1.磷酸鐵鋰（Lithium Iron Phosphate），化學(xué)式LiFePO4。具有橄欖石晶體結(jié)構(gòu)。理論容量為170mAh/g，實際已接近理論值，電池比能量也已經(jīng)超過140Wh/kg，遠(yuǎn)低于三元電池的能量密度。其主要優(yōu)勢是安全性相對較好，高溫下不會分解產(chǎn)生氧氣，循環(huán)壽命長，沒有用到Co、Ni等貴重金屬，價格受材料影響比較小，以及仍有較大的下降空間，所以仍得到廣泛應(yīng)用。除能量密度低外，材料中的鋰離子只能一維擴(kuò)散，擴(kuò)散系數(shù)較低，電導(dǎo)率差，高倍率性能較差。并且由于化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)上的根本性原因，在規(guī)?；a(chǎn)中原材料生產(chǎn)的批次穩(wěn)定性較差。由于材料自身克容量受限，依靠提升材料的克容量來提升電池能量密度是不可行的，更多的研究集中在電極生產(chǎn)工藝及電池結(jié)構(gòu)改進(jìn)方面，如提升電極壓實密度，將電池殼體做大降低零部件在電池中的占比等，提升電池比能量。在材料批次穩(wěn)定性方面，許多企業(yè)包括原材料供應(yīng)商在內(nèi)，將不同批次的原材料充分混合應(yīng)用，以降低材料批次穩(wěn)定性的影響。更多的研究集中在低溫性能和快充性能的提高方面。材料方面的改性主要是表面包覆，常見的是表面包覆碳材料，以及表面結(jié)構(gòu)的處理等，提高材料的倍率性能、低溫性能等。

 

2.鎳鈷錳酸鋰（NCM），俗稱三元材料，層狀結(jié)構(gòu)，為黑色粉末。化學(xué)式為LiNixCoyMn1-x-yO2，主要類型為LiNi3Co3Mn3O2、LiNi5Co3Mn2O2、LiNi6Co2Mn2O2和LiNi8Co1Mn1O2。三元材料(NMC)實際上是綜合了LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2三種材料的優(yōu)點(diǎn)，由于Ni、Co和Mn之間存在明顯的協(xié)同效應(yīng)，因此NMC的性能好于單一組分層狀正極材料。鎳鈷錳酸鋰能量密度高，理論容量達(dá)到280mAh/g，實際容量超過150mAh/g高鎳三元材料按照《新能源汽車節(jié)能與技術(shù)路線圖》，2020年，電池比能量300Wh/kg、比功率1000W/Kg，循環(huán)1000次以上，成本0.8元/Wh以內(nèi)，所對應(yīng)的正極材料就是高鎳三元材料（以高鎳NCM為主）。目前國內(nèi)正極三元材料正在從鎳∶錳∶鈷比例3∶3∶3轉(zhuǎn)向6∶2∶2，就是高鎳，鎳變成6，再轉(zhuǎn)變到8∶1∶1，鎳變成8，鈷進(jìn)一步降到1，甚至鈷進(jìn)一步降到0.5，進(jìn)一步提高容量和降低成本。NCM以鎳、鈷、錳為主，鈷的可以穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu)，提高材料的循環(huán)壽命和倍率性能，過高的鈷含量會導(dǎo)致材料容量降低，增加成本；鎳在于提高增加材料的能量密度．鎳含量高會導(dǎo)致鋰鎳混排，造成鋰的析出；錳可以降低材料成本、提高材料安全性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，過高的錳含量會破壞材料的層狀結(jié)構(gòu)，降低材料比容量。鎳含量的增加固然使材料的克容量得到提升，但同時也帶來了許多問題，主要問題包括：安全性差：循環(huán)性不好、電極制備工藝、首次充放電效率低、電子電導(dǎo)率低。

 

鋰電池磷酸鐵鋰和三元正極材料是鋰離子電池行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域，作為目前商業(yè)化比較成熟的兩大正極材料，磷酸鐵鋰、三元正極材料未來在動力電池領(lǐng)域的發(fā)展前景如何，企業(yè)在商業(yè)化運(yùn)作過程中有哪些專利風(fēng)險？通過對磷酸鐵鋰和三元材料進(jìn)行專利分析，為企業(yè)在該領(lǐng)域的的研發(fā)和銷售提供參考。

