钴酸锂正极材料相关专利分析

甄薇薇

（有色金属技术经济研究院有限责任公司，北京 100080）

钴酸锂是目前主要的正极材料之一。钴酸锂为层状氧化物，在钴酸锂结构中，氧原子为立方密堆积，锂离子与钴离子交替占据着氧原子的八面体间隙空位，锂离子与钴离子被氧原子层分开，在（111）晶格方向上呈层状排列。锂离子可以在外电场作用下发生嵌入和脱嵌反应，在锂离子电池充放电过程中，通过锂离子在其所在的平面上发生可逆的嵌入和脱嵌反应，同时通过钴离子价态变化实现电荷补偿，从而保持锂离子电池材料的电中性。

1 钴酸锂正极材料专利态势分析

1.1 中国钴酸锂正极材料专利态势分析

（1）申请量分析

本文的专利数据选自incopat数据库，数据检索范围包括其收录的120个国家、地区和组织的专利数据，检索时间范围截止至2021年9月，检索采取关键词和分类号相结合的方式，并且对检索结果进行了人工筛选。截止检索日期，在中国专利局共检索到1552件钴酸锂相关专利，图1反映的是自2002年以来在华钴酸锂正极材料专利申请量趋势，从整体上看，钴酸锂正极材料专利申请量呈逐年递增趋势（2019年至今尚有大量专利未公开，所以2019年以后的专利申请量不作考虑，下同）。

图1 在华钴酸锂正极材料专利申请量趋势

（2）申请人分析

图2给出了钴酸锂正极材料在华申请量排名前十的申请人及其专利申请数量，其中有9家企业，1所大学，前十名申请人均为中国本土申请人。可见，在钴酸锂正极材料技术领域，企业是技术研发的主力，掌握着钴酸锂正极材料的最新技术。

图2 在华钴酸锂正极材料主要申请人构成分析

从公开的专利上看，前三名的专利申请人申请的专利主要集中在产品性能的提高上，如对钴酸锂正极材料进行掺杂、包覆、掺杂-包覆，其中，掺杂技术主要采用离子掺杂上，如采用铝、钛、镁、镍、锆、锰等掺杂；包覆技术涉及的专利较少，申请的专利如石墨烯包覆、钛酸锂包覆等；掺杂-包覆主要集中在离子掺杂、离子包覆技术上，如采用铝掺杂钛包覆、采用离子掺杂铝镁硅包覆等；还涉及少部分生产装置，如烧结装置、清洗装置、粉碎装置、混料装置等。

中南大学在钴酸锂正极材料方面申请的专利主要集中在从废旧电池中回收正极材料、材料改性、生产装置上，其中，材料改性技术主要集中在包覆、掺杂-包覆方面，包覆技术主要采用金属盐、氧化物包覆，金属盐如磷酸盐、钛酸盐、钴酸盐等，氧化物如二氧化锡等；掺杂-包覆主要包括离子掺杂、聚合物包覆。

湖南邦普循环科技有限公司、广东邦普循环科技有限公司、湖南邦普汽车循环有限公司均隶属于邦普集团，邦普集团创立于2005年12月，是一家主要从事再生资源的企业。三家企业的专利多为共同申请人，三家企业在钴酸锂正极材料方面申请的专利主要集中在烧结装置、材料改性、废旧电池回收上，其中，材料改性方面主要包括包覆、掺杂-包覆，包覆技术主要包括氧化物或氢氧化物或盐包覆、硼化物包覆，氧化物或氢氧化物或盐包覆如Al、Ti、Co、Mg、Sn的纳米级氧化物、纳米级氢氧化物或盐，硼化物如硼酸、四硼酸锂、氧化硼、磷酸硼、二硼化钛或偏硼酸钛中的至少一种；掺杂-包覆技术主要包括金属元素掺杂、尖晶石结构的包覆层，如包覆层的化学式为锂镍锰M的氧化物，其中M为Zr、Co、Cu、Fe、Cr、La、Y、Sc、Nd、Ce、Pr、Tm、Lu中的一种或多种。

宁德新能源科技有限公司在钴酸锂正极材料方面申请的专利主要集中在材料改性方面，主要包括包覆、掺杂-包覆，包覆技术包括氧化物包覆、有机物包覆、氟化物包覆，氧化物包括含有Zr、Hf、Sn、Ti、Mg、Ca、Sr、Ba、La等金属的氧化物；氟化物如MeFx，Me＝Al，Mg，Co以及Ni中的一种；有机物如通式为X-R-CnFaClb的有机物，其中R为烃基，X为硅氧烷基。掺杂-包覆技术主要包括金属元素掺杂、金属元素包覆，掺杂元素如Al、Mg、Y、Ni、Mn、La中的一种或几种，包覆元素如Mg、Al、Zr、Ti、Ni、Mn、Y、Nb中的一种或几种。

