磷酸铁锂电池专利分析报告

磷酸铁锂电池专利分析报告一、前言随着能源问题日益受到关注，新能源替代成为当今的热门话题之一，例如锂离子电池就被应用在手机、数码相机甚至电动汽车等多种领域，而磷酸铁锂（LiFePO4）电池则是锂离子中受到关注最多的类别之一。采用磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料的电池被称为磷酸铁锂电池，其由于自身的优势被广泛应用于混合动力汽车、电动工具、电动自行车、电动助力车、发电储能装置等各个领域。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、重量轻和绿色环保等多方面特点，它是一类新型的锂离子电池用正极材料，特别适用于动力电池。磷酸铁锂电池的出现是锂离子电池材料的一项重大突破，成为各国竞相研究的热点。目前磷酸铁锂产品正处于行业的萌芽阶段，而中国环境问题突出，能源问题紧张，因此磷酸铁锂产品潜在市场巨大，磷酸铁锂作为一个新兴的、具有战略投资价值的产业，非常值得企业和研究机构去关注。本文作者旨在就实践中所遇到的对磷酸铁锂电池在中国、美国范围内专利申请情况做技术方面的宏观分析，对该技术领域的发展脉络和技术竞争情况，从专利的角度作出分析和说明，希望对国内企业和研发机构能起到抛砖引玉的作用。二、检索说明本次专利检索分析，使用的是中国国家知识产权局和美国专利商标局的专利数据库。中国国家知识产权局的专利数据库，其数据每周更新一次，提供自1985年以来在中国申请的发明专利和实用新型的说明书全文，以及1998年以来在中国申请的外观专利说明书全文；并提供名称、摘要、分类号、申请人、发明人等检索方式。美国专利商标局USPTO提供1976年以来到最近一周发布的美国专利全文，以及1790年——1975年的专利全文扫描图像。它提供布尔检索、高级检索和专利号检索三种方式，其检索范围包括著录项目、权利要求和专利说明书正文。但1790年——1975年间的专利智能通过专利号和美国专利分类号检索。 本次专利检索分析，我们使用滚雪球的方法进行检索。通过初步检索，阅读专利文献，进一步确定检索词的同义词，并确定分类号，然后确定完整的检索式。我们首先在中国国家知识产权局的专利数据库进行初步检索。通过使用检索词“磷酸铁锂电池”进行初步检索，我们找到一些专利文献。通过阅读这些专利文献中的部分摘要内容，我们发现“磷酸铁锂电池”的专利技术主要集中在H01M、C01B、C01D三个技术领域内；并且，在确定技术领域以后，我们发现在上述技术领域内，磷酸铁锂是作为锂电池的正极材料使用的；因此，我们可以将检索词“磷酸铁锂电池”进一步精简为“磷酸铁锂”。同时，我们还找到了磷酸铁锂电池专利技术中的关键点“磷酸铁锂”的化学式——LiFePO4。在美国专利商标局进行初步检索时，我们使用检索词“lithiumironphosphatebattery”。其初步检索结果，经初步分析发现，技术领域与在国内初步检索结果一致；不过，我们发现在某些专利文献中，“磷酸铁锂”的化学式还可以用LiMPO4代替；并且检索词中，我们也可以省略“battery”一词，同时，也存在“iron”一词被“ferrous”代替的情形。因此，我们的检索式主要包括关键词和分类号；其中，中国国家知识产权局专利数据库使用的检索式为，关键词是“磷酸铁锂”，分类号为“H01M、C01B”；在美国专利商标局使用的检索式是ABST/“lithiumironphosphate”or“lithiumferrousphosphate”orLiFePO4orLiMPO4andICL/C01BorC01D。本次专利分析报告由冷冰、刘华松、邬剑星和郑程达四人共同完成。其中，四人共同确定检索途径和检索表达式，郑程达和邬剑星负责数据收集工作，刘华松和冷冰负责数据分析工作。三、专利分析1、技术发展趋势通过在中国国家知识产权局和美国专利商标局的专利数据库中的检索（时间范围1963年—2011年11月），对检索结果进行分析，最早的磷酸铁锂专利申请出现在1980年，直到2000年以前的专利申请量都很少，每年的申请量均为个位数，2000年专利申请量大幅上升，在这一年内达到16件，是1999年的3倍之多，2000－2004年的专利申请量有小幅波动，但总体表现平稳，从2005年开始专利申请量呈快速增长趋势，到2007年为一个专利申请的小高峰，达到110件之多；从2008年开始，专利申请量呈现小幅波动，总体上平稳上升。