基于专利分析的锂离子电池储能技术发展态势

胥彦玲，李 纯，扆铁梅，张 红



基于专利分析的锂离子电池储能技术发展态势

胥彦玲，李 纯，扆铁梅，张 红

（北京市科学技术情报研究所，北京 100144）

锂离子电池是目前最具发展前景的高效二次电池和发展最快的化学储能电源，已成为各国竞相竞争的技术热点。专利技术能够反映某一技术领域创新发展的现状和历程，已成为开展竞争情报的重要信息源。本工作从专利角度出发，通过对锂离子电池储能技术领域专利的分析，发现和了解锂离子储能技术的发展态势，以期为我国政府与企业的战略决策提供参考与借鉴。

专利分析；锂离子电池储能技术；发展态势

锂离子电池（LiB）具有比能量高、低自放电、循环性能好、无记忆效应和绿色环保等性能优势，是目前最具发展前景的高效二次电池和发展最快的化学储能电源[1]。目前，锂离子电池中已经量产的有液体锂离子电池（LiB）和聚合物锂离子电池（LiP）两种，而且由于其质量轻、空间紧凑、储存容量大等优势，被广泛应用于电力输配、可再生能源并网、辅助服务、分布式微网以及电动汽车充换电等储能领域的各个方面。据国际市场研究机构Technavio发布的市场研究报告，到2020年，锂离子电池储能规模将达到3130 MW，期间年复合增长率近72%[2]。可见，随着储能产业的提速发展，锂离子电池储能技术的市场需求保持高速增长态势，锂离子电池储能技术已成为占据储能行业市场的竞争核心，而研究新型锂离子电池也成为各国竞相竞争的技术热点。

专利信息是自主创新成果的重要载体，它能够反映某一技术领域创新发展的现状和历程，已成为开展竞争情报的重要信息源。通过专利分析可以预测技术发展趋势、分析研究潜在市场，可为区域、企业制定技术战略布局提供重要参考依据，为科研立项、课题选择、产品攻关以及建立知识产权预警制度提供重要参考[3-4]。本文旨在通过对锂离子电池储能技术领域专利文献进行分析，发现锂离子储能技术的发展态势，以期为我国政府与企业的战略决策提供参考与借鉴。

1 数据来源与方法

本研究专利检索与分析工具均采用法国Questel公司的Orbit专利系统，该系统检索模块收录了约100个国家及组织的专利著录信息、22个国家及组织的全文专利数据，已被中国专利局、美国专利局、欧盟专利局、欧洲各国专利局、加拿大专利局、巴西专利局、古巴专利局、越南专利局等世界各地专利管理部门及众多世界500强企业广泛使用。检索方式以关键词结合国际专利分类号（IPC分类号）进行检索。关键词是通过文献调研和专家访谈获得的锂离子储能技术专业名词构成得出，关键词检索式为[(lithium ion battery) or (lithium ion secondary battery) or (lithium-ion battery) or (accumulateur lithium-ion) or (lithium ion cells) or (lithium-ion secondary battery)] and [(stored energy)or (accumulation energy) or (energy storage) or (energy storage capacitor)]，检索的IPC分类号包括H01M、H02R、G01R、B60L，检索时间为2016年6月，共检索专利32229件。因为专利申请到专利公开有18 个月的滞后期，使得大量专利还处于未公开状态，所以2014 年以后的数据仅作对比参考。采用Orbit专利系统的在线分析模块，对锂离子储能技术专利进行了分析，试图揭示锂离子储能技术专利的分布状况及行业发展态势。

2 结果分析

2.1 发展态势分析

分析锂离子储能技术发展的历程可以看出，该技术专利初始申请在1996年出现，之后进入缓慢发展阶段，到2004年略有减少，随后又进入增长阶段，2008年后专利数量开始大爆发，锂离子储能技术进入蓬勃发展阶段。锂离子储能技术专利走势，如图1所示。

