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彬粉晏
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1 第 31 卷第 1 期 2012 年 1 月情报杂志 JOURNAL OF INTELLIGENCE Vol. 31 No. 1 Jan * 基于中国专利的锂电池发展趋势分析 1 赵晏强 2 李金坡 (1. 中国科学院武汉文献情报中心武汉 ;2. 中船重工环境工程有限公司武汉 ) 摘要锂电池特别是锂离子电池, 已广泛应用到电子医学汽车航天军事等领域通过检索中国锂电池专利文献, 从计量学的角度对锂电池在中国的发展脉络竞争格局技术布局相关技术指标主要发明人等进行定量分析分析表明锂电池领域的申请量近年来呈快速增长趋势, 中国申请人的申请量占到所有申请量的 81%, 主要公司为比亚迪比克力神东莞新能源 (ATL) 等, 主要科研机构有清华大学复旦大学中南大学等主要技术构成集中于二次电池电极以及锂磷锰钴碳等材料的研究技术指标分析揭示出中国锂电技术在中国已处于成熟阶段, 但仍然是一种热门技术, 并未出现技术衰老迹象关键词锂电池专利计量分析中图分类号 G53 文献标识码 A 文章编号 (2012) Current and Development Trends of Chinese Patents in Lithium Battery ZHAO Yanqiang 1 LI Jinpo 2 (1. Wuhan Library of the Chinese Academy of Sciences, Wuhan ; 2. China Shipbuilding Environmental Engineering Co. Ltd, Wuhan ) Abstract Lithium battery, especially lithium-ion battery, has been widely applied to electronical, medical, automotive, aerospace, military and other fields. Chinese applicants' application accounts for 81% of all, and the main companies are BYD, BAK, Tianjin Lishen Battery and Dongguan ATL. The main research institutions are Tsinghua University, Fudan University, Central South University and Zhejiang University. The main technologies include secondary battery, electrode, and the compounds of lithium, phosphorus, manganese, cobalt and carbon. With the rapid development of China's lithium technology, lithium technology in China is in its advanced stage, but is still a hot technology and does not show any signs of aging Key words lithium battery patent bibliometric analysis 0 引言专利信息集技术法律经济信息于一体最近几十年来, 专利信息的数量急剧增长, 倍增周期不断缩短 [1] 专利信息已成为一种取之不尽用之不竭的竞争情报信息源通过专利分析可以预测科技发展趋势分析研究潜在市场, 为国家企业制定技术战略布局提供决策参考 ; 技术方面的微观分析为科研立项课题选择产品攻关以及建立知识产权预警制度提供宝贵的参考 [2] 锂电池 ( Lithium Battery) 分为锂一次电池 ( 又称锂原电池, Primary LB) 与锂二次电池 ( Rechargeable LB) 锂二次电池分为金属锂二次电池锂离子电池与锂聚合物电池锂原电池的研究开始于 20 世纪 50 年代, 在 70 年代实现了军用与民用后来基于环保与资源的考虑, 研究重点转向可反复使用的二次电池锂金属二次电池研究只比锂原电池晚了十年, 它在 20 世纪 80 年代进入市场但由于安全性等问题, 锂金属二次电池发展基本处于停顿状态 [3] 1991 年 6 月, 日本索尼公司推出第一块商品化锂离子电池, 从此锂离子电池开始广泛应用于手机笔记本电脑数码相机 MP3 MP4 便携摄像机等便携式电子产品, 并随着这些产品在全球的普及, 锂离子电池的市场需求一直保持相当高的增长速度, 市场对于锂离子电池的巨大需求也引导锂离子电池行业的继续走强并且随着全球对电动汽车的日益关注, 加上锂离子电池卓越的性能, 也收稿日期 : 修回日期 : 基金项目 : 中国科学院青年人才领域前沿项目学科馆员面向研究所的知识产权服务模式研究 ( 编号 :Y0QNRC01) 作者简介 : 赵晏强 (1985-), 男, 硕士, 助理研究员, 研究方向 : 学科情报研究 ; 李金坡 (1983-), 男, 硕士, 工程师, 研究方向 : 锂电池材料研究