由于发明专利申请18个月后公开，所以2010年和2011年的申请有一部分尚未公开，图1中2010年和2011年的数据还不能反应当年真实的专利申请量。从图1中可以看出，磷酸铁锂电池领域专利申请量尚未出现峰值，表明这一领域技术为新兴技术，正处在高速持续发展之中。图1磷酸铁锂电池专利申请量2、技术领域技术领域分析一般是从国际专利分类表（InternationalPatentClassifi-cation，简称IPC）入手进行分析，国际专利分类表是所有实用技术领域专利文献的分类工具，世界上绝大多数实施专利制度的国家都采用IPC对专利文献进行分类，对每一件发明专利或实用新型专利赋予分类号；即使是美国，在采用自己独立的分类系统的同时，也提供了美国分类号与国际分类号之间的转换工具。因此，IPC分类是技术领域分析的重要工具。当一件专利申请涉及不同技术领域时，往往会给该申请赋予不同的IPC分类号，其中该专利所涉及的最主要的技术分类为第一个分类，即主分类，其余的为副分类。在涉及众多技术领域时，只有这样才能全面表示该专利的技术内容。因此，在本报告中，涉及技术领域分析的部分同时包含了主分类号和副分类号。 根据从中国知识产权局和美国专利商标局的专利数据库中采集的1963年到2011年的专利申请数据可以得出，该领域共有622件专利申请，涉及522个IPC小组。取数据排名前10个IPC小组，它们所包括的专利数量之和为1650个，占总数（约3150左右）的52％，参见表1。从表1中可以看出，磷酸铁锂电池专利技术主要集中在由活性材料组成的电极领域H01M4/00、二次电磁领域H01M10/00以及磷的化合物领域C01B25/00，其中，H01M4/00所属技术领域专利量达到848件，约占总数的27.77%；H01M10/00所属技术领域专利量达到，约占总数的10.89%；C01B25/00所属技术领域专利量达到，约占总数的12.97%。由此，我们可以看出，磷酸铁锂电池专利技术中，H01M4/58所属技术领域是最重要的发展领域，其次是C01B25/00所属技术领域，再次是H01M10/00所属技术领域。表1磷酸铁锂电池专利重点技术（前10）IPC号技术领域专利量/件H01M4/58电极；由活性材料组成的或包括活性材料的电极；作为活性物质、活性体、活性液体的材料的选择；除氧化物之外的无机化合物的353C01B25/00磷；其化合物216C01B25/45磷；其化合物；磷的含氧酸；其盐类；磷酸盐；含两种以上金属或金属和铵195H01M10/40二次电池；及其制造；H01M10/06至H01M10/34各组未包含的蓄电池；带有有机电解质的193H01M-4/02电极；由活性材料组成或包括活性材料的电极161H01M10/36二次电池；及其制造；H01M10/06至H01M10/34各组未包含的蓄电池152H01M-4/48电极；由活性材料组成或包括活性材料的电极；作为活性物质、活性体、活性液体的材料的选择；无机氧化物或氢氧化物的140H01M-4/04电极；由活性材料组成或包括活性材料的电极；一般制造方法129H01M-4/62电极；由活性材料组成或包括活性材料的电极；在活性物质中非活性材料成分的选择，例如胶合剂、填料65C01D15/00锂的化合物463、中美两国专利数量比较图2中美两国磷酸铁锂电池专利数量柱状图从1963－2011年在中国知识产权局和美国专利商标局专利数据库采集的专利数据来看，在分析中考虑了同族专利的情况。其专利申请总量为622件，其中，中国专利申请量有453件，美国专利申请量有169件，如图2所示。从专利数量上来看，中国专利量接近美国专利量3倍。由此可见，中国比美国更重视磷酸铁锂电池技术发展，中国的磷酸铁锂电池的技术发展更快。这有可能与美国的汽车能源政策有关，因为美国注重发展生物能源来减少对石油的依赖。4、主要申请人在1963－2011年从中国知识产权局和美国专利商标局的专利数据库采集的数据中，我们也考虑到了共同申请人的情况及同一公司不同的书写形式。