 

二、磷酸鐵鋰、三元正極材料專利現(xiàn)狀分析

本文使用incopat專利檢索系統(tǒng)，檢索截止日期為 2019年 4月 1日，其中，申請量以“件”為單位進(jìn)行統(tǒng)計，同族專利作為一項申請計入申請人的總申請量中。

 

磷酸鐵鋰材料和三元材料作為鋰電池最重要和最慣用的兩種正極材料，從1990年索尼公司實現(xiàn)鋰離子電池商業(yè)化開始，便一直得到相關(guān)企業(yè)及科研院所的高度重視。如圖2-1所示為磷酸鐵鋰材料和三元材料全球?qū)＠暾堏厔荩梢钥闯?，磷酸鐵鋰材料和三元材料的全球?qū)＠暾堏厔莼鞠嗤?，分別經(jīng)歷了2000年至2007年的緩慢發(fā)展期，2007年至2012年的快速發(fā)展期，以及2012年至今的成熟期。有所不同的是，在2007年以前，三元材料的發(fā)展速度略快于磷酸鐵鋰材料，表現(xiàn)為三元材料相關(guān)專利申請相對較多；2007年至2013年，磷酸鐵鋰的發(fā)展速度反超三元材料，表現(xiàn)為磷酸鐵鋰材料相關(guān)專利申請較多；而2013年以后，相關(guān)企業(yè)/學(xué)者針對三元材料的研發(fā)熱情反超磷酸鐵鋰材料，關(guān)于三元材料的專利申請量再次反超磷酸鐵鋰材料。此外，針對三元材料的專利申請增量趨勢變化較磷酸鐵鋰材料更平穩(wěn)。

 

可以看出，磷酸鐵鋰相關(guān)的全球申請基本可以劃分為四個板塊，分別是：（1）約占全球?qū)＠暾?0%的中國；（2）美國、日本和韓國三個發(fā)達(dá)國家專利申請，約占總申請的33%；（3）代表性的，有較高技術(shù)價值、法律價值和產(chǎn)業(yè)價值的世界知識產(chǎn)權(quán)組織和歐洲專利局申請，共10%余件；（4）以中國臺灣、德國、法國和印度等付為代表的，專利公開較少的國家和地區(qū)，約占總申請的7%。

 

可以看出，與磷酸鐵鋰的專利申請區(qū)域分布基本相同。從不同區(qū)域?qū)＠暾垟?shù)量來看，中國三元材料相關(guān)專利申請的數(shù)量較磷酸鐵鋰材料少約2000件；而美國、日本和韓國針對三元材料的專利申請則明顯較磷酸鐵鋰材料的量多，且美國、日本和韓國針對三元材料的專利申請量相差極小。此外，世界知識產(chǎn)權(quán)組織和歐洲專利局關(guān)于三元材料的公開申請也較磷酸鐵鋰材料明顯多；中國臺灣、德國、法國和印度關(guān)于三元材料和磷酸鐵鋰材料的專利公開基本一致。

 

總結(jié)來看，三元材料全球?qū)＠暾垍^(qū)域分布更為集中，且三元材料和磷酸鐵鋰材料全球?qū)＠植贾饕性谥袊?、美國、日本、韓國、世界知識產(chǎn)權(quán)組織、歐洲專利句、中國臺灣、德國、法國和印度等國。

韓國LG化學(xué)在鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域深耕多年，從2000年開始就有相關(guān)專利申請公開，至2010年及以后，其專利公開呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，在2012年至2015年過后，專利公開數(shù)量開始減少。后來者中國國軒高科和無錫同春新能源氣勢洶洶，國軒高科最早的公開鋰電池磷酸鐵鋰材料專利文獻(xiàn)是2008年，至2010年期間，兩家公司一致沒有相關(guān)專利公開；2010年之后，專利申請如雨后春筍，節(jié)年攀高，一致保持著相當(dāng)數(shù)量的專利公開。中國比亞迪和韓國SDI作為行業(yè)內(nèi)的老牌企業(yè)，持續(xù)研發(fā)革新，從2003年至今，維持著穩(wěn)定數(shù)量的專利申請；日本索尼作為最早商業(yè)化鋰離子電池的大型跨國電子消費(fèi)品類公司，與其他所有申請人不同的是，其關(guān)于磷酸鐵鋰材料的專利申請最早，且在早些年的專利申請量一直較穩(wěn)定，從2012年開始，申請公開開始逐年減少。深圳市沃特瑪和山東精工電子作為后起之秀，2011年之后公開專利相當(dāng)可觀專利數(shù)量。清華大學(xué)和中南大學(xué)研發(fā)時間持久，投入力度大，一直維持著不錯數(shù)量的專利公開。總之，不同的申請人進(jìn)入磷酸鐵鋰材料技術(shù)領(lǐng)域的時間不同，這其中不乏傳統(tǒng)知名企業(yè)窺得市場先機(jī)，及早申請和布局，也有后入局者各自做大，但歸根結(jié)底，各申請人均在該技術(shù)領(lǐng)域做了深入研發(fā)和知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)，才使得企業(yè)走的更快更穩(wěn)，在激烈的市場競爭中占據(jù)一席之地。