深圳市比克电池有限公司在钴酸锂正极材料方面申请的专利主要集中在正极材料的制备方法、正极材料包覆方面，其中，包覆技术包括碳包覆、氧化物包覆、钴酸锂包覆等，氧化物如Al2O3或MgO等。

北京当升材料科技股份有限公司在钴酸锂正极材料方面申请的专利主要集中在络合剂法制备正极材料、正极材料包覆方面，其中，包覆技术主要采用高分子聚合物包覆，如硅氧键高分子聚合物、磷氧键高分子聚合物、硼氧键高分子聚合物包覆等。

（3）技术构成

表1给出了国内钴酸锂正极材料专利申请的IPC分类号及其专利数量，从表1可以看出，国内钴酸锂正极材料专利申请的技术领域主要集中在电极（H01M4）、二次电池及其制造（H01M10）、钴的化合物（C01G51）几个方面。

表1 国内钴酸锂正极材料专利申请的IPC分类号及其专利数量

1.2 国外钴酸锂正极材料专利态势分析

（1）申请量分析

截止检索日期，在其他国家专利局共检索到1433件钴酸锂正极材料的专利申请，图3为国外钴酸锂正极材料专利申请量趋势，从图3可以看出，2002年至今国外申请钴酸锂专利的数量呈波动趋势。

图3 国外钴酸锂正极材料专利申请量趋势

表2给出了国外钴酸锂正极材料主要申请国家及其专利申请量情况，可以看出，国外申请钴酸锂的国家主要是日本、韩国、美国。

表2 国外钴酸锂正极材料主要申请国家及其专利申请量

（2）申请人分析

图4给出了钴酸锂正极材料国外申请量排名前十的申请人及其专利申请数量，其中韩国企业2家、日本企业2家、中国企业3家（其中2家公司隶属于同一集团）、美国企业3家。中国企业中，京东方集团主要向世界知识产权组织和欧洲专利局进行专利申报，技术主要集中在发光器件方面；湖南杉杉能源科技有限公司向日本、韩国、世界知识产权组织、中国、欧洲专利局、美国均进行了专利申请，技术主要集中在钴酸锂正极材料包覆及掺杂方面。

图4 钴酸锂正极材料国外申请量排名前十的申请人

（3）技术构成

表3给出了国外钴酸锂正极材料专利申请的IPC分类号及其专利数量，从表5可以看出，国外钴酸锂正极材料专利申请的技术领域主要集中在电极（H01M4）、钴的化合物（C01G51）、二次电池及其制造（H01M10）、镍的化合物（C01G53）、使用有机材料作有源部分或使用有机材料与其他材料的组合作有源部分的固态器件及专门适用于制造或处理这些器件或其部件的工艺方法或设备（H01L51）几个方面。

表3 国外钴酸锂正极材料专利申请的IPC分类号及其专利数量

1.3 钴酸锂正极材料专利分析结论

（1）国外开展钴酸锂正极材料的研究早于国内

2002年至今国外申请钴酸锂专利的数量呈波动趋势，而且从国外申请钴酸锂的重点专利中也可以得知，国外开展钴酸锂正极材料的研究较早，在上世纪八十年代，国外已有较为成熟的钴酸锂正极材料的制备及改性方法。国外申请钴酸锂正极材料专利的国家主要是日本、韩国、美国。而我国对钴酸锂正极材料的研发处于快速发展阶段是2009年以后，因此建议紧盯日本、韩国、美国等国家的钴酸锂相关企业，如韩国的LG化学公司、日本的索尼公司、日本的松下电器工业公司、美国的颇尔公司等，研究这些重点企业的专利申请，从而进行相关专利布局。

（2）国外钴酸锂正极材料专利申请的技术领域范围大于国内

国内钴酸锂正极材料专利申请的技术领域主要集中在电极（H01M4）、二次电池及其制造（H01M10）、钴的化合物（C01G51）几个方面；而国外钴酸锂正极材料专利申请的技术领域不仅包括以上几个方面，还包括镍的化合物（C01G53）、使用有机材料作有源部分或使用有机材料与其他材料的组合作有源部分的固态器件及专门适用于制造或处理这些器件或其部件的工艺方法或设备（H01L51）两个方面，即国外还注重使用镍进行掺杂或包覆钴酸锂正极材料的研究，而且注重钴酸锂正极材料在有机材料中的应用。因此建议扩大钴酸锂正极材料研究领域，进行多方面的技术研究及专利布局。

（3）国内各研发机构之间知识产权的合作并不密切

从公开的国内专利数据上看，国内钴酸锂正极材料专利申请的技术领域主要集中在对钴酸锂正极材料进行改性、从废旧电池中回收正极材料、生产装置的设计及改进等几个方面，有些企业的研究重点相同，为避免重复研究，建议各研发机构之间加强知识产权交流，减少研发时间及成本。