锂电池知识产权分析

鞠洪博,汪 然,,高志龙,华 震

1.江苏科技大学 材料科学与工程学院 江苏镇江 212100 2.江苏天哲(镇江)律师事务所 江苏镇江 212002

1 锂电池简介

化石能源短缺,全球气候变暖,环境污染,这些现象已成为全人类共同面对的问题。有关报道显示,我国的空气污染主要来源于汽车,大部分石油也用于汽车行业。摆脱化石能源,发展循环、低碳经济已经成为国家发展战略。发展低碳经济,必然推动新能源行业兴起。使用新能源汽车是摆脱化石能源、保护环境的重要手段。

新能源汽车的发展给全球的动力电池产业带来了巨大的市场空间,锂离子动力电池是业界普遍看好的电动汽车电源。锂电池拥有较高的单体电压,比能量大,具有超长的循环使用寿命。锂电池未来的主要销量增长来源是动力电池,相关技术自然是业内人士的研究热点[1-2]。

2 磷酸铁锂电池专利情况

锂电池于20世纪70年代被提出。锂电池虽然结构简单,但是在已知的电力系统中所提供的电力最大,因此在众多电池中脱颖而出。1991年,索尼公司推出了第一款商业化用途锂电池,彻底改变了电池市场。目前,锂电池用于医疗、航空、汽车、国防等领域。锂电池的重要部件是阳极、阴极和电解液。市面上用的最多的电极材料一般是石墨碳和钾金属氧化物,不同的用料会使锂电池的使用性、安全性和使用寿命有很大不同。

磷酸铁锂电池是锂电池中备受关注的种类之一,采用磷酸铁锂材料作为电池正极。目前,磷酸铁锂电池广泛应用于电动汽车、电动自行车、电动工具、发电储能等领域。磷酸铁锂电池具有寿命长、使用安全、可大电流快速充电、耐高温、容量大、无记忆效应、体积小、质量轻、绿色环保等多方面优点。我国面临严峻的环境保护问题,磷酸铁锂电池的出现成为我国解决环境污染和能源紧张等问题的重要手段,磷酸铁锂电池在我国具有巨大的市场潜力。

我国对促进磷酸铁锂电池消费的增长起重要作用,原因在于我国拥有庞大的电动汽车市场作为支撑,电动汽车行业占据磷酸铁锂电池市场的62%。目前,在全球磷酸铁锂电池市场中,亚太地区占据了58%的市场份额。其中,仅我国就占据了亚太地区40%的市场份额。在未来较长的一段时间内,我国将是亚太地区磷酸铁锂电池市场的重要影响因素。

磷酸铁锂电池领域专利申请量排名前十的主要申请人见表1。由表1可见,排名前十的主要是我国和日本的高校、企业。其中,日本三家企业分别占据第四名、第五名和第八名,其余都是我国的高校和企业。彩虹集团、比亚迪和清华大学占据前三名,这表明我国的高校、企业在磷酸铁锂电池领域中拥有较强的研发能力和专利保护意识,我国高校和企业加大了研发的投入力度,逐渐成为专利技术创新的主体[3-4]。

表1 磷酸铁锂电池专利申请人

2000年至2019年全球范围内磷酸铁锂电池专利申请情况如图1所示,截止到2020年上半年,全球申请的有关磷酸铁锂电池的专利一共有4 258项。由图1可以看出,2005年之前全球磷酸铁锂电池的专利申请量增长缓慢,2005年至2011年期间申请量增长迅速,2011年的申请量是2005年的10倍多,2011年至2017年申请量稳定在350件左右。由于专利申请后需要18个月才会公布,因此近两年的申请量不具有参考价值。2011年之后磷酸铁锂电池专利申请量开始缓慢下降,主要原因是随着技术的成熟和进步,磷酸铁锂电池的专利研究趋于饱和,世界各国开始着手研究新型电池材料[5]。

图1 2000年至2019年全球磷酸铁锂电池专利申请情况

3 日本锂电池专利情况

日本是世界上最大的锂电池生产国,在锂电池领域拥有众多专利技术,在锂电池商业化生产方面处于世界领先地位,一度是锂电池及相关材料专利数量最多的国家。日本锂电池专利数量见表2。

日本patentresult公司根据各个被统计公司对专利技术要求、专利拥有者权利要求,以及专利审查者对专利先进性评价等计算出专利综合实力排行榜[6]。日本主要公司锂电池专利综合实力分布如图2～图6所示。

4 我国锂电池专利情况

我国是世界三大锂电池生产国之一。近年来,随着国家经济和产业的高速发展,我国在锂电池及相关材料的专利申请量方面呈现井喷式增长。

截止至2019年5月,我国锂电池正极材料专利申请量如图7所示。由图7可以看出,从2000年至2006年,相关专利每年以10件左右的速度增长,直至2006年的97件。从2007年开始,增长速度明显加快,相关专利数量突破100件,相比2006年增幅达到57.73%。从2007年至2011年,在相关专利数量上保持持续增长的趋势。2011年至2015年,相关专利数量有增有减,原因是有些专利申请了延迟公开,以达到保护相关知识产权的目的。最近几年相关专利数量占整体数量的50.29%,可以看出最近几年我国锂电池领域发展迅速,我国在2007年之后越来越重视锂电池技术的发展[7]。

