磷酸鐵鋰電池專利分析報(bào)告一、前言隨著能源問題日益受到關(guān)注，新能源替代成為當(dāng)今的熱門話題之一，例如鋰離子電池就被應(yīng)用在手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)甚至電動(dòng)汽車等多種領(lǐng)域，而磷酸鐵鋰（LiFePO4）電池則是鋰離子中受到關(guān)注最多的類別之一。采用磷酸鐵鋰作為鋰離子電池正極材料的電池被稱為磷酸鐵鋰電池，其由于自身的優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車、電動(dòng)助力車、發(fā)電儲(chǔ)能裝置等各個(gè)領(lǐng)域。磷酸鐵鋰電池具有壽命長、使用安全、可大電流快速充電、耐高溫、容量大、無記憶效應(yīng)、體積小、重量輕和綠色環(huán)保等多方面特點(diǎn)，它是一類新型的鋰離子電池用正極材料，特別適用于動(dòng)力電池。磷酸鐵鋰電池的出現(xiàn)是鋰離子電池材料的一項(xiàng)重大突破，成為各國競相研究的熱點(diǎn)。目前磷酸鐵鋰產(chǎn)品正處于行業(yè)的萌芽階段，而中國環(huán)境問題突出，能源問題緊張，因此磷酸鐵鋰產(chǎn)品潛在市場巨大，磷酸鐵鋰作為一個(gè)新興的、具有戰(zhàn)略投資價(jià)值的產(chǎn)業(yè)，非常值得企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)去關(guān)注。本文作者旨在就實(shí)踐中所遇到的對磷酸鐵鋰電池在中國、美國范圍內(nèi)專利申請情況做技術(shù)方面的宏觀分析，對該技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展脈絡(luò)和技術(shù)競爭情況，從專利的角度作出分析和說明，希望對國內(nèi)企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)能起到拋磚引玉的作用。二、檢索說明本次專利檢索分析，使用的是中國國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局和美國專利商標(biāo)局的專利數(shù)據(jù)庫。中國國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的專利數(shù)據(jù)庫，其數(shù)據(jù)每周更新一次，提供自1985年以來在中國申請的發(fā)明專利和實(shí)用新型的說明書全文，以及1998年以來在中國申請的外觀專利說明書全文；并提供名稱、摘要、分類號、申請人、發(fā)明人等檢索方式。美國專利商標(biāo)局USPTO提供1976年以來到最近一周發(fā)布的美國專利全文，以及1790年——1975年的專利全文掃描圖像。它提供布爾檢索、高級檢索和專利號檢索三種方式，其檢索范圍包括著錄項(xiàng)目、權(quán)利要求和專利說明書正文。但1790年——1975年間的專利智能通過專利號和美國專利分類號檢索。 本次專利檢索分析，我們使用滾雪球的方法進(jìn)行檢索。通過初步檢索，閱讀專利文獻(xiàn)，進(jìn)一步確定檢索詞的同義詞，并確定分類號，然后確定完整的檢索式。我們首先在中國國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的專利數(shù)據(jù)庫進(jìn)行初步檢索。通過使用檢索詞“磷酸鐵鋰電池”進(jìn)行初步檢索，我們找到一些專利文獻(xiàn)。通過閱讀這些專利文獻(xiàn)中的部分摘要內(nèi)容，我們發(fā)現(xiàn)“磷酸鐵鋰電池”的專利技術(shù)主要集中在H01M、C01B、C01D三個(gè)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)；并且，在確定技術(shù)領(lǐng)域以后，我們發(fā)現(xiàn)在上述技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，磷酸鐵鋰是作為鋰電池的正極材料使用的；因此，我們可以將檢索詞“磷酸鐵鋰電池”進(jìn)一步精簡為“磷酸鐵鋰”。同時(shí)，我們還找到了磷酸鐵鋰電池專利技術(shù)中的關(guān)鍵點(diǎn)“磷酸鐵鋰”的化學(xué)式——LiFePO4。在美國專利商標(biāo)局進(jìn)行初步檢索時(shí)，我們使用檢索詞“l(fā)ithiumironphosphatebattery”。