2 36 情报杂志第 31 卷使锂离子电池在电动车方面的应用成为可能 [4-5] 但是锂离子电池的成本和安全性则成为制约锂离子电池在电动汽车中广泛应用的最大因素, 因此从锂离子电池商品化以来, 科研人员对于其成本及安全性等方面的研究仍然没有停止 [6-7] 本文对锂电池相关的中国专利通过文献计量学的方法进行了分析, 对锂电池技术在中国的发展趋势申请人情况国内外专利数量变化规律等方面进行研究, 揭示我国锂电技术的分布规律及特征 1 数据来源中国科学院专利在线分析系统的专利数据来源于国家知识产权局, 包括中国专利与外国专利其中中国专利包括发明实用新型外观设计发明授权专利的著录项目及摘要, 并可浏览全文及外观设计图形 ; 外国专利包括美国日本英国德国瑞士法国 EPO WIPO 专利的著录信息专利在线分析系统面向中国科学院用户提供专利检索主题构建与管理专利综合分析可视化显示与生成报告方面的功能本研究使用题名和摘要对该系统中的中国专利进行检索, 检索词为锂电池锂二次电池锂离子电池锂聚合物电池, 检索日期为 2011 年 6 月 10 日, 共检索到相关中国专利 8366 件 2 计量方法本文主要使用专利在线分析系统的数据分析功能以及和 Office Excel 软件对数据进行分析主要采用专利文献计量分析方法, 对锂电池的中国专利进行了分析, 试图揭示锂电池专利的分布状况及锂电池行业在中国的发展态势到 2010 年期间, 专利数量出现快速增长,2009 年申请量达到件, 由于发明专利的公开时间为 18 个月, 因此 2010 和 2011 年的数据仅供参考不过截至目前为止,2010 年的专利申请已经达到 1623 件, 随着时间的推移, 超过 2009 年也是非常有可能的, 这显示出我国锂电池相关技术仍处于快速发展时期从我国锂离子电池产量的增长趋势来看,2000 年我国锂离子电池产量为 0. 2 亿只,2004 年上升至亿只, 到 2010 年达到亿只如此大的增长幅度主要依赖于锂电池技术的快速发展, 专利申请量的快速增长则从文献计量的角度反映了我国锂电技术及锂电行业的发展趋势图锂电池专利申请数量趋势图图 2 是年我国及国外机构在华锂电池专利申请年度对比, 从 1994 年之后, 国外申请人在华申请的锂电池专利数量出现快速增长, 年度申请数量均超过中国申请人在年, 国内申请人与国外申请人交替领先之后, 自 2001 年开始, 中国申请人的专利申请在数量上全面超过国外申请人, 中国申请人的锂电技术研究快速成长 2009 年中国申请人专利申请数量达到 1531 件, 国外申请人则为 125 件, 且国外申请人在 2006 年申请量达到 200 件之后, 开始逐年下降 3 结果分析 3. 1 专利申请数量趋势分析专利年度申请数量趋势能够反映出技术受关注程度以及技术发展趋势图 1 是年锂电池中国专利申请数量趋势图可以看出, 年, 专利年度申请数量很少, 且在这几年中都没有增长, 直到 1994 年, 即索尼公司发明锂离子电池 4 年之后, 锂电池的中国专利数量才开始出现增长在 2000 年图年我国及国外机构在华锂电池专利申请年度对比 3. 2 专利申请类别年度分布专利的种类在不同

第 1 期赵晏强, 等 : 基于中国专利的锂电池发展趋势分析 37 的国家有不同规定, 在我国专利法中规定有 : 发明专利实用新型专利和外观设计专利从图 3 可看出锂电池相关的中国专利中有 4463 件为发明专利,1881 件为实用新型专利发明专利占到了所有专利申请 69% 根据专利法, 发明专利是对产品

发明专利所占比例逐年下降, 实用新型所占比例逐年上升, 这说明锂电池应用技术的研究在锂电池技术研究中的比例在逐年增加, 这从锂电池在小型电子设备的广泛普及以及电动车中的应用中可以得到体现 3.

