

检索要素表

锂离子电池正极材料磷酸铁锂改性技术中文及英文检索要素分别如表2、表3所示。

检索过程

中文库：专利之星

（001） F TX 锂*电池*磷酸铁锂*（改性+包覆+碳包+炭包+包碳+包炭+覆碳+覆炭+涂覆+掺杂）〈hits：309〉

（002） F IC C01B25+H01M4 〈hits：25150〉

（003） J 001*002 〈hits：301〉（简单去噪后的总文献量）

外文库：合享新创-INCOPAT

1 TIABC=（lithium OR Li） AND （positive OR cathode） AND LiFePO4 AND （modif* OR dop* OR coat* OR cover* ） 〈207〉

2 #1 AND IPC=（C01B25 OR H01M4） 〈169〉（简单去噪后的总文献量）

查全评估

表2 锂离子电池正极材料磷酸铁锂改性中文检索要素表

表3 锂离子电池正极材料磷酸铁锂改性英文检索要素表

1.中文

（011） F PA 上海锦众信息科技有限公司 〈hits：100〉

（012） F TX 磷酸铁锂 〈hits：1572〉

（013） J 011*012 〈hits：7〉

（014） J 003*013 〈hits：7〉

随机抽选发明人：上海锦众信息科技有限公司，经过人工阅读确定有效文献7篇。查全率=7/7=100%，查全评估结果〉90%，终止检索。

2.英文

随机抽选发明人：Masquelier Christian，经过人工阅读确定有效文献5篇。查全率=5/5=100%，查全评估结果〉90%，终止检索。

随机抽选发明人：Armand Michel，经过人工阅读确定有效文献4篇。查全率=4/4=100%，查全评估结果〉90%，终止检索。

查准评估

1.中文

（006） F IN 姜 〈hits：91351〉

（007） J 003*006 〈hits：18〉

将检索结果中发明人姓为“姜”的专利抽出，文献量为18，查准率=17/18=94.4%，查准评估结果〉90%。

采用人工阅读去噪的方法，得到288条相关专利，查准率=288/301=95.6%，查准评估结果〉90%，终止检索。

2.英文

随机抽取Excel表格第30—50行共20篇查看，相关18篇，查准率 90%，终止检索。

图1 锂离子电池正极材料磷酸铁锂改性技术专利申请趋势

图2 国内主要申请人及专利族数

图3 国外主要申请人及专利族数

采用人工阅读去噪的方法，得到159条相关专利，查准率=159/169=94%，查准评估结果〉90%，终止检索。

专利分析

全球专利申请趋势

截至2015年，经专利之星和INCOPAT平台检索，锂离子电池正极材料磷酸铁锂改性技术在中国有288项专利族，全球有159项。

根据趋势图显示，锂离子电池正极材料磷酸铁锂改性技术专利申请经历了三个阶段：第一阶段：2000～2005年为平稳发展期，年均申请量为个位数；第二阶段：2006～2009年为较快增长期，年均申请量达到20余件；第三阶段：2010年之后进入快速增长期，2010年达到54件，且年均增速稳定，至2013年达到90件。

主要专利申请人分析

锂离子电池正极材料磷酸铁锂改性技术专利主要申请人及专利族数如图2、图3所示。

图2给出了国内专利族数量前五位申请人及该申请人的专利族数。其中，合肥恒能新能源科技有限公司以19项专利排在第一位，彩虹集团公司10项排名第二。中南大学、上海锦众信息科技有限公司、横店集团东磁股份有限公司分别以8项、7项、5项排名第三、四、五位。

图3给出了国外专利族数量前五位申请人及该申请人的专利族数。其中，LG Chem（韩国LG化学公司）以21项专利排在第一位，其后分别是12项的Umicore（优美科公司），10项的Sony（索尼公司），9项的MIT（美国麻省理工学院）以及8项的CNRS（法国国家科学研究院）。

图4 国内主要发明人及专利族数

图5 国外主要发明人及专利族数

图6 专利技术功效图

图7 国外专利法律状态分析

主要专利发明人分析

锂离子电池正极材料磷酸铁锂改性技术专利主要发明人及专利族数如图4、图5所示。

图4给出了国内专利族数量前六位发明人及该发明人的专利族数。图示专利族数量排在并列第一位的三个人分别是林彭桃君、蒋森和陈夕顺，他们共同来自合肥恒能新能源科技有限公司。来自上海锦众信息科技有限公司的姜波涉及7项，来自彩虹集团的靳素芳和来自横店集团东磁股份有限公司的包大新分别涉及5项。表明主要申请人都有自己的研发骨干人员。

图5给出了国外专利族数量前六位发明人及该发明人的专利族数。Chiang Yet-ming13项，Masquelier Christian12项，Gozdz Antoni s.11项，Holman Richard k.11项，Armand Michel9项，Viola Michael s.7项。 其 中Chiang Yet-ming、Gozdz Antoni s、Holman Richard k.和 Viola Michael s.均来自 MIT （Massachusetts Institute of Technology，美国麻省理工学院），Masquelier Christian来自Umicore（优美科公司），Armand Michel来自Universite de Montreal（加拿大蒙特利尔大学）。表明美国麻省理工学院的研究团队实力较强。

专利技术功效分析

锂离子电池正极材料磷酸铁锂改性技术专利技术功效如图6所示。

从图6可以看出碳包覆和金属包覆主要为了增加粒子间导电性，金属掺杂和氟掺杂主要为了增加电子间导电性，包覆掺杂相结合主要为了同时增加粒子间和电子间导电性。

专利法律状态分析

锂离子电池正极材料磷酸铁锂改性技术国外专利法律状态分析如图7所示。（因国内专利采用专利之星平台检索，其法律状态项缺失，故仅有国外专利法律状态分析部分。）

图7给出了国外法律状态统计分析，如图所示，锂离子电池正极材料磷酸铁锂改性技术公开专利71件，占57%；生效专利27件，占22%；未决专利25件，占20%；转让专利1件，占1%。整个专利的有效性和活跃性较好。

结束语

1997年，美国John B.Goodenough教授提出正交橄榄石结构的磷酸铁锂正极材料。美国Valence公司与A123公司最早将磷酸铁锂用做离子电池正极材料。目前，磷酸铁锂正极材料改性技术已成为锂电池行业发展的前沿技术之一。通过表面改性，正极材料的电化学性、热稳定性及循环性得到了改善和提高。由于磷酸铁锂正极材料制备工艺复杂，技术与资金门槛要求较高，国内磷酸铁锂正极材料生产技术尚未成熟，其材料的性能和稳定性不够，缺乏核心自主知识产权。随着动力型锂离子电池市场规模的增长，国内相关企业应在突破关键技术的同时加强专利布局。