基于专利分析的新能源汽车拆解回收技术研究

徐伟伟

（有色金属技术经济研究院有限责任公司，北京 100089）

发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路，是应对气候变化、推动绿色发展的战略举措。自2012年国务院发布《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020年）》以来，我国坚持纯电驱动战略取向，新能源汽车产业发展取得了巨大成就，成为世界汽车产业发展转型的重要力量之一。我国最近制定的《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》，更是进一步推动了新能源汽车产业的高质量发展，促进加快建设汽车强国。

随着节能与新能源汽车产业的加快培育和发展，其产销量数字激增，新能源汽车逐渐达到报废年限，未来几年内必将迎来新能源汽车报废的高峰[1]。

如何运用更有效更优化的方法对废旧新能源汽车进行有效回收利用，逐步形成集经济、环境和生态为一体的新型生态汽车产业，是政府和汽车制造企业面临的重要问题[2]。

1 新能源汽车拆解回收技术概述

新能源汽车的结构有别于传统的燃油汽车，其独有的结构有动力电池、驱动电机、增程器、传感器以及整车集成系统[3]。根据动力来源的种类，新能源汽车可分为电动汽车、燃料汽车[4]，电动汽车、燃料汽车又可进一步细分，具体如图1所示。其中，电动汽车根据动力形式分为纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、混合动力电动汽车（HEV）、燃料电池电动汽车（FCEV）；混合动力电动汽车又分为混合动力汽车（轻混）、增程式电动汽车（REEV）、插电式混合动力汽车（PHEV）。燃料汽车根据燃料的不同分为气体燃料汽车、生物燃料汽车、氢燃料汽车；气体燃料汽车又分为压缩天然气（CNG）燃料汽车、液化石油气（LPG）燃料汽车、液化天然气（LNG）燃料汽车；生物燃料汽车又分为乙醇燃料汽车、生物燃料汽车。

图1 新能源汽车的分类

新能源汽车具有“三纵三横”技术布局，其中，燃料电池汽车、混合动力汽车、纯电动汽车三种整车技术为“三纵”，多能源动力总成系统、驱动电机、动力电池三种关键技术为“三横”。

作为新能源汽车核心部件之一的动力电池能量密度极高，具有很高的危险性。尤其是废旧动力电池安全性、稳定性等各项性能已远远不如新品电池，不合理的拆解、运输或者储存方式会导致电池破损，有毒有害物质泄露，严重时会引发电池热失控，造成起火、爆炸等安全问题[5]。新能源汽车报废后废旧动力电池的处理问题不容忽视。

动力电池按照工作原理，分为蓄电池、燃料电池两类，蓄电池、燃料电池又可进一步细分，如图2所示。

图2 动力电池的分类

不同燃料电池因其结构、性质的不同，拆解回收技术也存在差异。但动力电池的拆解回收技术仍旧存在共性，从拆解回收的方法与流程上而言，均包含梯次利用技术、再生利用技术。一般而言，当电池容量在20%～80%时进行梯次利用，在低于20%时进行再生利用。梯次利用，是将废旧动力蓄电池（或其中的蓄电池包/蓄电池模组/单体蓄电池）应用到其他领域的过程，可以一级利用也可以多级利用。再生利用，是对废旧动力蓄电池进行拆解、破碎、分离、提纯、材料修复或冶炼等处理，进行资源化利用的过程，涉及湿法、火法或材料修复等工艺。具体的，再生利用技术包含预处理（放电、拆解、分离分选）、回收再利用技术。其中，分离分选技术又包含物理法、化学法，物理法包含机械处理法，化学法包含热处理法、酸碱溶法、有机溶剂溶解法。回收再利用技术包括干法回收技术（髙温裂解法、髙温还原法、熔盐焙烧法、机械化学法）、湿法回收技术（浸出·酸碱浸法、浸出·深共晶溶法、浸出·电化学法、浸出·微生物淋滤技术、提纯）、直接修复再生法（固相原位补锂法、电化学补锂法）、再合成法（固相合成法、溶胶凝胶法、水热合成法、电沉积再生法）[6]。

新能源汽车独有的其他部件，如驱动电机、增程器、传感器以及整车集成系统，其拆解回收技术也与传统汽车不同。因此，研究其拆解回收技术也显得尤为重要。

2 研究方法综述

作为检验技术创新成果的一项重要指标，专利常被用来测度某一领域的技术创新能力，也能够反映出该领域的技术创新发展情况。Seidel在1949年首次系统地提出了专利分析的概念，他认为，专利分析是通过对专利数据分析处理，将分析结果用直观的图形进行考察理解的方法[7]。Breitzman通过对专利信息分析预测，推断出技术创新的发展路径[8]。专利在技术创新分析和评价中占据着举足轻重的作用。国内外已经有很多学者从不同角度运用专利数据分析方法来研究某一技术领域的创新发展情况[9]。