2011 年, 中国专利的比例上升到 81%, 这说明中国的锂电技术在 2000 年以来得到了迅猛发展图 6 是中日韩美申请人在中国申请专利的年度分布情况, 日本和韩国分别在 1994 年和 1996 年向中国递交了第一份申请, 并在以后的十多年时间内共申请了 504 件和 442 件专利, 不过从趋势看出, 两国在 2004

3 第 1 期赵晏强, 等 : 基于中国专利的锂电池发展趋势分析 37 的国家有不同规定, 在我国专利法中规定有 : 发明专利实用新型专利和外观设计专利从图 3 可看出锂电池相关的中国专利中有 4463 件为发明专利,1881 件为实用新型专利发明专利占到了所有专利申请 69% 根据专利法, 发明专利是对产品方法或者其改进所提出的新的技术方案, 因此说明对于锂电池产品及其内部材料方面的研究在中国专利中占到了相当大的比重图 3 锂电池专利申请类别分布情况图 4 给出了锂电池中国专利申请类别年度分布可以看出, 发明专利及实用新型的申请数量都出现了较快增长, 通过比较发明专利和实用新型所占专利申图 4 锂电池专利申请类别年度分布图请量的比例可以看出, 发明专利所占比例逐年下降, 实用新型所占比例逐年上升, 这说明锂电池应用技术的研究在锂电池技术研究中的比例在逐年增加, 这从锂电池在小型电子设备的广泛普及以及电动车中的应用中可以得到体现 3. 3 专利来源国家及地区分布图 5 是我国锂电池专利申请来源国分布情况, 左图为对申请日期截止到 1999 年的专利的分析, 右图为对所图 5 我国锂电池专利申请来源国分布 ( 左图截止到 1999, 右图截止到 2011) 有专利进行的分析从图中可以看出 2000 年以前, 有 52% 的专利申请来源于其他国家, 其中 25% 来源于日本到 2011 年, 中国专利的比例上升到 81%, 这说明中国的锂电技术在 2000 年以来得到了迅猛发展图 6 是中日韩美申请人在中国申请专利的年度分布情况, 日本和韩国分别在 1994 年和 1996 年向中国递交了第一份申请, 并在以后的十多年时间内共申请了 504 件和 442 件专利, 不过从趋势看出, 两国在 2004 年之后年申请量波动明显且出现下降趋势, 特别是韩国在 2006 年后下降明显目前, 全球锂电池由中日韩三国所垄断, 三者合计市场占有率超过 95% 从中国专利的申请量来看, 也验证了日韩在中国锂电的强势地位, 在中国的专利布局数量最多由于日韩拥有的核心技术专利多, 专利保护严密, 因此预计在未来日韩的企业仍将是中国锂电企业强有力的对手图 7 是我国各省份锂电池专利申请及 2010 年产量分布情况从锂电池相关专利的来源省份看, 广东省以件专利占到了总申请量的 31%, 这与广东省深圳市东莞图 6 中日韩美锂电专利年度申请分布

38 情报杂志第 31 卷图 7 我国各省份锂电池专利申请及 2010 年产量分布情况图 8 锂电池申请量 Top5 省份年度变化趋势市发达的电子行业有很大关系, 如深圳比亚迪比克公司以及东莞新能源科技都是我国锂电池行业中的龙头企业排在广东之后的为北京江苏天津上海以及浙江通过 2010 年各省份锂离子电池产量分布情况来看,2010 年广东省共生产锂离子电池 12.

