锂离子电池正极材料专利全景分析

杨青 王科

随着消费类电子产品和动力储能电池的广泛应用和普及，全球锂离子电池的市场规模不断扩大，在我国大力发展新能源汽车产业的强力带动下，国内锂离子电池的产业规模开始迅速发展壮大，我国已经成为全球锂离子电池最主要的生产国和消费国。近年来，中国锂离子电池产业技术水平取得了长足进步，而电池性能指标的不断提高，有赖于电池材料的技术进步。本文以5大局〔包括中国、美国、日本、韩国和欧洲专利局（EPO）〕专利数据为基础，以锂离子电池关键材料之一的正极材料为研究对象，通过分析重点区域技术发展趋势、技术创新主体、专利布局技术方向和中国区域技术竞争情况，从全球和中国的分析视角探析锂离子电池正极材料领域的技术发展动态和行业竞争态势。

1 重点区域技术发展趋势

电池材料的技术进步是锂离子电池性能指标不断提高的首要影响因素，特别是正极材料对于锂离子电池质量能量密度的影响最大。目前锂离子电池领域中，全球范围内专利申请最集中的领域分布在正极材料领域，其中正极材料领域5大局的专利申请量达到41 037件，超9成专利申请分布在近二十年间。

从全球正极材料领域的专利布局区域（见图1）来看，中国为专利申请的第一大国，贡献了近半数的专利，专利申请量占比达到44.9%。随着产业规模的扩大和技术的不断进步，作为后起之秀的中国在2000年开始，专利申请加速，在2006年时已超过日本，成为全球专利申请量最多的区域。紧随其后的日本，其在锂离子电池正极材料领域的专利申请量占比为25.6%。日本锂离子电池产品在商业化方面走在了世界前列，并涌现出索尼公司、日立公司、三洋电机株式会社等国际知名的锂离子电池制造商。日本的技术起步早于中国，早期專利申请一直处于全球首位，2006年被中国超越之后，近年来专利申请量有所回落。美国涉足锂离子电池基础理论较早，迄今其在锂离子电池正极材料领域的全球申请量占比为14.2%，近年来其专利申请量与日本相差不大。韩国拥有三星SDI株式会社、LG化学株式会社等知名锂离子电池厂商，其在锂离子电池正极材料领域的全球申请量占比为10.1%。

2 专利布局技术方向

从专利布局重点来看（见图2），正极材料领域以磷酸铁锂和三元复合物为技术布局重点，这2个技术方向的专利申请量均超过7 000件，锰酸锂和钴酸锂的专利申请量在磷酸铁锂和三元复合物之后，分别为3 594件和3 021件，目前硫化物技术领域的专利申请最少。从各技术领域的专利申请趋势来看，2006年之后各技术领域进入技术创新活跃的时期，其中磷酸铁锂技术领域表现突出，三元复合物领域各年度专利申请仅次于磷酸铁锂领域。2010年之后磷酸铁锂领域的研发热度有所下降，而三元复合物技术领域一直保持较高的研发热度。2014年之后专利申请量开始超过磷酸铁锂技术领域，成为近年来正极材料领域最热点的技术方向。

从5大局的专利布局重点来看，中国更侧重磷酸铁锂技术领域，在正极材料中的占比达到40.7%；日本、韩国和EPO更侧重三元复合物，其在各区域正极材料中的占比最高，超过30%；而美国以磷酸铁锂和三元复合物技术领域并重；此外日本对锰酸锂和钴酸锂技术领域的重视程度要高于其他区域。

3 全球专利申请人排名及技术布局方向

从锂离子电池正极材料领域的全球重点申请人来看（见表1），株式会社LG化学（简称“LG化学”）的专利申请量居首位，其次是丰田集团（简称“丰田”）和三星SDI株式会社（简称“三星SDI”），日立集团（简称“日立”）和松下电器产业株式会社（简称“松下电器”）的专利申请量相差不大，列三星SDI之后，前10榜单中以日本和韩国领先企业为主。中国本土申请人未进入全球前10榜单，其中日本企业占8位，技术实力雄厚，而且丰田也参与其中，这也与日本锂电池产业传统强国的地位相符，也体现了以丰田为代表的日本车企对该领域的研发热情较高，为锂电行业发展注入了新动力。与日韩企业相比，中国本土申请人的全球排名比较靠后，比亚迪股份有限公司（简称“比亚迪”）清华大学、中南大学等进入全球前20榜单。