其初步檢索結(jié)果，經(jīng)初步分析發(fā)現(xiàn)，技術(shù)領(lǐng)域與在國內(nèi)初步檢索結(jié)果一致；不過，我們發(fā)現(xiàn)在某些專利文獻(xiàn)中，“磷酸鐵鋰”的化學(xué)式還可以用LiMPO4代替；并且檢索詞中，我們也可以省略“battery”一詞，同時(shí)，也存在“iron”一詞被“ferrous”代替的情形。因此，我們的檢索式主要包括關(guān)鍵詞和分類號；其中，中國國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利數(shù)據(jù)庫使用的檢索式為，關(guān)鍵詞是“磷酸鐵鋰”，分類號為“H01M、C01B”；在美國專利商標(biāo)局使用的檢索式是ABST/“l(fā)ithiumironphosphate”or“l(fā)ithiumferrousphosphate”orLiFePO4orLiMPO4andICL/C01BorC01D。本次專利分析報(bào)告由冷冰、劉華松、鄔劍星和鄭程達(dá)四人共同完成。其中，四人共同確定檢索途徑和檢索表達(dá)式，鄭程達(dá)和鄔劍星負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收集工作，劉華松和冷冰負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分析工作。三、專利分析1、技術(shù)發(fā)展趨勢通過在中國國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局和美國專利商標(biāo)局的專利數(shù)據(jù)庫中的檢索（時(shí)間范圍1963年—2011年11月），對檢索結(jié)果進(jìn)行分析，最早的磷酸鐵鋰專利申請出現(xiàn)在1980年，直到2000年以前的專利申請量都很少，每年的申請量均為個(gè)位數(shù)，2000年專利申請量大幅上升，在這一年內(nèi)達(dá)到16件，是1999年的3倍之多，2000－2004年的專利申請量有小幅波動(dòng)，但總體表現(xiàn)平穩(wěn)，從2005年開始專利申請量呈快速增長趨勢，到2007年為一個(gè)專利申請的小高峰，達(dá)到110件之多；從2008年開始，專利申請量呈現(xiàn)小幅波動(dòng)，總體上平穩(wěn)上升。由于發(fā)明專利申請18個(gè)月后公開，所以2010年和2011年的申請有一部分尚未公開，圖1中2010年和2011年的數(shù)據(jù)還不能反應(yīng)當(dāng)年真實(shí)的專利申請量。從圖1中可以看出，磷酸鐵鋰電池領(lǐng)域?qū)＠暾埩可形闯霈F(xiàn)峰值，表明這一領(lǐng)域技術(shù)為新興技術(shù)，正處在高速持續(xù)發(fā)展之中。圖1磷酸鐵鋰電池專利申請量2、技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)域分析一般是從國際專利分類表（InternationalPatentClassifi-cation，簡稱IPC）入手進(jìn)行分析，國際專利分類表是所有實(shí)用技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠墨I(xiàn)的分類工具，世界上絕大多數(shù)實(shí)施專利制度的國家都采用IPC對專利文獻(xiàn)進(jìn)行分類，對每一件發(fā)明專利或?qū)嵱眯滦蛯＠x予分類號；即使是美國，在采用自己獨(dú)立的分類系統(tǒng)的同時(shí)，也提供了美國分類號與國際分類號之間的轉(zhuǎn)換工具。因此，IPC分類是技術(shù)領(lǐng)域分析的重要工具。當(dāng)一件專利申請涉及不同技術(shù)領(lǐng)域時(shí)，往往會(huì)給該申請賦予不同的IPC分類號，其中該專利所涉及的最主要的技術(shù)分類為第一個(gè)分類，即主分類，其余的為副分類。在涉及眾多技術(shù)領(lǐng)域時(shí)，只有這樣才能全面表示該專利的技術(shù)內(nèi)容。因此，在本報(bào)告中，涉及技術(shù)領(lǐng)域分析的部分同時(shí)包含了主分類號和副分類號。 根據(jù)從中國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局和美國專利商標(biāo)局的專利數(shù)據(jù)庫中采集的1963年到2011年的專利申請數(shù)據(jù)可以得出，該領(lǐng)域共有622件專利申請，涉及522個(gè)IPC小組。取數(shù)據(jù)排名前10個(gè)IPC小組，它們所包括的專利數(shù)量之和為1650個(gè)，占總數(shù)（約3150左右）的52％，參見表1。