4 38 情报杂志第 31 卷图 7 我国各省份锂电池专利申请及 2010 年产量分布情况图 8 锂电池申请量 Top5 省份年度变化趋势市发达的电子行业有很大关系, 如深圳比亚迪比克公司以及东莞新能源科技都是我国锂电池行业中的龙头企业排在广东之后的为北京江苏天津上海以及浙江通过 2010 年各省份锂离子电池产量分布情况来看,2010 年广东省共生产锂离子电池亿只, 占到全国总产量的 46%, 天津 (19% ) 江苏(14% ) 福建 (6% ) 北京(4% ) 和上海 (4% ) 产量分布情况与专利申请的分布情况基本一致从这个几个省的年度申请量变化情况来看 ( 图 8), 广东省从 2003 年开始, 年增长率均远远超过其他省份, 逐步确立了在锂电池行业图我国锂电池专利申请人排名中的领先地位, 这与比亚迪比克电池等大型锂电企业的成长有关 3. 4 我国锂电池主要技术领域分布通过 IPC 分类号对专利进行分析 ( 表 1), 从中发现, 锂电池的主要研究集中于二次电池即锂离子电池的研究及制造, 其次为对于锂电池电极的研究和其他零部件的研究对于电池用材料和溶剂的研究主要在锂磷锰钴镍的化合物碳及其化合物方面另外对于锂电池充电装置以及电路保护装置的研究也是较多的 3. 5 申请人分析图 9 给出了我国锂电池专利申请量位居前列的主要申请机构, 排名靠前的中国企业有天津力神电池深圳比亚迪股份比克电池东莞新能源科技, 外资企业有三星 SDI 株式会社松下电表 1 我国锂电池主要技术领域分布情况 IPC 分类号释义申请量 H01M10 / 00 二次电池 ; 及其制造 3278 H01M4 / 00 电极 2832 H01M2 / 00 非活性部件的结构零件或制造方法 1622 H02J7 / 00 用于电池组充电或去极化或用于由电池组向负载供电的装置 H01M6 / 00 一次电池 ; 及其制造 374 C01B25 / 00 磷 ; 其化合物 297 C01D15 / 00 锂的化合物 286 C01G45 / 00 锰的化合物 174 G01R31 / 00 电性能的测试装置 173 H02H7 / 00 紧急保护电路装置 170 C01G1 / 00 金属化合物的一般制备方法 157 C01G51 / 00 钴的化合物 140 C01B31 / 00 碳 ; 其化合物 140 C01G53 / 00 镍的化合物 117 器产业株式会社三洋电机株式 787 会社根据水木清华研究中心发布的年全球主要锂二次电池出货量与收入排名, 三星 SDI, 三洋, 松下, 力神比亚迪比克新能源等中国专利申请量排名靠前的企业在出货量与收入排名方面都排在全球前 10 从电池单价来看, 三洋索尼松下等日本企业每只价格在 4 美元以上, 而比亚迪比克力神的单只价格则不到 2 美元, 由此可见日本企业的锂电池主要集中于高端市场, 如电动车, 笔记本电池等而