我国锂电池正极材料专利主要申请人情况如图8所示。由图8可以看出,排名前十的只有一家日本企业三洋电机,其余全部是我国高校和企业,这与2010年之前截然不同。随着我国科技的发展和国家对科研的投入,我国已经成为锂电池及其相关材料领域专利的主要申请人,企业申请占多数,这说明我国的锂电池技术已经由高校理论研究向企业实际应用转变。

表2 日本锂电池专利数量

图2 日本企业锰酸锂正极专利分布

图3 日本企业磷酸铁锂正极专利分布

图4 日本企业合金负极专利分布

图5 日本企业铁酸锂负极专利分布

图6 日本企业有机电解液专利分布

图7 我国锂电池正极材料专利申请量

我国各省(市)锂电池专利申请量比例如图9所示。由图9可以看出,广东占24.84%,其次是北京和浙江,三者之和将近50%。这三个省(市)经济发达,科研机构和高校众多。北京是全国的政治中心,市内有众多高校和研究机构,国家一直非常重视这些高校和研究机构,因此在区域创新上占据很大优势。可见,政府对于所在地的科技创新起到很大作用,要想提高区域创新能力,政府必须重视科研机构,加大科研投入,关注专利技术的发展情况和生存环境,促进企业实施专利发展战略[8]。

图9 中国各省市锂电池专利申请量比例

在知识产权保护方面,我国的保护意识还很弱,常常在某一领域取得专利后却不能够及时在国外进行自我知识产权的保护。国外很多公司目前都在我国进行知识产权布局,他们虽然近年来申请的专利数量没有我国多,但是他们的专利涵盖面很广,并且很多都是原创型核心技术。如果我国对自身的知识产权不懂得保护,那么在电动汽车等行业很可能会出现被侵权情况[9]。

5 锂电池知识产权战略分析

在锂电池领域,前十名的专利申请者基本都为日本和我国的高校、企业。在2010年以前,日本是锂电池领域拥有专利最多的国家,原因在于日本早在2002年时就确立了知识产权立国的政策。日本很早就开始在我国部署知识产权战略,成为我国最大的外国专利持有者,而欧美国家则更加注重发明创造,其专利以专利合作条约的方式进入我国市场,以达到减少重复劳动的目的,然后再向世界其它国家推销自己的专利。我国的产业仍然以劳动密集型为主,要想实现从劳动型向创造型转变,还需要走很长的一段路[10]。近几年,随着我国科技的进步和发展,以及国家加大对科研的投入力度,我国已经成为锂电池领域拥有专利最多的国家,并且逐渐由改进型专利向发明创造型专利转变。

日本固态锂电池专利申请量变化趋势如图10所示。由图10可以看出,2000年至2005年日本固态锂电池专利申请量处于下降的趋势,2005年之后日本固态锂电池专利申请量迅速增长,主要原因是日本科技逐渐成熟,日本政府逐渐重视固态锂电池技术的研究。日本申请人在申请专利的同时逐步在我国进行知识产权的布局,以起到对专利的保护作用,拥有很强的知识产权保护意识。

图10 日本固态锂电池专利申请量变化趋势

我国锂电池专利申请量变化趋势如图11所示。我国锂电池研究起步较晚,2001年至2007年锂电池专利申请量保持在较低的水平,增长缓慢。2007年之后,由于国家绿色节能环保理念的提出和国家对新能源的大力支持,使我国锂电池行业得到了快速发展,专利申请数量显著增加,并且在2010年之后增长迅速。2017年,我国锂电池专利申请量已突破10 000件。2019年专利申请数量有所下降,原因是我国在锂电池领域的技术已逐渐趋于成熟,并且逐步转向实际应用方面。

图11 我国锂电池专利申请量变化趋势

锂电池正极材料专利分布情况如图12所示。由图12可以看出,我国锂电池专利申请量占据全球总量的67.8%,而国外仅占32.2%,我国锂电池申请量已远超日本等其它国家。在国外申请份额中,日本占63%,远超韩国、德国等国家,日本依然是锂电池领域专利的主要申请人之一,拥有很强的研发实力。我国经过这些年的发展,已经成为全球锂电池领域的主要申请人,并且依然保持着良好的发展趋势。

图12 锂电池正极材料专利分布情况

6 锂电池知识产权保护措施

2010年之前,日本是锂电池专利的主要拥有者,并且非常注重对知识产权的保护。经过这些年的发展,我国在锂电池专利数量方面已远超日本,成为锂电池专利的主要申请人。虽然我国已成为主要申请人,但是对知识产权的保护意识还很薄弱。应对锂电池知识产权的保护,应该采取如下措施:

(1) 完善知识产权的培训,提高意识;

(2) 锂电池是一个新兴快速发展的行业,在对锂电池技术改良的同时,要注意对知识产权的保护,最好能够发展出核心技术专利;

(3) 加大对锂电池研究的投入,出台有利于锂电池行业发展的政策;

(4) 构筑具有中国特色的锂电池及关键材料专利结构,做好核心技术申请前的保密工作。

7 结束语

近年来,我国已成为全球最大的锂电池消费国,未来锂电池在我国的市场还将进一步扩大。但是,国内研究人员及企业对锂电池知识产权的保护意识还需增强。因此,加强技术研究,保护知识产权成为一项迫在眉睫的工作。建立我国的锂电池专利预警机制,提高我国锂电池企业的核心竞争力,是一项重要工作。