本文首先对新能源汽车拆解回收技术进行三级分解，如表1所示。新能源汽车拆解回收技术按照被拆解的部件分解为动力电池拆解回收技术、驱动电机拆解回收技术、增程器拆解回收技术、传感器拆解回收技术、车身及底盘拆解回收技术、整车拆解回收技术。其中，作为新能源汽车的核心组成部分，动力电池的拆解回收技术研究最为成熟，主要分为梯次利用技术与再生利用技术两个层面。再生利用技术中根据处理的工艺流程分为预处理·放电技术、预处理·拆解技术、预处理·分离分选技术、回收再利用技术。

表1 新能源汽车拆解回收技术分解表

在技术分解的基础上，运用专利计量分析方法，针对新能源汽车拆解回收技术在国内的专利文献进行分析，着重研究了该技术领域专利申请的整体态势、重要竞争者、技术构成等，以期为提高新能源汽车拆解回收技术自主知识产权创新能力提供方向引导与决策辅助。

本文以全球专利数据库为数据源，结合关键词与IPC国际专利分类号，采用分-总方式构建了新能源汽车拆解回收技术专利检索策略。检索日期为2021年12月。按照分-总方式，共检索到专利申请11,126件，涉及汽车3,564件，涉及新能源汽车2,727件。本文分析新能源汽车拆解回收技术。

3 专利总体布局分析

3.1 专利申请量分布

新能源汽车拆解回收技术的年申请量分布如图3所示。由图3可以看出，从2008年开始，新能源汽车拆解回收技术专利申请量开始缓慢增长，2014年之后快速增长，2018年之后增速下降、平稳上升。

图3 新能源汽车拆解回收技术专利年申请量分布

该趋势与我国报废汽车回收体系的建立和管理政策以及新能源汽车发展的趋势有关。其中，2014年之后快速增长，在于我国新能源汽车拥有量在短短的两年内从2012年的1万辆增加到了2014年的12万辆，汽车拥有量的激增带来了拆解回收技术的迅速发展。

3.2 专利申请人分布

新能源汽车拆解回收技术的专利申请人排名分布如图4所示。

由图4可以看出，新能源汽车拆解回收技术的专利申请人中，企业有合肥高轩、邦普集团、国家电网系列、赣州豪鹏、格林美、中航锂电、安徽绿沃等。

其中，邦普集团，是一家专业从事再生资源的高新科技企业，在湖南长沙设有全国最大的废旧电池循环基地，作为集团核心产业的废旧电池回收量已达2000万只/月，并具备月处理利用废镍、废钴量500吨及年产硫酸镍、氯化钴、镍铁合金、电池正极复合材料、四氧化三钴等环境友好镍钴新材料5000吨的绿色循环生产能力。其旗下的广东邦普循环科技有限公司、湖南邦普循环科技有限公司、湖南邦普汽车循环有限公司、湖南邦普报废汽车循环有限公司等在新能源汽车拆解回收技术方面的专利申请量总量排名第一，高达150余件。

合肥国轩高科动力能源有限公司为中国动力电池产业最早进入资本市场的民族企业，拥有新能源汽车动力锂电池、储能、输配电设备等业务板块，建有独立成熟的研发、采购、生产、销售体系，其专利技术主要涵盖电芯四大主材、电芯结构设计、电芯加工工艺及设备、BMS、PACK、检测评价、拆解回收以及储能等，专利布局覆盖电池的全产业链技术，其在新能源汽车拆解回收技术方面的专利申请量将近100件。

格林美是世界领先的废物循环企业与世界先进的绿色低碳产业代表，其从攻克废旧电池回收技术开始，再到攻克电子废弃物绿色处理、报废汽车整体资源化回收技术以及动力电池材料的三元“核”技术等世界技术难题，突破性解决了中国在废旧电池、电子废弃物与报废汽车等典型废弃资源绿色处理与循环利用的关键技术难点，构建了世界先进的新能源全生命周期价值链、钴钨稀有金属资源循环再生价值链、电子废弃物与废塑料循环再生价值链等资源循环模式和新能源循环模式。其废旧电池回收量占中国报废总量的10%，报废汽车回收量占中国汽车报废量的4%，旗下格林美股份有限公司、荆门市格林美新材料有限公司、格林美（无锡）能源材料有限公司、格林美（武汉）城市矿产循环产业园开发有限公司等在新能源汽车拆解回收方面的专利申请量将近90件。