5 第 1 期赵晏强, 等 : 基于中国专利的锂电池发展趋势分析 39 表年全球主要锂二次电池 2009 年出货量 ( 百万 cells) [8] 出货量收入和电池单价情况 2009 年收入 ( 百万美元 ) 平均价格 ( 美元 / 个 ) 2010 年出货量 ( 百万 cells) 2010 年收入 ( 百万美元 ) 平均价格 ( 美元 / 个 ) 三星 SDI 三洋 LG 化学索尼松下力神比亚迪比克 Maxell ATL 中国的企业仍主要是手机等小型电子设备用的锂离子电池, 产品质量较日本企业相差较大, 今后中国企业应将重点放在高端产品的研发上, 以抢占更多的高端市场份额图我国 TOP6 锂电池专利申请人专利申请变化趋势科研机构主要有清华大学复旦大学株式会社 LG 化学中南大学中国电子科技集团公司第十八研究所浙江大学中科院物理所外资企业在我国申请的锂电池专利均为发明专利发明专利最多的公司为三星 SDI, 其次是比亚迪和比克, 从这个数据可以看表 3 申请人我国部分锂电池专利申请人研发能力比较专利所属国家专利件数占主体专利百分比申请人研发能力比较活动年期发明人数平均专利年龄天津力神电池股份有限公司 CN 比亚迪股份有限公司 CN 三星 SDI 株式会社 KR 深圳市比克电池有限公司 CN 清华大学 CN 东莞新能源科技有限公司 CN 复旦大学 CN 株式会社 LG 化学 KR 中南大学 CN 无锡市新区梅村镇同春太阳能光伏农业种植园 CN 松下电器产业株式会社 JP 中国电子科技集团公司第十八研究所 CN 浙江大学 CN 三洋电机株式会社 JP 中国科学院物理研究所 CN 注 : 活动年期 : 申请人在多少个年份有专利申请行为专利年龄 : 此处为专利的申请年距当前年的时间出, 锂电池技术实力最强的为这三家公司从年度申请趋势 ( 图 10) 来看, 三星 SDI 在 2002 年申请量出现快速增长, 到 2004 年达到顶峰, 之后一直呈下降趋势, 比亚迪比克分别在达到顶峰后出现下降, 天津力神和东莞新能源则仍处于上升趋势表 3 是部分锂电池专利申请人研发能力比较, 图中可以看出天津力神, 比亚迪, 三星 SDI, 深圳比克, 东莞新能源科技有限公司,LG 化学等企业在锂电领域拥有强大的研发团队天津力神和比亚迪三星 SDI 三家公司的发明人都超过了 250 人, 科研机构中, 清华大学复旦大学中南大学浙江大学的发明人也都超过了 100 人, 但这其中有一定数量的学生 3. 6 发明人分析表 4 列出了锂电领域申请专利最多的发明人, 通过查阅专利, 其中缪江敏缪同春申请的专利主要为锂电池应用于农业领域的实用新型专利其他的主要发明人有中科院物理研究所的黄学杰, 天津力神电池的衣思平高俊奎, 东莞新能源科技的赵丰刚陈卫, 比亚迪股份的肖峰等, 科研机构中的主要发明人有清华大学的姜长印万春荣, 复旦大学的傅正文吴宇平表 4 锂电池专利发明人及产出数量分布发明人发明人所在机构申请量缪江敏无锡市新区梅村镇同春太阳能光伏农业种植园 58 缪同春无锡市新区梅村镇同春太阳能光伏农业种植园 55 黄学杰中国科学院物理研究所 46 赵丰刚东莞新能源科技有限公司 44 衣思平天津力神电池股份有限公司 44 姜长印清华大学 44 傅正文复旦大学 43 肖峰比亚迪股份有限公司 42 吴宇平复旦大学 40 万春荣清华大学 40 陈卫东莞新能源科技有限公司 40 陈立泉中国科学院物理研究所 39 刘金成惠州亿纬电源科技有限公司 38 高俊奎天津力神电池股份有限公司 37 安部浩司宇部兴产株式会社量人趋势分析量人比是指专利申请数量与申请人数量之比, 此指标可以显示出行业内申请人创新能力的变化图 11 显示了专利申请人随专利申请数量的变化趋势, 数据显示专利申请人呈现上升趋势, 尤其是在 2000 年来上升趋势明显, 表明越来越多的新生力量投入到耐火材料的研发中来, 量人比在年见呈上升趋势, 并在 2005 年达到最大值, 表明锂电行业研发机构的创新能力在 2005 年之前是逐渐加强的,2005 年之后, 专利申请数量和申请人仍在增

