基于专利数据的江苏省动力电池产业链解析.pdf
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1、-39-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2024中国科技信息 2024 年第 4 期专利分析目前,全球新能源汽车产销量进入了快速增长阶段,作为新能源汽车的关键部件,动力电池是影响新能源汽车产业发展的关键因素。2023 年 19 月,全球动力电池装机量前10 榜单中的宁德时代、中创新航、国轩高科、孚能科技均在江苏省设有总部或分/子公司,其也带动了一批动力电池上下游企业在江苏设立工厂,江苏省已形成了规模化的动力电池产业链,省政府也将动力电池作为 50 条重点产业链之一列入了江苏省“十四五”制造业高质量发展规划。在动力电池技术中,最核心的在于
2、电芯,电芯的性能决定了最终电池组的好坏。而影响电芯的关键因素主要包括正极材料、负极材料、隔膜和电解液四大主材,其影响了动力电池的比能量、使用寿命、安全性和成本各个方面。此外,电芯结构的设计和制造工艺、制造设备改进也是企业降本增效,提高电池性能的重要手段。本文针对江苏省动力电池产业链中的正负极材料、隔膜、电解液、电芯设计和制造工艺以及电芯制造设备等细分环节进行专利数据的统计分析,期望提供整体层面的江苏省动力电池产业链现状,为省内企业的技术研发与专利布局提供参考,助力实现江苏省动力电池产业链的补链、强链、延链。数据来源本研究以 HimmPat 数据库发明及实用新型专利数据为基础,通过限定分类号结合
3、各细分领域的关键词,并限定申请人地址为江苏省,分别检索得到动力电池产业中正负极材料、隔膜、电解液、电芯设计和制造工艺以及电芯制造设备的专利信息,检索数据截止时间为 2023 年 6 月 30 日。专利数据是进行专利分析的基础,在进行专利数据分析前,利用 Excel 软件对检索结果进行数据标引,将与技术主题不相关的数据清理剔除。专利技术分析江苏省动力电池产业链专利申请量趋势对检索结果经过复核、筛选后,共得到正极材料相关专利申请 2 022 件,负极材料类专利申请 1 621 件,隔膜相关专利申请 1 050 件,电解液相关专利申请 1 003 件,电芯设计和制造工艺类专利申请 6 616 件,电
4、芯制造设备类专利申请 3 847 件。在上述 6 个领域,江苏省内的专利申请量均从2010 年后开始呈现上升的趋势,在 20202022 年间达到行业曲线开放度创新度生态度检索量持续度可替代度影响力行业关联度基于专利数据的江苏省动力电池产业链解析姚宏旭本文从专利申请趋势、主要申请人和申请地区分布、重点专利等角度分析了江苏省动力电池产业链中正负极材料、隔膜、电解液、电芯设计和制造工艺以及电芯制造设备各个细分领域,梳理了江苏省动力电池产业发展现状,思路清晰、方法科学、内容丰富,对现状和问题分析全面,提出的对策建议针对性、可操作性强,为江苏省动力电池产业链的补链、强链、延链提供了参考。姚宏旭江苏省知
5、识产权保护中心姚宏旭,硕士,中级知识产权师。中国科技信息 2024 年第 4 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2024-40-专利分析最高峰。申请量的变化趋势如图 1 所示。正极材料领域省内最早申请人为江苏海四达集团有限公司,其 2002 年的申请“锂离子电池正极材料 LiMn2O4乳胶干燥熔融制备方法”,以碳酸锰和醋酸锂为原料,采用乳胶干燥熔融法制备得到了晶相均匀的锰酸锂。2000 年以前,国内正极材料领域的专利申请以高校和研究所为主,如北京有色金属研究总院 1994 年申请的专利“用于锂二次电池的阴极材料及制法”,武汉大学 199
6、7 年的申请“一种高性价比锂离子电池正极材料 LiNiO2的制备方法”等。企业的研究从 2000 年以后才逐渐展开,江苏省内企业相比于全国,研究起步较早。2010 年以前,江苏省内的申请量增长缓慢,在此期间内,动力电池技术也处于萌芽阶段,省内无大量电池制造企业。2010 年后,随着电池技术的发展和国家对电动汽车的大力支持,动力电池企业逐渐增多,江苏省内的专利申请量也随之增长。2017 年正极材料的专利申请相比2016 年呈现了大幅度提高,主要由于该期间内,越来越多的企业开始关注技术研发,如格林美(无锡)能源材料有限公司在 2017 年申请了 30 余件专利。此后,随着省内动力电池企业的增加,一
