【中国专利谱图】一文看懂石墨烯改性磷酸铁锂电池技术

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今年前两季度新能源汽车销量大增，带来了锂电池产量的持续高速增长及锂电池企业业绩的水涨船高。作为热点投资领域，锂电池板块持续受到社会各界的高度关注。

正极材料是锂电池核心材料，其关乎电池的安全性能及能量密度大小，因而决定了锂电池未来的发展方向。目前已经商业化的锂电池正极材料包括：钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料（镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂）等产品，其中，磷酸铁锂因其工作电压平稳、结构稳定、高温性能和循环性能良好、安全无毒、成本低廉等优点，成为了最具发展潜力的锂电正极材料之一。然而同时磷酸铁锂也存在平台电压低、能量密度低等缺点，导致其应用受到局限。

研究发现，石墨烯改性磷酸铁锂可形成理想的电子导电体，所得正极材料具备高的堆积密度及倍率性能，这对提高动力电池续航能力意义十分重大。下面，我先代大家看一下国内石墨烯改性磷酸铁锂电池的专利布局情况。

（一）专利申请趋势分析

图1.石墨烯改性磷酸铁锂电池的国内专利申请趋势图

中国企业从2001年开始陆续启动磷酸铁锂材料开发，近年来，随着电动汽车产业化加速，国内的磷酸铁锂产业投资势头超过其他任何国家。国内石墨烯改性磷酸铁锂专利技术最早出现于2009年，经过7年的技术积累，截止2016年上半年已累计申请267件。如图1所示，其发展趋势大致分为以下三个阶段：2009-2010年为初期发展阶段，年均申请量为10件；2011-2014年为平稳发展阶段，年均申请量为40件；2015至今进入到高速发展阶段，2015年申请量达到最高点73件。

（二）专利申请人分析

1、企业专利申请人分布

图2.石墨烯改性磷酸铁锂电池的主要专利申请人（企业）

根据图2可知，国内专利申请量排名靠前的企业有：深圳海洋王、东莞新能源、江苏乐能电池、北京万源、山东精工电子、杭州金马、深圳贝特瑞等。

深圳海洋王照明成立于1995年，是一家自主研发、生产、销售各种专业照明设备的民营高新技术企业。从2007年开始，该公司大批量布局专利申请，内容涉及照明装置零部件、便携式灯具、发光材料、发光器件、石墨烯新材料等。截止2016年上半年，该公司共申请国内三种专利8825件，其中石墨烯改性磷酸铁锂电池相关专利21件。虽然该公司提前布局了大量石墨烯专利，但至今未有任何相关产品问世。

东莞新能源科技（ATL）成立于1999年，是一家专业生产可充式锂离子电池电芯、封装及系统整合的高新科技企业，在全球专业锂电池制造商中处于领先地位。截止2016年上半年，该公司共申请国内三种专利885件，其中石墨烯改性磷酸铁锂电池专利5件。 ATL生产的锂离子电池/聚合物锂离子电池被广泛应用于笔记本电脑、手机等消费电子产品中。

江苏乐能电池成立于2009年，是国际上少数几家专业生产纳米级磷酸铁锂正极材料（30-50nm）的高新技术企业。截止2016年上半年，该公司共申请国内三种专利35件，其中石墨烯改性磷酸铁锂电池相关专利4件。据报道，该公司制造出了目前全球量产粒径最小的纳米球形磷酸铁锂正极材料，该材料的克容量、倍率性能、自放电性能、低温性能等多项指标均排名全球第一。目前乐能是ATL、中航锂电、万向、比亚迪等行业领头企业的供应商。

北京万源工业成立于1984年，是中国运载火箭技术研究院直属全资民品集团总公司。公司在风力发电、新材料新工艺、汽车零部件、工业过程自动化控制系统、机械制造等方面具有雄厚实力。截止2016年上半年，该公司共申请国内三种专利63件，其中石墨烯改性磷酸铁锂电池专利4件，相关技术还处于研发阶段。