专利申请量前8名的申请人申请了158件专利，占总数（622件）的25.4％，如表2所示。这表明该领域的专利技术主要集中在这8个申请人手中，它们是该技术领域中强有力的竞争者。比如清华大学、中南大学、比亚迪公司、A123systems、VALENCE、索尼株式会社、LG化学公司、三洋电气株式会社；他们的专利申请量柱状图，如图3所示。表2磷酸铁锂电池领域专利主要申请人排名申请人总计/件1清华大学312中南大学253比亚迪公司204A123systems205VALENCE176索尼株式会社177LG化学公司158三洋电气株式会社13图3磷酸铁锂电池主要专利申请人申请数量从表2和图3中，我们可以看出，各个申请人之间的专利申请量差距不大。并且，在前8名中，美国申请人只有A123systems和VALENCE两个公司，其申请量仅37件，约占总数的5.9%；中国申请人有清华大学、中南大学、比亚迪公司，申请量有76件，约占总数的12.22%；日本申请人有索尼株式会社、三洋电气株式会社，申请量有30件，约占总数的4.8%。这一点，与图2的结论一致。值得一提的是，加拿大Phostech公司在美国仅有3项磷酸铁锂电池专利技术，但该公司掌握了基础核心专利，这一点从它与美国A123systems专利大战中可以得出。并且，尽管美国专利量较少，但A123systems和VALENCE两个公司掌握着基础核心专利，其市场份额巨大。另外，备受瞩目的比亚迪公司，2005年有了第一件申请，2006年申请量大幅增长，达到了14件，但是到2011止，其申请量仅有20件，同时结合其市场份额情况，我们发现其在磷酸铁锂电池领域发展缓慢，前景不明。前8名的申请人的专利申请都涉及到分类号H01M4/58（电极；由活性材料组成或包括活性材料的电极；作为活性物质、活性体、活性液体的材料的选择；除氧化物或氢氧化物之外的无机化合物的）和C01B25/00（磷；其化合物）。索尼株式会社的技术侧重点在分类号H01M4/58、H01M10/40和H01M4/02；比亚迪公司、中南大学和清华大学的技术侧重点在分类号H01M4/58、C01B25/00和C01B25/45。图4磷酸铁锂电池领域份额示意图从图4可以得出，专利申请量在30件以上的申请人只有清华大学，申请量为31件，所占的比例为4％。专利申请量在20到30件之间的申请人，其申请的专利数量之和所占的比例为10％；专利申请量在10到20件之间的申请人，其申请的专利数量之和所占的比例为14％；专利申请量在5到10件的申请人，其申请的专利数量之和所占的比例为12％；专利申请量少于5件的申请人，其申请的专利数量之和所占的比例为60％。从图3和图4综合反映出该技术领域的专利申请未集中到少数公司手中，排名前8的申请人的申请量也只有二、三十件，因此尚未形成技术垄断。四、小结通过以上分析，可以发现该技术领域的专利申请量在1999年以前很少，自1999年开始逐年快速增长，表明这是一个新兴的、高速发展的技术。从中美两国的专利申请量情况来看，中国（CN）比美国（US）更重视这一技术的研发与保护。清华大学、中南大学、比亚迪公司、A123systems、VALENCE、索尼株式会社、LG化学公司）、三洋电气株式会社等公司和研发机构十分关注这一领域技术的发展，它们围绕着磷酸铁锂电池技术申请了较多的专利，走在了其它企业的前面，是该技术领域中实力最强劲、最值得关注的申请人。我组通过对于磷酸铁锂电池领域专利申请情况的调研，认为总体上磷酸铁锂电池目前在中美两国的专利申请总量还不算大，但近几年的申请量呈迅猛增长的趋势，说明该领域的技术发展方兴未艾，大有潜力可挖，而且中国的申请数量比美国较多，中国企业、科研机构和高等院校在该领域的研发方面非常活跃。在目前这个清洁能源发展日益受到重视的时代，本文所呈现的信息值得有关部门和相关科技研究和管理人员重视。本文的主要内容基本属于专利申请状况的定量分析，为了便于专利管理者、研发人员针对某些具体专利做出判断，往往还需要在完成定量分析的基础上对某些专利做出具体的定性分析。专利信息的定性分析是以专利的内容为对象，按技术特征归并专利文献，使之有序化的分析过程。通过对相关专利内在技术特征的解读、深入研究和综合判断，还可以为确定某技术的新颖性和创造性、给技术人员提