 

有成都新柯力、豐田、青島乾運(yùn)高科、湖南邦普、蘇州格林美和日本三洋等企業(yè)不在磷酸鐵鋰材料全球?qū)＠笆暾埲伺琶校瑫r大規(guī)模涉及磷酸鐵鋰材料和三元材料研發(fā)的企業(yè)較少，這其中韓國LG化學(xué)、中國合肥國軒高科、中南大學(xué)和三星SDI則同時在磷酸鐵鋰材料領(lǐng)域和三元材料領(lǐng)域進(jìn)行了大規(guī)模研發(fā)和成果專利申請。從圖中可以看出，針對三元材料的專利公開在最近三年變得較為集中，特別是排名前四的LG化學(xué)、合肥國軒高科、中南大學(xué)和成都新柯力，以及青島乾運(yùn)高科和蘇州格林美等，這與三元材料在改善鋰離子電池低溫性能方面的特點(diǎn)不無關(guān)系。三星SDI在三元材料領(lǐng)域的專利申請行為和在磷酸鐵鋰材料領(lǐng)域的專利申請行為極為相似，持久穩(wěn)定的進(jìn)行技術(shù)研發(fā)和革新，累年申請專利保護(hù)。豐田在其進(jìn)行新能源汽車布局前申請了相當(dāng)數(shù)量關(guān)于三元材料的專利，主要集中在2009年至2017年。日本三洋是一家涉及顯示器、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、機(jī)械等眾多領(lǐng)域的大型企業(yè)，其針對三元材料的專利申請主要表現(xiàn)在2010年以前，在此之后無相關(guān)公開專利。

 

關(guān)于磷酸鐵鋰的技術(shù)研發(fā)，相關(guān)企業(yè)均入局較早，但是在隨后的專利申請卻并沒有三元材料的增勢明顯；三元材料受重視的時間略晚于磷酸鐵鋰材料，但其隨后的專利申請量卻反超磷酸鐵鋰材料，三元材料作為新型鋰離子電池正極材料，正在被給予越來越大的期望。

3.1 磷酸鐵鋰正極材料風(fēng)險專利

國內(nèi)企業(yè)雖然在磷酸鐵鋰有了一定的技術(shù)積累，但是目前專利布局很不完善，磷酸鐵鋰材料的核心專利，掌握在少數(shù)企業(yè)手中，這些核心專利均在我國做好了專利布局，國內(nèi)磷酸鐵鋰企業(yè)很難繞開這兩個核心專利，以下針對該領(lǐng)域的核心專利進(jìn)行簡要介紹。

 

1、2003年3月，加拿大魁北克水電公司等專利權(quán)利人的磷酸鐵鋰專利以申請?zhí)枮镻CT/CA2001/001349的國際申請為基礎(chǔ)進(jìn)入中國，向中國國家知識產(chǎn)權(quán)局提出發(fā)明專利申請，并于2008年9月獲得授權(quán)，該專利請通過PCT申請，進(jìn)入了美國、日本、韓國、中國、歐洲、加拿大等，同族申請共有32件，并在中國、日本、美國、歐洲等國家獲得專利權(quán)。。2010年8月，中國電池工業(yè)協(xié)會向?qū)＠麖?fù)審委提出專利無效請求。2011年5月28日，專利復(fù)審委做出無效決定。隨后，加拿大魁北克水電公司等向北京一中院提起訴訟。該案在業(yè)界引起極大的關(guān)注。