对锂离子储能技术专利IPC小类年申请量及技术发明人进行逐年统计，结果见图2和图3。可以看出，自2002年以来，锂离子储能技术的研发重点开始凸现，新技术也开始不断涌现，并在2008年之后新技术迅猛增长，新的研发人员也不断加入，锂离子储能技术研究呈现蓬勃发展状态，研发重点主要侧重于电池组、供配电装置系统、电动车动力装置和电池测试等研发领域。从专利技术投资趋势来看，处于年增长状态，见图4。可见，随着新能源汽车产业及储能产业的快速发展，对锂离子储能技术的市场需求不断增强，投资前景向好。

2.2 竞争态势分析

2.2.1 研发力量分析

通过对锂离子储能技术专利族进行区域分析，发现锂离子储能技术领域的主要参与者以中国、美国、日本和德国的公司和机构为主。其中，我国在该技术研发领域的专利数量占据了绝对领导地位，共申请了14339项优先权专利，占据44%的份额，在各专利优先权国中排名第一，如图5所示。专利申请数量排名前30的行业领先企业或机构如图6所示。前10名包括松下、博世、中国国家电网公司、丰田汽车公司、三星SDI、三洋电器、LG CHEM公司、日立电子电气公司、清华大学和GS YUASA。

从专利国别上来看，中国和日本专利数量占据了很大份额。在专利数量排名前30位的企业与机构中，日本占11家，中国占9家，德国占4家，而美国、韩国和法国分别占3家、2家和1家。从图形分布来看，锂离子储能技术分布差距较大，排名第一的松下公司专利申请数量达到了457件，博世、中国国家电网公司、丰田汽车公司也均达到了350件以上，三星SDI、三洋电器、LG CHEM公司在200件以上，日立电子电气公司、清华大学、GS YUASA等11家企业或机构在100～150件，HONDA MOTOR、BYD等13家企业或机构均在100件以下，专利数量差距较大。从专利家族平均年龄来看（图7），目前有效专利持续时间最长的是松下公司和三洋电器，专利家族平均年龄为8年；其次是丰田、日立和本田，专利家族平均年龄为6年；比亚迪专利家族平均年龄为5年，其它均在5年以下。可见，松下公司和三洋电器对锂离子储能技术的依赖程度更强，其研发实力和市场竞争力亦较强，其次是丰田、日立、本田和比亚迪等。

从研究机构类型看，目前锂离子储能技术研发体系的主体是企业。日本、美国、德国、韩国的这些研究机构均为企业，中国除3所大学和1所研究机构外其余均为企业，而且这些企业均为汽车企业或电器企业。这反映出锂离子储能技术是随着储能市场及其产业化发展的需求而发展的，随着电器产品及电动汽车储能市场需求的不断膨胀，对锂离子储能技术的依赖程度也不断增强。

2.2.2 主要专利申请人竞争力分析

从全球主要专利申请人专利申请量年度分布（表1）来看，最早开始锂离子电池储能技术研 发的企业是松下、丰田、三洋和GS YUASA，其中松下、丰田、三洋之后每年都有相关专利申请，且申请专利总量也居于前六位，说明这些企业相关 研究基础好、实力强、持续性较好；而GS YUASA虽然申请专利较早，始于1996年，但之后几年没有专利申请，且从2001年后专利申请量较少，直到2010年以后，专利申请量急剧增加。博世、三星、LG、日立等公司虽然研发起步相对较晚，但后期研发的持续性较好，且研发实力较强。我国较早开 始该技术专利申请的是2003年清华大学的研发团队，2011年以后国家电网也开始了该技术专利的申请，且专利数量也在不断增长，而企业研发团队的专利布局进入较晚，但近几年的专利数量在不断增加。可见，储能产业和电动汽车在我国的发展比较缓慢，目前市场发展还不成熟，仍处在国家政策的引导和推动阶段，但企业的意识不断增强，潜在市场明显。

表1 主要专利申请人专利申请数量年度分布

2.3 技术现状分析

对检索到的锂离子储能技术专利IPC分类情况进行统计，结果如图8和图9所示。可以看出，锂离子电池储能技术的研发重点主要在H01M（电池组）和H02J（供配电装置系统）领域。2002年之后，在H01M和H02J领域研究更加成熟，这两种技术领域的专利数量迅速增加。同时，研发重点逐渐多元化，关于电池测试、变电量测量、电容器、电动车动力装置、半导体器件、照明装置等新技术也不断涌现。可见，随着锂离子电池储能技术的发展，研发重点逐渐向能量密度更高、功率密度更高、循环寿命更长和安全性更高的高效锂离子电池储能技术的研发方向发展。

