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【原创】从专利分布窥探钠离子电池行业发展

导读 2010年后,借着锂资源供应日渐紧张的“东风”,钠离子电池研究重新得到了广泛关注。本文通过中国专利信息中心和知网提供的专利检索,从专利角度梳理钠离子电池的专利申请情况。

中国粉体网讯  2010年后,借着锂资源供应日渐紧张的“东风”,钠离子电池研究重新得到了广泛关注。本文通过中国专利信息中心和知网提供的专利检索,从专利角度梳理钠离子电池的专利申请,来对该领域的专利的时间分布、地域分布以及各关键技术的重点专利申请一窥究竟,以期对该领域的专利技术发展状况以及专利审查提供参考。检索对象限定在2021年10月之前公开的发明和实用新型专利申请,且仅检索中文专利和英文的世界专利。


1.全球专利分布概况

钠离子电池最早在20世纪70年代末与锂离子电池同时受到关注。通过对中国国内的“钠离子电池”以及世界范围内“Sodium battery/cell”关键词专利申请进行统计,结果如下。


1.1申请年度分布


图1:世界钠离子电池专利申请数量趋势(截至2021年前)


基于专利的技术趋势分析通常遵循四个连续的阶段:i)前期(新兴),ii)起飞(成长),iii)加速(成熟),最后 iv)稳定(饱和)。开发前阶段的特点是年度专利数量呈指数增长,而成长阶段的特点是专利数量下降,因为公司已经在对技术进行整合和商业化。


图1反应了钠离子电池专利申请量的年度变化。从图中可以看出,钠离子电池的研究起始于20世纪70年代。曲线在1990~2005之间有小高峰,这里的专利有相当一部分是由日本主要研究的钠硫电池构成。钠硫电池是一种高温钠离子电池,起步远早于现在研究的室温钠离子电池,由上世纪90年代被日本科学家发明。在2010年以后,专利申请量开始上升,并自2012年起进入高速发展时期。这体现了2010年后钠离子电池研究的兴趣重燃。自2017年以来,钠离子电池的年度专利数量呈下降趋势,标志着进入增长阶段。专利数量的这种下降归因于研究的缩减,因为公司开始专注于商业化。


1.2申请地域分布


图2:钠离子电池专利申请来源国分析(截至2021年10月前)


申请来源国排名前三位的是中国、日本和美国。这反映出这些国家在该技术领域的技术实力状况领先。其中,中国的专利申请量占比最大,占到了中英文专利总数的38%。可以看出中国企业和研究机构对钠离子电池的研究十分重视。


2.中国专利概况

通过对中国国内的“钠离子电池”关键词专利申请进行统计,结果如下。


2.1申请年度分布


图3:中国钠离子电池专利申请数量趋势(截至2021年前)


国内的“钠离子电池”关键词专利申请统计年度申请数量趋势结果如图3。与世界专利申请数量趋势相比,中国的专利申请起步较晚,但上升迅速。与世界趋势图类似,在2010年以后,中国钠离子电池专利申请量开始上升,并自2012年起进入高速发展时期。与世界专利申请趋势类似,中国的钠离子电池专利也在2017年后开始下降,标志着进入增长阶段。可见尽管中国的钠离子电池研究起步略晚,但并未落伍。


2.2申请人排名

对“钠离子电池”专利检索结果进行申请人排名分析,结果如图4:


图4:中国钠离子电池申请人排名(截至2021年10月前)


由图4可以看出,专利申请的前十名除了宁德时代一家公司外,其余均为高校或科学研究院所。陕西科技大学和中南大学掌握最多的钠离子电池专利。这反映出目前钠离子技术的发展程度还不够成熟,离大规模市场应用还有一定的距离。


2.3关键技术分布

对“钠离子电池”专利检索结果进行二次检索,分别检索“正极材料”、“负极材料”和“电解质/电解液”,结果分布如下:


图5:中国钠离子电池各技术分支申请量分布(截至2021年10月前)


可以看出,钠离子电池材料的研究重心还是更多在于正极和负极材料上。


2.3.1正极材料

对“正极材料”的检索结果进一步二次检索,检索三种目前钠离子电池常用的正极材料,结果如图6:


图6: 中国钠离子电池正极材料专利申请量分布(截至2021年10月前)


可以看出三种正极材料的研究数量不相上下,在未来的一段时间内,这三种正极材料还将进行竞争。


2.3.2负极材料

对“负极材料”的检索结果进一步二次检索,检索五种目前钠离子电池的负极材料,结果如图7:


图7:中国钠离子电池负极材料专利申请量分布(截至2021年10月前)


由图可以看出,碳基的负极材料(如硬碳)是钠离子电池研究的热点。


2.3.3电解质

对“电解质/电解液”的检索结果进一步二次检索,检索三种目前钠离子电池常用的电解质,结果如图8:


 

图8:中国钠离子电池电解质专利申请量分布(截至2021年10月前)


由图8可见,有机电解液是钠离子电池的电解液中的研究热点,但是水系电解液的研究也占有一席之地。


3.国内重点企业专利分析

3.1宁德时代专利分析

宁德时代新能源科技股份有限公司是国内研究钠离子电池的领头企业之一。2021年7月29日,宁德时代成功举行了首场线上发布会,董事长曾毓群博士发布了宁德时代的第一代钠离子电池。通过在知网以关键词“主题:钠离子电池”and“申请人:宁德时代”搜索专利,一共找到35项专利,其中8项专利已经授权,授权公开与申请公开重复,实际专利27项,专利总体情况如下:


图9:宁德时代钠离子电池专利发表数量趋势(截至2021年10月前)


可以看出,宁德时代自2018年开始,专利的发表数量是逐年增加的,这体现了钠离子电池研究进展的速度在加快。


图10:宁德时代钠离子电池专利的关键词共现网络


由于关键词之间联系紧密,共现网络图排布较为密集。出现最多的前几大关键词为:容量保持率、倍率性能、正极活性材料、普鲁士蓝、放电容量、放电比容量、初始容量和压实密度。可以看出宁德时代钠离子电池具体研究的重心在于正极材料的普鲁士蓝类材料。


图11:宁德时代钠离子电池专利作者合作网络


专利发明人情况如图11所示,数量从多到少依次为梁成都、郭永胜、曾毓群、刘倩、苏硕剑和王莹等。董事长曾毓群博士发布的专利署名只有自己一人,所以在合作网络上呈现出孤岛状。


3.2中科海钠专利分析

中科海钠科技有限责任公司是一家专注于钠离子电池研发与生产的高新技术型企业。通过在知网以关键词“主题:钠离子电池”and“申请人:中科海钠”搜索专利,一共找到22项专利,专利总体情况如下:

图12:中科海钠钠离子电池专利发表数量趋势(截至2021年10月前)


与宁德时代类似,自2018年开始,除了还未结束的2021年,中科海钠钠离子电池专利的发表数量也是逐年增加的。


图13:中科海钠钠离子电池专利的关键词共现网络


出现最多的前几大关键词为负极材料、惰性气氛、容量保持率、导电剂、表面包覆和电荷平衡。可以看出,与宁德时代不同,中科海钠的研究重心在于钠离子电池的负极材料。


图14:中科海钠钠离子电池专利作者合作网络


专利发明人情况如图14所示,数量从多到少依次为胡勇胜、唐堃、戚兴国、鞠学成和任瑜等。


4.总结

对于一项技术,要判断其对未来产业的影响力,除了与自身的研究水平有关,还受市场、企业能力、政府政策以及其他因素的影响。但是对处于产业化初期的技术而言,专利指标能有效地反映其产业影响力。为了更深入地把握钠离子电池技术未来产业影响力,将来可对钠离子电池的各种技术的专利文献分时段进行文本聚类,以判断各种技术的技术障碍、应用领域变化、技术发展方向,进而把握其未来产业影响力。今后通过更深入的研究、专利指标获取上的日益进步,将能够更加全面且客观地比较与分析各种钠离子电池技术未来产业影响力。


参考来源:

1.中国专利信息中心

2.中国知网

3.郑伟伟,邓隽. 钠离子电池专利技术分析

4.姜照华等. 基于专利指标的新兴电化学储能技术未来产业影响力比较



(中国粉体网编辑整理/波德)

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