6 40 情报杂志第 31 卷加, 但是量人比逐年下降, 说明锂电领域的专利产出越来越困难, 说明锂电技术日渐成熟图 11 专利申请人随专利申请数量的变化趋势 3. 8 技术成熟度及衰老程度分析技术成熟度系数 α:α = a / ( a+b); 其中 a 为当年发明专利申请数,b 为当年实用新型专利申请数, 当连续计算数年,α 值递减, 则反映技术日趋成熟技术衰老系数 β = ( a+b) / (a+b + c) 其中 a 为当年发明专利申请数 ( 或批准数 ),b 为当年实用新型专利申请数 ( 或批准数 ),c 为当年外观设计专利, 当连续计算数年,β 值递减, 预示该技术日渐陈旧 [2] 从图 12 中技术成熟度的年度曲线可以看出, 锂电池技术日渐成熟, 这与锂电池的广泛图 12 锂电池专利技术成熟度及衰老情况分析应用相吻合通过技术衰老系数变化来看, 虽然锂电技术成熟, 但是锂电技术并没有衰老, 仍然保持很强的活力, 这也验证了图 1 中锂电池专利申请量继续快速增长的现象随着新能源汽车的不断推广以及国家对新能源汽车政策上的支持, 锂电行业将迎来新的发展时期 4 结论本研究主要从专利文献的计量学角度对中国锂电技术的发展趋势进行了定量分析, 主要结论有以下几点 : a. 中国锂电池专利申请数量在 20 世纪 90 年代增长缓慢,2000 年申请量为 113 件, 锂电池产量 0. 2 亿只 2000 年之后申请量及产量呈现快速增长,2009 年申请量达到 1656 件, 产量达到亿只, 表明中国锂电技术在 20 世纪 90 年代处于起步阶段, 进入 21 世纪后进入快速发展时期 b. 发明专利占到了所有专利申请 69%, 实用新型占到了 36%, 发明专利所占比例逐年下降, 实用新型所占比例逐年上升, 这说明锂电池应用技术的研究在锂电池技术研究中的比例在逐年增加 c. 截止到目前, 来自中国申请人的专利的比例为 81%, 来自日本的专利申请为 8%, 韩国的为 7%, 说明中国申请人在中国锂电市场已经拥有较大的技术优势, 但是电动车及笔记本电池等高端锂电市场仍是我国锂电企业努力开拓的方向 d. 来自中国申请人的专利主要分布于广东北京江苏天津浙江上海等省份, 其中广东拥有 1962 件专利, 占到了所有专利申请的 29%,2010 年产量占到了全国产量的 46%, 可以说是我国锂电技术强省 e. 锂电池的主要研究集中于二次电池即锂离子电池的研究及制造, 其次为对于锂电池电极的研究和其他零部件电池用材料的研究以及锂电池充电装置以及电路保护装置的研究 f. 锂电专利申请人主要有天津力神电池深圳比亚迪股份比克电池东莞新能源科技, 三星 SDI 株式会社松下电器产业株式会社三洋电机株式会社清华大学复旦大学株式会社 LG 化学中南大学中国电子科技集团公司第十八研究所浙江大学中科院物理所 g. 通过技术成熟度和衰老度指标的计算分析, 中国锂电技术处于相对成熟, 但仍处于快速发展时期, 并未出现衰老迹象, 未来若干年锂电仍将得到更大的发展空间参考文献 [1] 陈燕. 专利信息采集与分析 [ M]. 北京 : 清华大学出版社, 2006:1-30 [2] 赵亚娟, 董瑜, 朱相丽, 等. 专利分析及其在情报研究中的应用 [J]. 图书情报工作,2006,50(5):19-22 [3] 黄彦瑜. 锂电池发展简史 [J]. 物理,2007,36(8): [4] 陈宗海, 秦燕. 动力锂电池的研发现状第一届动力锂电 ( 下转第 16 页 )

7 第 1 期赵晏强, 等 : 基于中国专利的锂电池发展趋势分析 41 췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍 ( 上接第 40 页 ) 池国际会议评述 [J]. 电池,2008,38(5): 用技术和设备研究最新进展 [J]. 机械工程学报,2009,45(2): [5] 戴永年, 杨斌, 姚耀春, 等. 锂离子电池的发展状况 [ J]. 电 2-11 池,2005,35(3): [8] 水木清华研究中心年全球及中国锂电池行业研究 [6] 刘兴江, 汪继强, 唐致远, 等. 从第十四届国际锂电池会议看锂电池技术发展 [J]. 电源技术,2008,32(11): 报告 [ EB / OL ]. http: / / www. pday. com. cn / Htmls / Report / / html [7] 钱良国, 郝永超, 肖亚玲, 等. 锂离子等新型动力蓄电池成组应 ( 责编 : 王平军 )

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第 33 卷摇第 9 期摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇 014 年 9 月情摇报摇杂摇志摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇 JOURNAL OF INTELLIGENCE Vol. 33 摇 No. 9 Sep. 摇 014 基于专利的大数据技术发展情报 * 分析及战略研究 1 1 李鹏飞摇卢摇