高比特性高压锂离子电池组技术专利分析

锂离子电池是一种充电电池，主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。高比特性高压锂离子电池具有循环性能好、低自放电、无记忆效应、比能量高和绿色环保等性能优势，成为当前国内外储能电池研究的重点。针对高比特性高压锂离子电池组的专利申请趋势和技术生命周期进行了分析，梳理出高比特性高压锂离子电池组专利申请的地域分布和全球主要专利申请人，通过对主要专利申请人的专利布局进行分析，指导相关研究单位有效进行专利布局和避免产生专利纠纷，降低研发过程中的专利侵权风险；同时通过技术功效分析寻求重点研发方向的技术创新。

关键词：锂电池；专利分析；申请人；专利布局

高比特性和高压是锂电池两个重要的性能参数，高比特性也称为高比能量，一般要求锂电池的质量比能量达到100W·h/kg以上，高压要求单体锂电池的电压在3 V以上[1]。高比特性高压锂离子电池组是目前最具发展前景的高效二次电池和发展最快的化学储能电源，被广泛应用于电力输配、航空航天、辅助服务、分布式微网、国防工业、可再生能源并网以及电动汽车充换电等储能领域的各个方面[2]。随着电源产业的快速发展，锂离子电池储能技术的市场需求将保持高速增长态势，而研究高比特性高压储能电池也成为各国竞相竞争的技术热点。高比特性高压锂离子电池组的主要技术包括电极材料技术、电解液技术、电池组管理技术等[3]。本文从高比特性高压锂离子电池组的专利申请趋势、区域分布、申请人、技术功效等多个角度进行专利分析，有利于指导相关企业从高价值专利中寻找技术研发思路，同时降低技术研发过程中的知识产权风险。

1 专利分析方法

技术谱系的构建是正确制定专利检索策略的基础，通过构建技术谱系可以实现专利检索的精确性，本文结合高比特性高压锂离子电池组技术具体的应用环境，制定出技术谱系如表1所示，将高比特性高压锂离子电池组技术分解成蓄电池组技术和故障容错管理技术两个二级技术，三级技术是对二级技术的进一步分解。

表1   高比特性高压锂离子电池组技术谱系

Table 1   Technical pedigree of high-specification and high-voltage lithium-ion battery pack

以Incopat专利数据库作为基础数据库，在全球范围内对技术谱系中的每个技术分支进行逐一检索，从专利被引频次、同族数量、重要技术首次申请、涉及法律诉讼的申请等角度考虑，并结合技术专家的观点，经分类、统计、采用人工阅读的方式，共筛选出相关专利566件（由于专利公开的时滞等原因，近两年的数据收录不完全，仅供参考，下文同）。

2 专利申请趋势分析

图1为高比特性高压锂离子电池组专利年度申请趋势，包括全球专利申请趋势和中国专利申请趋势，通过专利申请趋势能够反映出高比特性高压锂离子电池组受关注程度以及技术发展趋势。高比特性高压锂离子电池组的专利申请趋势大致经历了3个主要阶段。

图1   高比特性高压锂离子电池组专利申请趋势

Fig.1   Patent application trend of high-specification and high-voltage lithium-ion battery pack

，专利数量增长趋于稳定，仅2014年申请人数量较前一年小幅回调，不能说明总体申请人减少趋势。总体来看仍处于技术成长期。

图2   高比特性高压锂离子电池组技术生命周期图

Fig.2   Technical life cycle diagram of high-specification and high-voltage lithium-ion battery pack

4 专利申请区域分析

专利申请人除了在本国进行专利保护外，为了在国外生产、销售产品，专利申请人往往也在国外申请同族专利以求获得知识产权保护。因此，一个国家在特定技术领域的专利数量整体上反映了该国在该特定领域的市场前景和竞争程度[6]。通过对高比特性高压锂离子电池组技术领域的专利申请区域进行分析，揭示出各个国家和区域的技术实力和市场前景。图3对高比特性高压锂离子电池组主要的专利申请区域进行了分析，其中中国专利申请量位列第一，有312件专利申请，占专利申请总量的55.12%；日本专利申请量位列第二，表明日本申请人也具有明显的技术优势；排在第三位的是韩国，第四位为美国，这是由于韩国在锂离子电池领域的技术发展较快，因此，韩国也成为主要的专利申请国家。

图3   主要专利申请国/地区

Fig.3   Major patent application countries and regions

5 重要申请人分析

如图4所示，对高比特性高压锂离子电池组专利申请量在10件及以上的申请人进行了统计分析，共有11位申请人，数据表明：全球范围内，申请量在10件及以上的申请人包括6家日本公司、3家中国公司、1家英国公司和1家韩国公司。虽然从专利申请量来看，中国的专利申请量大幅领先于日本，但是从主要申请人来看，中国则与日本仍存在较大差距，中国的专利申请人较为分散，导致各个申请人的专利申请量较少，而日本的专利申请人较为集中，形成技术优势企业主导技术研发的态势。在主要专利申请人中，日本住友株式会社有28件专利申请，接近排名第二的上海空间电源研究所专利申请量的2倍，可见住友株式会社在锂离子电池领域的技术研发处于领先地位。英国BAE系统公司是一家国防军工企业，其专利申请时间较早，所研发的技术多与国防军工技术相关[7]。韩国LG化学公司在锂离子电池制造技术方面已经达到世界先进水平，但其材料和核心技术的竞争力还不及日本。