7、些大型企业如蜂巢能源、远景动力等,利用自身技术优势,申请了大量专利。在负极材料领域,江苏省内的专利申请量同样从 2010年以后开始呈缓慢增长,2017 年开始增长速度较快,其主要申请人均为高校,扬州大学、东南大学等在 2017 年均申请了 10 件相关专利,涉及金属氧化物和硫化物负极。省内最早的负极专利申请来自 2007 年南京工业大学的案件“一种利用微反应器自燃合成纳米级锂离子动力电池负极材料的方法”,得到了钛酸锂及其掺杂改性产物。相对于正极材料,省内高校在负极材料领域的研究起步稍晚,中国科学院化学研究所、中科院长春应化所等在 20 世纪 90 年代已经开始相关工作,清华大学、浙江大学等高校
8、在 2000 年前后也已经有相关申请。隔膜方面,虽然在 1985 年国家建筑材料工业部南京玻璃纤维研究设计院即申请了“锂电池玻璃纤维隔膜”,但在19852007 年之间,省内几乎无其他相关专利申请,2012年以后申请逐渐增多。2020 年江苏厚生新能源科技股份有限公司申请了80件专利,涉及隔膜制造、陶瓷隔膜各个方面,造成该年度内申请量的上升。省内 2010 年以前的电解液专利申请有 75%来自张家港市国泰华荣化工新材料有限公司,其也是全国最早开始电解液研发的企业之一。20172019 年,专利申请量较2016 年前呈现大幅提高,主要由于该段时间内,电解液及其添加剂的研发成果较多,固态电解质也开
9、始进入研发阶段。如天目湖先进储能技术研究院有限公司的“一种高电压添加剂及锂电池用高电压电解液”,清陶能源的“一种复合固态聚合物电解质薄膜及其制备方法”。2020 年之后,电解液专利申请量又有明显提高,主要归因于远景动力、蜂巢能源等企业在电解液研发方面的成果。在电芯设计和制造工艺领域,省内的春兰(集团)公司、星恒电源、南通硬派电池有限公司等在 2005 年以前均开始了电芯结构件和电芯结构设计的研发。2010 年前后,该领域专利申请量不大,主要申请人为苏州冠硕、天鹏电源等企业。2020 年后,由于省内企业规模的增长,蜂巢能源、塔菲尔、江苏时代等成为主要申请人。中创新航和蜂巢能源在2022年的申请量
10、均超过300件,此外,正力新能也快速发展,其在 2022 年也申请了 200 余件,造成了该年度内申请量的大幅提高。电芯制造设备的专利申请量趋势与电芯设计和制造工艺的申请量趋势相似,2016 年之后,随着先导智能、博众精图 1 江苏省动力电池产业 6 个领域专利申请量变化趋势-41-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2024中国科技信息 2024 年第 4 期专利分析工等设备厂商的发展,专利申请量快速增长。2021 年后,蜂巢能源的设备类专利申请量超过先导智能,其在 2022 年申请了 100 件装备类专利。这也反映了电芯制造企业在日常的
11、工作中对于设备类的创新意识提高。综上,随着产业发展,江苏省内在动力电池 6 个领域的专利申请量从 2010 年后进入了平稳增长和快速增加两个时期,省内企业数量的增加带来了专利申请量的增长,如蜂巢能源、中创新航、江苏时代等省内龙头企业的快速发展带来了专利申请量的快速增加。对省内 6 个领域的案件授权率情况进行统计,4 大主材领域授权率位于 52%68%区间内,电芯设计和制造工艺达到 80%,电芯制造设备授权率高达 94%。在原材料领域,产品结构、合成方法等经过多年的研究,技术改进壁垒较高,因此授权率不高。而电芯设计和制造工艺以及电芯制造设备往往是实际生产过程中针对特定问题进行技术改进,或随着制造
12、技术进步产品的升级优化,改进空间大,因此授权率高。江苏省动力电池产业链专利主要申请人及地区分布通过对动力电池产业链专利主要申请人和地区分布的分析,可以了解省内动力电池产业链的分布情况,评估企业竞争力和产业地区发展状况。6 个领域的主要申请人及地区分布如图 23 所示。从地域分布来看,常州、苏州、无锡、南京为省内动力电池产业的主要聚集地,在正极材料、隔膜、电解液、电芯设计和制造工艺、电芯制造设备 5 个领域中,其专利申请量均位列前 4。从主要申请人来看,蜂巢能源在 6 个领域都进入榜单前3,共有 1 700 余件申请,反映了其雄厚的技术实力和技术积累。此外,中创新航、远景动力、正力新能等企业的总
13、体申请量也名列前茅,均高于 500 件。在 4 个原材料领域,高校都占据了一定比例,而在电芯设计和制造工艺方面,以企业研发为主。具体来看,正极材料领域,常州、苏州、无锡的申请量均超过了 300 件,其中,常州的 500 余件申请 60%以上来自蜂巢能源,技术涵盖了磷酸铁锂、三元材料(高镍、无钴、富锂)、磷酸钒锂,以及钠离子电池和固态电池。苏州的申请人分布相对分散,申请量最多的为苏州大学,占比 12%,主要研究方向为三元材料和钠离子电池正极材料。此外,如江苏华东锂电技术研究院、昆山宝创、正力新能、星恒电源等企业申请量均超过了 20 件,但其总量仍未超过苏州总申请量的 50%,可见苏州研究正极材料
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