从全球锂离子电池正极材料领域重点申请人技术布局重点来看（见表2），各申请人在正极材料5个技术方向均有专利布局，三元复合物是前10申请人最为关注的技术领域，其中以LG化学和住友集团（简称“住友”）该技术领域的专利申请量最多；LG化学和丰田的技术布局重点为三元复合物和磷酸铁锂领域，三星SDI的技术布局重点为三元复合物、磷酸铁锂和钴酸锂领域，三洋电机株式会社（简称“三洋电机”）更关注钴酸锂领域，而三菱集团的技术布局更侧重锰酸锂领域。

4 中国区域技术竞争情况

中国在锂离子电池正极材料领域共申请专利18440件，其中中国本土申请占82.7%，国外来华申请占17.3%（见图3）。中国省市排名中，广东省以2830件专利居首位，广东省主要的技术创新主体包括比亚迪和深圳市比克电池有限公司（简称“比克电池”）等；此外华南理工大学和华南师范大学等高校也有较多的专利申请；江苏省和北京市分列第2、第3位；浙江省和湖南省进入前5。国外来华申请人中，来自日本的专利申请数量最大，达到1 855件，远超过其他国家，松下电器、丰田、三洋电机、日立、索尼集团、住友是来自日本的主力申请人，此外韩国和美国也也是国外来华专利申请的重点国家，韩国的重点申请企业主要是LG化学和三星SDI，而美国重点申请企业主要是3M创新有限公司和通用汽车公司。

从锂离子电池正极材料领域中国区域的申请人排名来看（表3），LG化学居首位，其次是中南大学和比亚迪，中国申请人中合肥国轩高科动力能源有限公司（简称“国轩高科”）、清华大学、新能源科技有限公司（ATL）和深圳市比克电池有限公司也进入前10榜单，丰田、松下电器和三星SDI等全球领先企业在中国的保护力度也比较强，非常重视中国市场，在中国市场也有比较多的专利布局。从重点申请人的技术布局方向来看，LG化学以三元复合物为专利布局重点，中南大学和合肥国轩均侧重磷酸铁锂和三元复合物技术领域，比亚迪和清华大学的技术研发和专利布局重点为磷酸铁锂技术领域。

5 建议

第一，目前锂离子电池正极材料领域日韩企业处于领先地位，LG化学、丰田和三星SDI等在全球有大量的专利布局，且中国市场也是国外领先企业重点关注的专利布局市场。因而对中国企业来说，对竞争对手的专利信息进行跟踪、构建专利预警体系是非常有必要的，对竞争对手的专利跟踪与分析，能够把握竞争对手研发的技术方向，避免低水平重复研究，同时可以借鉴先进技术，提高技术创新效率，有效防控侵权风险。

第二，国内已经有良好的科研资源，在锂离子电池正极材料领域，中南大学和清华大学的专利申请量居国内前列，掌握了大量的优势技术，中国企业应当充分的利用，针对优势专利技术，可有针对性的采取联合开发或技术转让的形式，使企业和科研单位结成利益共同体发挥各自的优势，促进技术向市场的转化，形成良性循环。

第三，目前锂离子电池正极材料领域的重点和热点技术方向集中在三元复合物和磷酸铁锂领域，且三元复合物技术领域近期的研发热度更高，中国企业在自主创新的同时要注意把握重点和热点方向，同时要注重加强专利布局，有效保护创新成果。国外领先企业普遍具有全球化的专利布局策略，在重要市场积极进行专利布局，因而中国企业在加强中国本土市场专利布局的同时，可适时开展海外市场专利布局，以有效规避产品出口可能面临的侵权风险。