3 结 论

专利信息对于预测一项技术的发展趋势、分析研究潜在市场具有一定的价值，但仅通过专利信息并不能准确判断研发机构的技术领先性，这是专利情报研究的局限所在。本研究基于专利分析的角度，

对锂离子电池储能技术的发展态势进行了分析研究，得出如下结论供相关领域研究者、决策者及企业参考。

（1）锂离子电池储能技术专利初始申请开始于1996年，之后专利数量不断增加，并且在2002年后新技术不断涌现，该技术进入成长期；2008年至今，专利数量飞速增长，该技术进入快速成长期。

（2）从国别来看，中国和日本专利数量占据了很大份额，主要参与者以中国、美国、日本和德国的公司和机构为主。

（3）从参与该技术研发的机构来看，专利申请量排名前10的是松下、博世、中国国家电网公司、丰田汽车公司、三星SDI、三洋电器、LG CHEM公司、日立电子电气公司、清华大学和GS YUASA，其中松下、丰田、三洋研发基础好、持续性好、实力较强。

（4）我国较早开始该技术专利申请的是2003年清华大学的研发团队，2011年以后国家电网也开始了该技术专利的申请，且专利数量也在不断增长，而企业研发团队的专利布局进入较晚，但近几年的专利数量在不断增加。由此说明，储能产业和电动汽车在我国的发展比较缓慢，目前市场发展还不成熟，仍处在国家政策的引导和推动阶段，但企业的意识不断增强，潜在市场明显。

（5）从技术研发重点来看，电池组和供配电装置系统一直是该技术研发领域的重点，在2002年之后，此两技术领域的研究更加成熟。同时，研发重点逐渐多元化，电池测试、变电量测量、电容器、电动车动力装置、半导体器件、照明装置等技术领域的研发也不断显现。可见，随着锂离子电池储能技术的发展及需求市场的不断发展，企业对能量 密度更高、功率密度更高、循环寿命更长和安全性更高的高效锂离子电池储能技术的研发也在不断推进。

[1] 闫金定. 锂离子电池发展现状及其前景分析[J]. 航空学报, 2014, 35(10): 2767-2775.

YAN Jinding. Current status and development analysis of lithium-ion batteries[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2014, 35(10): 2767-2775.

[2] 钟和. 未来5年智能电网电储能市场年增近73%[N]. 中国能源报. 2016-07-11(06).

ZHONG He. In the smart grid electric energy storage market in the next five years increased almost 73%[N]. China Energy News. 2016-07-11(06).

[3] 陈燕. 专利信息采集与分析[M]. 北京: 清华大学出版社, 2006: 1-30

CHEN Yan. Patent information collection and analysis[M]. Beijing: Tsinghua University Press, 2006: 1-30.

[4] 赵亚娟, 董瑜, 朱相丽, 等. 专利分析及其在情报研究中的应用[J]. 图书情报工作, 2006, 50(5): 19-22.

ZHAO Yajuan, DONG Yu, ZHU Xiangli, et al. Patent analysis and its application in information research[J]. Library and Information Service，2006, 50(5) : 19-22.

Development trend of lithium-ion battery energy storage technology based on patent analysis

,,,

(Beijing Institute of Science and Technology Information, Beijing 100144, China)

Lithium-ion battery is the most promising and efficient secondary battery, and is also the fastest development chemical energy storage power supply. It has become a hot competition in every country of world. Patent technology can reflect the current situation and process of the innovation and development of a technical field, which is an important information source for competitive intelligence. From the perspective of patent analysis of the lithium-ion battery energy storage technology, to understand the development trend of lithium-ion storage technology, it may provide references for the strategic decision of our government and enterprises.

patent analysis; lithium-ion battery storage technology; development trend

10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0105

G 306

A

2095-4239（2017）02-323-07

2016-12-19；修改稿日期：2017-01-05。

北京市科学技术研究院创新团队资助项目（IG201601N）。

胥彦玲（1977—），女，副研究员，从事科技情报与竞争情报研究，E-mail：yanling7722@126.com。