從表1中可以看出，磷酸鐵鋰電池專利技術(shù)主要集中在由活性材料組成的電極領(lǐng)域H01M4/00、二次電磁領(lǐng)域H01M10/00以及磷的化合物領(lǐng)域C01B25/00，其中，H01M4/00所屬技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠窟_(dá)到848件，約占總數(shù)的27.77%；H01M10/00所屬技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠窟_(dá)到，約占總數(shù)的10.89%；C01B25/00所屬技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠窟_(dá)到，約占總數(shù)的12.97%。由此，我們可以看出，磷酸鐵鋰電池專利技術(shù)中，H01M4/58所屬技術(shù)領(lǐng)域是最重要的發(fā)展領(lǐng)域，其次是C01B25/00所屬技術(shù)領(lǐng)域，再次是H01M10/00所屬技術(shù)領(lǐng)域。表1磷酸鐵鋰電池專利重點(diǎn)技術(shù)（前10）IPC號技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠?件H01M4/58電極；由活性材料組成的或包括活性材料的電極；作為活性物質(zhì)、活性體、活性液體的材料的選擇；除氧化物之外的無機(jī)化合物的353C01B25/00磷；其化合物216C01B25/45磷；其化合物；磷的含氧酸；其鹽類；磷酸鹽；含兩種以上金屬或金屬和銨195H01M10/40二次電池；及其制造；H01M10/06至H01M10/34各組未包含的蓄電池；帶有有機(jī)電解質(zhì)的193H01M-4/02電極；由活性材料組成或包括活性材料的電極161H01M10/36二次電池；及其制造；H01M10/06至H01M10/34各組未包含的蓄電池152H01M-4/48電極；由活性材料組成或包括活性材料的電極；作為活性物質(zhì)、活性體、活性液體的材料的選擇；無機(jī)氧化物或氫氧化物的140H01M-4/04電極；由活性材料組成或包括活性材料的電極；一般制造方法129H01M-4/62電極；由活性材料組成或包括活性材料的電極；在活性物質(zhì)中非活性材料成分的選擇，例如膠合劑、填料65C01D15/00鋰的化合物463、中美兩國專利數(shù)量比較圖2中美兩國磷酸鐵鋰電池專利數(shù)量柱狀圖從1963－2011年在中國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局和美國專利商標(biāo)局專利數(shù)據(jù)庫采集的專利數(shù)據(jù)來看，在分析中考慮了同族專利的情況。其專利申請總量為622件，其中，中國專利申請量有453件，美國專利申請量有169件，如圖2所示。從專利數(shù)量上來看，中國專利量接近美國專利量3倍。由此可見，中國比美國更重視磷酸鐵鋰電池技術(shù)發(fā)展，中國的磷酸鐵鋰電池的技術(shù)發(fā)展更快。這有可能與美國的汽車能源政策有關(guān)，因?yàn)槊绹⒅匕l(fā)展生物能源來減少對石油的依賴。4、主要申請人在1963－2011年從中國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局和美國專利商標(biāo)局的專利數(shù)據(jù)庫采集的數(shù)據(jù)中，我們也考慮到了共同申請人的情況及同一公司不同的書寫形式。專利申請量前8名的申請人申請了158件專利，占總數(shù)（622件）的25.4％，如表2所示。這表明該領(lǐng)域的專利技術(shù)主要集中在這8個(gè)申請人手中，它們是該技術(shù)領(lǐng)域中強(qiáng)有力的競爭者。比如清華大學(xué)、中南大學(xué)、比亞迪公司、A123systems、VALENCE、索尼株式會(huì)社、LG化學(xué)公司、三洋電氣株式會(huì)社；他們的專利申請量柱狀圖，如圖3所示。表2磷酸鐵鋰電池領(lǐng)域?qū)＠饕暾埲伺琶暾埲丝傆?jì)/件1清華大學(xué)312中南大學(xué)253比亞迪公司204A123systems205VALENCE176索尼株式會(huì)社177LG化學(xué)公司158三洋電氣株式會(huì)社13圖3磷酸鐵鋰電池主要專利申請人申請數(shù)量從表2和圖3中，我們可以看出，各個(gè)申請人之間的專利申請量差距不大。