山东精工电子是国内少数实施磷酸铁锂正极材料、动力电池及电池组、超级电容器、纯电动汽车产业链发展模式的企业，该公司研制的磷酸铁锂正极材料及磷酸铁锂动力电池具有良好的高低温放电性能和极高的安全性，技术水平处于国际领先地位。该公司拥有年产能2万吨高性能磷酸铁锂材料生产线，主要客户包括中国移动、中国联通、中船重工、ATL、GE、CGG、BPL等。截止2016年上半年，该公司共申请国内三种专利529件，其中石墨烯改性磷酸铁锂电池专利3件。

杭州金马能源成立于2007年，是由金马控股集团控股并与复旦大学合作的一家高新技术企业，专业从事锂电池正极材料的研发与生产。截止2016年上半年，该公司共申请国内三种专利28件，其中石墨烯改性磷酸铁锂电池专利3件。

深圳贝特瑞成立于2000年，是由中国宝安集团控股的一家锂离子二次电池用新能源材料生产厂家，目前已发展成为全球最大的锂离子电池负极材料供应商。截止2016年上半年，该公司共申请国内三种专利140件，其中石墨烯改性磷酸铁锂电池专利3件。

综上可知，第一，目前国内石墨烯改性磷酸铁锂正极材料专利的主要申请人（前7位），除了排名第一的深圳海洋王之外，其他均是本领域规模较大的专业厂商；第二，锂电行业属于知识产权密集型产业，各生产厂商均比较重视核心技术的专利保护，如东莞新能源科技、山东精工电子的专利布局数量已超过500件；第三，磷酸铁锂电池技术相对成熟，然而对于石墨烯改性磷酸铁锂电池而言，各大厂商均处于技术研发阶段，专利申请数量不多，至今还没有成熟的商业化产品问世。

除了上述国内公司之外，磷酸铁锂材料领域公认的全球领先企业主要有两家——美国A123系统公司（已被万向收购，新公司为万向A一二三）和加拿大Phostech公司（福斯泰克公司）。其中，万向A一二三公司在国内申请5件石墨烯改性三元锂电池的发明专利，可见其研发重点不在磷酸铁锂正极材料。Phostech公司在国内申请10件发明专利，同样均未涉及石墨烯改性锂离子电池技术。

2、高校/科研院所专利申请人分布

图3.石墨烯改性磷酸铁锂电池的主要专利申请人（高校/研究院）

除了企业申请人之外，国内高校及研究院所也是石墨烯改性磷酸铁锂技术的先行者。由图3可知，国内主要高校及科研院所申请人有：中国科学院（其中宁波材料所、北京化学所、苏州纳米所、沈阳金属所等申请量较多）、上海交大（郭守武团队等）、北京航天材料研究所（燕绍九团队等）、天津大学（杨全红团队等）、哈尔滨工业大学（王殿龙团队等）。此外，株式会社半导体能源研究所（桃纯平、井上信洋团队等）成为来华申请专利最多的国外研究机构。

值得一提的是，上海交大郭守武教授团队研发的石墨烯基锂离子电池技术，目前不仅已提前布局了“基于石墨烯包覆橄榄石型磷酸铁锂复合材料的制备方法”、“应用聚吡咯/石墨烯改善磷酸铁锂电化学性能的方法”、“应用石墨烯/聚苯胺改善磷酸铁锂电化学性能的方法”等6件发明专利。同时，由郭教授领衔的上海碳源汇谷公司正在努力推动石墨烯改性磷酸铁锂电池真正实现落地。

7月8日，碳源汇谷母公司东旭光电（A股上市企业）将在北京钓鱼台国宾馆举办石墨烯基锂离子电池新品发布会，届时全球首款具备“秒充”功能的石墨烯改性磷酸铁锂电池将与大家见面。资料显示，碳源汇谷中试阶段生产的石墨烯改性磷酸铁锂电池可满足10C条件下，6分钟内快速充放电，显著缩短电池的充放电、延长电池使用寿命，这对电子产品及新能源汽车领域都将起到重大颠覆性影响。如果东旭光电上述新产品能顺利上市，则可占据国内首款石墨烯基锂电池产品的市场地位，并对提升我国石墨烯基锂电池技术优势意义重大。

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作者：郭锋 原国家知识产权局专利局审查员，现东旭集团专利风控总监

投稿原标题：石墨烯改性磷酸铁锂电池技术之中国专利谱图

来源：IPRdaily

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