富锂氧化物正极材料专利技术分析*

王双陆，胡康慧，吴振国，郭孝东

(1 韶关东阳光科技研发有限公司，广东 韶关 512000；2 成都理工大学材料与化学化工学院，四川 成都 610059；3 四川大学化学工程学院，四川 成都 610065)

随着化石能源的不断消耗，环境污染以及全球变暖等问题对现代社会的发展形成了严重的挑战。发展可持续的清洁能源是未来社会发展的必由之路[1]。以零排放的电动汽车替代使用化石能源的燃油车可以有效减少二氧化碳的排放，缓解日渐增加的交通量造成的环境污染压力。锂离子电池由于具有能量密度高，能量转换效率高，循环寿命长等优点，成为手机、笔记本、数码相机等便携式电子设备的主要电源和电动汽车的动力支撑[1-2]。但是，随着人工智能、电动汽车等科技的发展，对锂离子电池的能量密度、功率密度和循环性能提出了更高要求[3]。

目前，一系列正极材料，如 LiCoO2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)、LiNixCoyMnzO2(NCM; x+y+z = 1)、尖晶石LiMn2O4以及橄榄石LiFePO4，已经得到广泛的商业应用[4-5]。但是，目前这些材料仍然无法满足人们对锂离子电池能量密度日益增加的需求。Thackeray及其合作者们在Li1.09Mn0.91O2研究中首先提出了富锂氧化物正极材料的概念。富锂氧化物正极材料，化学式为xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(0

本文以富锂层状氧化物正极材料技术相关专利作为研究的对象，目的在于通过对富锂层状氧化物正极材料技术领域的专利的关键技术分部情况进行统计与分析，以掌握富锂层状氧化物正极材料的研究热点和重点。

1 中国富锂氧化物正极材料的地域分布

图1是富锂氧化物正极材料中国专利的来源分布，其中北京、广东和浙江占据国内省市前三位。北京省以180件位居第一，这与众多高等院校集中有关。第二的是广东，专利数量为128件，这与广东发达的电子行业有关，同时广东拥有很多锂电池领域的龙头企业比如比亚迪、东莞新能源科技和比克公司。第三就是拥有82件相关专利的浙江，这和浙江拥有203家锂电池行业有关，比如宁波纳微新能源科技有限公司、长兴鑫泓新能源科技有限公司、宁波鸿源电子科技有限公司等。从整体区域来看，有关富锂氧化物正极材料的专利主要集中在我国的东部沿海地区，但是整体体现出向中西部辐射转移，这和中西部拥有丰富的锂矿资源有关。

图1 富锂氧化物正极材料专利技术地域分布

2 专利数量年度分布分析

有关富锂氧化物正极材料专利在华申请数量随着时间变化趋势如图2所示，从2004年到2010年，有关富锂氧化物正极材料的专利数目小等于1，属于该类正极材料的萌发期。从2011年到2014年，从10件开始快速增长，大约每年增长25件，到2014年数量达到80件。结果，这四年专利的数目翻了8倍。这几年专利数量平稳增长，进入稳定增长期。2015相对于2014年，专利数目明显的下降，从2014年的80件下降到2015年的66件。随后从2015年到2018年的四年间专利数目持续增长。2020年专利数量只统计了1-3月的数量。从专利数量的发展趋势可以看出，在2010年以前，关于锂电池正极相关研究并不多，且相关技术还不成熟。但是2010年以后，我国对锂离子动力电池技术越发的重视，并逐渐的加大了对正极材料相关理论的研究，这致使相关专利数量不断的增加(最近五年的专利数量占全部专利数量的69.24%)，同时也反映出最近几年富锂氧化物正极材料发展迅速，相关技术也在不断成熟。

图2 我国受理的富锂氧化物正极材料专利技术数量的年度变化趋势

3 申请单位/申请人分布情况

表1为排名前20的申请单位情况，从统计看出，其中福建师范大学最多，申请量为35件。在前20名中，其中有11个是高校，其余9个是企业。这说明在富锂氧化物正极材料方面，高校专利数量明显远超企业的专利数量，高校的专利数占总数的71.19%，然而企业的专利数目占比仅有28.81%。这说明我国在富锂氧化物正极材料的研究主要还集中在高校，这与富锂正极材料还没有投入实际的应用有一定的关系。同时，说明国家以及科院院校不断的加大对高比容量高电压型电池材料的研究力度，并且在该领域取得了很多理论上的突破。图3为前10的富锂氧化物正极材料专利申请人饼状图统计，其中在中国有关富锂氧化物正极材料专利数目最多的是童庆松，占前十名专利数的19.37%。说明在国内童庆松对富锂氧化物正极材料进行了较多较为全面的研究，具有较为深刻的见解。

表1 富锂氧化物正极材料专利申请单位情况

图3 富锂氧化物正极材料申请人情况

4 富锂氧化物正极材料的制备、改性及应用技术专利分析

接下来，我们将对富锂氧化物正极材料的制备、改性及应用技术进行详细的分类解读，将涉及富锂氧化物正极材料相关技术专利规划分为4类：富锂氧化物正极材料的制备、包覆、掺杂及应用。其中占比最高的是包覆改性方面的专利，具体件数为206件，其中占到专利总数的40.23%。第二就是具有149件专利数的富锂氧化物正极材料的制备，占专利总数的29.1%。其中占比最少的就是富锂氧化物正极材料的应用。从这样的数据可以看出富锂氧化物正极材料目前专利主要集中在材料的改性方面，这与该类材料存在着首圈库伦效率低、电压衰减快、容量衰减快以及倍率性能低等问题相关，同时这些问题目前还没有得到根本性的解决，以至于该类材料在应用上基本还没有实现。

图4 富锂氧化物正极材料的制备、包覆、掺杂及应用技术类型专利构成

5 结 语

从以上多个角度的分析可以看出，富锂氧化物正极材料的技术领域目前不断地受到关注，专利数量持续稳定的增长。富锂氧化物正极材料所涉及的相关基础理论和技术不断的取得进步，相信不久的将来能投入实际的应用。

整体分析，一方面，中国有关富锂氧化物正极材料的研究区域比较不平衡，主要集中在沿海地区。充分利用中西部丰富的矿产资源。推动富锂氧化物正极材料的均衡发展。另一方面，虽然目前已经申请成功了很多专利，但是主要集中在材料的改性和制备等方面，应用方面很薄弱。这与该类材料的缺点没有得到很好的抑制和解决有很大的关系。这使得富锂氧化物正极材料缺乏全产业链的专利布局体系。国内企业应该坚持以市场为导向的申请策略，响应国家的号召，积极推动富锂氧化物正极材料的市场化，促进富锂氧化物的应用。