并且，在前8名中，美國申請人只有A123systems和VALENCE兩個(gè)公司，其申請量僅37件，約占總數(shù)的5.9%；中國申請人有清華大學(xué)、中南大學(xué)、比亞迪公司，申請量有76件，約占總數(shù)的12.22%；日本申請人有索尼株式會(huì)社、三洋電氣株式會(huì)社，申請量有30件，約占總數(shù)的4.8%。這一點(diǎn)，與圖2的結(jié)論一致。值得一提的是，加拿大Phostech公司在美國僅有3項(xiàng)磷酸鐵鋰電池專利技術(shù)，但該公司掌握了基礎(chǔ)核心專利，這一點(diǎn)從它與美國A123systems專利大戰(zhàn)中可以得出。并且，盡管美國專利量較少，但A123systems和VALENCE兩個(gè)公司掌握著基礎(chǔ)核心專利，其市場份額巨大。另外，備受矚目的比亞迪公司，2005年有了第一件申請，2006年申請量大幅增長，達(dá)到了14件，但是到2011止，其申請量僅有20件，同時(shí)結(jié)合其市場份額情況，我們發(fā)現(xiàn)其在磷酸鐵鋰電池領(lǐng)域發(fā)展緩慢，前景不明。前8名的申請人的專利申請都涉及到分類號H01M4/58（電極；由活性材料組成或包括活性材料的電極；作為活性物質(zhì)、活性體、活性液體的材料的選擇；除氧化物或氫氧化物之外的無機(jī)化合物的）和C01B25/00（磷；其化合物）。索尼株式會(huì)社的技術(shù)側(cè)重點(diǎn)在分類號H01M4/58、H01M10/40和H01M4/02；比亞迪公司、中南大學(xué)和清華大學(xué)的技術(shù)側(cè)重點(diǎn)在分類號H01M4/58、C01B25/00和C01B25/45。圖4磷酸鐵鋰電池領(lǐng)域份額示意圖從圖4可以得出，專利申請量在30件以上的申請人只有清華大學(xué)，申請量為31件，所占的比例為4％。專利申請量在20到30件之間的申請人，其申請的專利數(shù)量之和所占的比例為10％；專利申請量在10到20件之間的申請人，其申請的專利數(shù)量之和所占的比例為14％；專利申請量在5到10件的申請人，其申請的專利數(shù)量之和所占的比例為12％；專利申請量少于5件的申請人，其申請的專利數(shù)量之和所占的比例為60％。從圖3和圖4綜合反映出該技術(shù)領(lǐng)域的專利申請未集中到少數(shù)公司手中，排名前8的申請人的申請量也只有二、三十件，因此尚未形成技術(shù)壟斷。四、小結(jié)通過以上分析，可以發(fā)現(xiàn)該技術(shù)領(lǐng)域的專利申請量在1999年以前很少，自1999年開始逐年快速增長，表明這是一個(gè)新興的、高速發(fā)展的技術(shù)。從中美兩國的專利申請量情況來看，中國（CN）比美國（US）更重視這一技術(shù)的研發(fā)與保護(hù)。清華大學(xué)、中南大學(xué)、比亞迪公司、A123systems、VALENCE、索尼株式會(huì)社、LG化學(xué)公司）、三洋電氣株式會(huì)社等公司和研發(fā)機(jī)構(gòu)十分關(guān)注這一領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，它們圍繞著磷酸鐵鋰電池技術(shù)申請了較多的專利，走在了其它企業(yè)的前面，是該技術(shù)領(lǐng)域中實(shí)力最強(qiáng)勁、最值得關(guān)注的申請人。我組通過對于磷酸鐵鋰電池領(lǐng)域?qū)＠暾埱闆r的調(diào)研，認(rèn)為總體上磷酸鐵鋰電池目前在中美兩國的專利申請總量還不算大，但近幾年的申請量呈迅猛增長的趨勢，說明該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展方興未艾，大有潛力可挖，而且中國的申請數(shù)量比美國較多，中國企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)和高等院校在該領(lǐng)域的研發(fā)方面非常活躍。在目前這個(gè)清潔能源發(fā)展日益受到重視的時(shí)代，本文所呈現(xiàn)的信息值得有關(guān)部門和相關(guān)科技研究和管理人員重視。本文的主要內(nèi)容基本屬于專利申請狀況的定量分析，為了便于專利管理者、研發(fā)人員針對某些具體專利做出判斷，往往還需要在完成定量分析的基礎(chǔ)上對某些專利做出具體的定性分析。專利信息的定性分析是以專利的內(nèi)容為對象，按技術(shù)特征歸并專利文獻(xiàn)，使之有序化的分析過程。通過對相關(guān)專利內(nèi)在技術(shù)特征的解讀、深入研究和綜合判斷，還可以為確定某技術(shù)的新穎性和創(chuàng)造性、給技術(shù)人員提