【原创】从固态锂电池全球专利申请情况看其技术发展方向


来源:中国粉体网   平安

[导读]  专利是反映技术发展现状和趋势的重要信息来源,当前针对锂离子电池、燃料电池和空气电池等专利分析较多,但针对固态锂电池的专利分析研究还较少。

中国粉体网讯  专利是反映技术发展现状和趋势的重要信息来源,当前针对锂离子电池、燃料电池和空气电池等专利分析较多,但针对固态锂电池的专利分析研究还较少。中国粉体网小编通过学习固态锂电池国内外专利分析研究文献,以期了解这一领域的技术发展方向。

1、全固态锂电池整体的国内外专利分析

王琳等在德温特数据库检索近20年全固态锂电池的专利申请量,检索时间:2015-12-26,共检索出:1082件专利(包括同族专利)。



国际专利申请数量随年份变化点线图
(来源:王琳等:全固态锂电池专利申请现状及发展趋势分析)

在全固态锂电池领域专利申请量排名前10位的申请人中,丰田株式会社在全固态锂电池方面,投入了大量研发精力,丰田公司推出了原型固态锂离子电池,正极、负极和固体电解质层分别采用钴酸锂、石墨和硫化物类电解质,开发的电池组平均电压为14.40 V,充电后输出电压高达16.26 V,并表示,这种电池大约在2020年实现商业化应用,到2025年得到实质性改善。

日本出光兴产在2010年实现试产层压型全固体锂离子二次电池,采用全固态硫化物固体电解质材料,输出电压为14~16 V,比能量达到200Wh/kg。而日本的村田株式会社、住友电气工业株式会社和日立造船株式会社等企业也都积极在全固态锂电池方面开展研发和专利的布局。



全固态锂电池国际专利方面的主要申请人
(来源:王琳等:全固态锂电池专利申请现状及发展趋势分析)


王琳等通过统计国际全固态锂电池方面专利申请的分类号分布情况,分析得出该方向的专利申请主要涉及如下技术:申请量最多的技术领域为固体电解质,占总数的43.55%。




全固态锂电池国际申请专利的技术领域分布
(来源:王琳等:全固态锂电池专利申请现状及发展趋势分析)




国内专利申请数量随年份变化点线图
(来源:王琳等:全固态锂电池专利申请现状及发展趋势分析)



全固态锂电池国内申请专利的技术领域分布
(来源:王琳等:全固态锂电池专利申请现状及发展趋势分析)



全固态锂电池国内专利的主要申请人
(来源:王琳等:全固态锂电池专利申请现状及发展趋势分析)

芮雯奕等采用德温特创新在线数据库(DI),检索截至2018年7月12日,检索范围为DI全球专利,分析得出:固态锂电池技术分布从同族专利的IPC技术布局看,33.9%的专利集中于H01M10/0562(电解质只有无机固态材料的非水电解质二次蓄电池),其次是H01M10/052(锂二次蓄电池),占28.5%,第三位的是H01M10/0565(电解质只有高分子有机材料的非水电解质二次蓄电池),占20.0%。



固态锂电池技术分布
(来源:芮雯奕等:固态锂电池全球专利分析)

从技术时间变化看,H01M10/0562、H01M10/052、H01M10/0525、H01M4/62(在活性物质中非活性材料成分的选择的电极)、H01M10/0585(只具有板条结构元件构造的非水电解质二次蓄电池)同族专利增长较快,如H01M10/0562年平均增长13.0%。芮雯奕等由此认为,无机固态电解质材料、锂离子二次电池、非活性材料成分的电极及电池结构是固态锂电池发展的重点技术发展方向。



固态锂电池专利技术申请趋势
(来源:芮雯奕等:固态锂电池全球专利分析)

2、无机固态锂电池的专利分析

张波等以无机固态锂电池专利技术相关专利为研究对象,其国际分析数据主要来源于美国汤森路透科技集团(Thomson Reuters)的德温特创新索引(Derwent InnovationsIndex,DII)数据库,检索时间为2016年7月7日;国内分析数据主要来源于中国科学院专利在线分析系统,检索时间为2016年7月11日。

在无机固态锂电池技术专利申请的技术布局方面,张波等统计了无机固态锂电池专利申请位居前10位的技术领域,从中可以看出H01M—010/0562领域的申请量位居首位,主要以固体电解质材料研究为主。



无机固态锂电池专利申请量居前10位的技术领域
(来源:张波等:无机固态锂电池专利分析)



无机固态锂电池专利主要申请人
(来源:张波等:无机固态锂电池专利分析)

张波等通过对检索到无机固态锂电池的专利进行技术领域标引发现,目前总体对硫化物体系电解质的研究相对较多,氧化物体系电解质的研究次之。在氧化物体系电解质研究中,研究热点相对集中在石榴石型结构、NASICON型结构、钙钛矿型结构等。



主要无机固态电解质类型
(来源:张波等:无机固态锂电池专利分析)

3、全固态聚合物锂电池的专利分析

张建军等统计了全固态聚合物电解质所涉及的专利数量共有1228件(到2017年底)。从近几年的技术热点来看,摇椅式电池相关的专利近三年(2015—2017年)的专利申请量达到其专利总量的36.51%,表明该技术领域的发展较快。

全球全固态聚合物电解质专利申请量排名前18位的专利权人当中,前4名的专利数量较多,均达到了30件。前10名专利权人全部来自日本与韩国,并且都为全球知名企业,可见日本、韩国在全固态聚合物电解质这一领域处于国际领先态势。

中国科学院青岛生物能源与过程研究所、中南大学在该领域的专利数量进入全球前18名,分别排第11名与18名。在前10名专利权人机构中,日本的专利权人最多,占据8席,它们分别是:丰田汽车公司、日立公司、日产汽车公司、三洋电子、东芝电池公司、日本大创公司、松下集团以及索尼集团。此外,韩国占据2席,分别是三星电子公司与LG化学公司,并且包揽该领域专利数量的前2名。


主要专利权人情况
(来源:张建军等:全固态聚合物锂电池的科研进展、挑战与展望)

小结

参考资料:

王琳等:全固态锂电池专利申请现状及发展趋势分析;电源技术

芮雯奕等:固态锂电池全球专利分析;电池

张波等:无机固态锂电池专利分析;储能科学与技术

张建军等:全固态聚合物锂电池的科研进展、挑战与展望;储能科学与技术

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作者:平安

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