赣州市豪鹏科技有限公司主要从事废旧新能源汽车动力电池回收及梯次利用、废旧电池无害化和资源循环利用工作。目前，赣州豪鹏通过股权纽带，既整合产业资源，形成了“材料-电池-新能源整车制造-动力锂电池回收”的上下游企业联动产业体系，又走出了一条锂电行业优势互补、资源相互对接、企业共同发展的新路，也已发展成为国内外多家知名整车和电池生产企业信赖的配套服务商，其在新能源汽车拆解回收技术方面的专利申请有30余件。

由图4可以看出，新能源汽车拆解回收技术的专利申请人中，研究机构有中南大学、中科院、中国电科研究院、合工大、清华等。

图4 新能源汽车拆解回收技术专利申请人排名分布

3.3 主要申请人技术构成

新能源汽车拆解回收技术的主要申请人技术构成如图5所示。由图5可以看出，主要申请人的专利申请中，主要涉及G01R31/36·用于测试蓄电池或电池的电气状况的仪器，如用于测试容量或充电状态的仪器（电池放电技术），B02C一般破碎、研磨或粉碎、B23P19/04用于装配或拆卸部件的金属的其他加工（电池的拆解、破碎技术），B07C5/344·根据其他特殊性质来分选·根据电或电磁性质（电池的分离分选技术），H02J7/用于电池组的充电或去极化或用于由电池组向负载供电的装置、H01M6/52废电池或电池组有用部件的再生、H01M10/0525···摇椅式电池，即其两个电极均插入或嵌入有锂的电池；锂离子电池、H01M10/42·使用或维护二次电池或二次半电池的方法及装置、H01M10/54·废蓄电池有用部件的再生、B09B3/固体废物的破坏或将固体废物转变为有用或无害的东西、C22B7/处理非矿石原材料的金属的生产或精炼、C22B23/镍或钴的提炼、C22B26/12锂的提取、C22B47/锰的提取（电池回收再利用），B60L电动车辆动力装置（驱动电机）。

图5 新能源汽车拆解回收技术主要申请人技术构成

4 各技术分支专利布局分析

各技术分支的累计专利申请量如图6所示。由图6可以看出，新能源汽车拆解回收技术专利主要布局在动力电池的拆解、分离分选、回收再利用方面以及梯次利用技术方面。

图6 新能源汽车拆解回收技术各技术分支专利累计申请量分布

其中，新能源汽车整车拆解回收技术检索结果如表2所示。由表2可以看出，汽车相关整车拆解回收技术专利申请量有几百件，但新能源汽车整车拆解回收技术专利申请量较少。

表2 新能源汽车整车拆解回收技术专利申请量

由于传统汽车与新能源汽车的整车拆解回收技术有共性，下面分析汽车-整车拆解回收技术相关专利情况。如图7所示，为汽车-整车拆解回收技术专利申请趋势图。由图7可以看出，汽车-整车拆解回收技术专利申请量自2010年之后开始波动增长。

图7 汽车-整车拆解回收技术专利申请量分布

如图8所示，为汽车-整车拆解回收技术申请人排名示意图。由图8可以看出，汽车-整车拆解回收技术的申请人主要包括江苏华宏、格林美、湖北博控、湖北力帝、湖南万容、黄石博控、铜陵天奇蓝天、江苏理工、国投安徽城市开发公司等等。

图8 汽车-整车拆解回收技术申请人排名

目前检索到的几篇关于新能源汽车-整车拆解回收的专利如表3所示。

表3 新能源汽车-整车拆解回收专利

5 结语

新能源汽车拆解回收利用并不单纯是行业自身发展的问题，它在资源综合利用、环境保护、提供就业机会等方面都有积极的影响。但是国内在新能源汽车拆解回收领域还面临诸多问题，如除动力电池拆解回收技术之外的如驱动电机等其他部件的拆解回收技术专利布局较少，整车拆解回收技术重要但专利申请量太少，我国应在现有动力电池拆解回收技术的基础上，进一步深入改进现有动力电池拆解回收技术，同时研究驱动电机等其他部件的拆解回收技术，并关注整车拆解回收技术的研究，以弥补在新能源汽车拆解回收技术方面的短板问题。