锂离子动力电池产业发展Word格式文档下载.docx

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图1　动力电池产业链组成部分

近年来锂离子动力电池专利技术成果转化效果显著，生产锂离子电池的企业遍地开花，是发展最快的绿色环保产品之一。

但锂离子动力电池产业发展同样面临成本高、安全性，可靠性差、尺寸不统一、回收利用体系不健全等问题，随着正极材料技术的突破，如采用LCO、NCA、NCM、LFP、LTO等为正极材料，电池能量密度有所提高，电池成本有所降低[3]。

此外，随着能量密度的提高，锂离子电池的发展瓶颈是电池的安全性，电池单体热失控不可能完全杜绝，如何防止热失控诱发和蔓延成为技术壁垒，特殊的热管理、充放电和评估系统，以防止过充或过放，是确保电池安全工作的前提[4]。

未来的动力电池将向着更安全、更长寿、更高能量密度、充电速度更快的方向发展，锂离子电池的成本有望大大降低到2020年单体价格有望降到1.0元/Wh，系统有望降到1.5元/Wh，能量密度可达300Wh/kg[5]。

在全球锂离子动力电池技术研发和产业化进程中，形成中、美、日、韩四足鼎立的局面，日本在技术研发方面领先；

韩国市场份额位居全球第一，中国第二；

中国的电池企业数量最多，产能最大，产品错综复杂，缺乏统一标准。

在日本、韩国、美国等汽车制造大国，政府高度重视动力电池的发展并出台相应政策大力推动电池产业和技术发展。

为了推动中国电动汽车产业发展，国家科技部、发改委、工信部等几大部委相继出台了新能源汽车重点研发专项（科技部“十三五”计划，2016—2020）、《中国制造2025》以及《汽车产业中长期发展规划》等一系列政策，对汽车锂动力电池发展提出新的要求[6-7]。

通过政策的实施，我国锂离子动力电池技术革新加快，产业面临转型升级。

借助TI数据库和广东省专利信息服务平台，编写检索表达式如（（（名称，摘要+=（liorlithiumorli-ionor…）AND名称，摘要+=（（batteryorbatteriesor…）notfuelcellnot…）and名称，摘要，主权项+=（carorautomobileorautoor…）））…and分类号=（H01M4orH01M10or…）and申请日=（1999-01-01to2018-06-30））/（（（名称，摘要+=（电池or动力源or…））and（名称，摘要+=（锂or锂离子orlior…））not（名称，摘要，主权项+=（手机or电脑or…））…and（申请日=（1999-01-01to2018-06-30）））得到申请日从1999-01-01到2018-06-30的锂动力电池及其管理系统等相关技术领域专利数据，经过统计分析处理，对目前动力电池的专利技术现状进行分析，为锂离子动力电池产业发展及技术研究方向提供参照。

2　全球专利分析

2.1　申请趋势分析

编写有关动力电池材料和管理系统的检索式在TI数据库检索得到全球专利申请总量为95712件。

从专利申请时间趋势图（见图2）中可以看出，1999-2008年，全球处于对新能源动力电池研发探索的萌芽阶段，故专利申请量较少；

2009-2014年，随着各国对新能源汽车电池技术的研发投入，全球专利申请量增长迅速；

处于动力电池技术储备阶段，从2009年的2808件增长到2014年的8403件。

随着全球各国制定传统燃油汽车禁售时间表，新能源汽车的发展被推上风头浪尖，2015-2017年动力电池专利申请量增长迅猛，动力电池产业结构发生巨大改变，国内外电池企业迅速扩充产能和市场布局。

上述情况说明近几年全球对于锂离子电池关注程度不断上升，研发投入增加，对锂离子动力电池的知识产权保护意识不断提高。

图2　全球动力电池专利申请趋势（1999—2018）

经过政府、企业和高校研发团队的努力，新能源汽车行业已经形成了以整车企业牵头、关键零部件配套、产学研合作、政策、法规、技术标准各方面协调的研发战略[8]。

随着锂离子电池的快速发展，可以推测动力电池申请量将在2020年达到顶峰，未来五年是电池产业发展的最佳时间，专利技术的推广应用的着力点在于提高高能量密度动力电池的安全性、使用寿命和新能源汽车的续航里程等性能。

2.2　申请国家专利分布分析

不同国家的技术储备和战略布局不同导致对锂离子电池研发投入千差外别，其专利申请数量如图3，其中，中国、日本、韩国、美国对新能源汽车电池技术发展重视程度最高，故专利申请量最多，日本占总量的35.1%高居榜首、中国、韩国及美国则以29.8%、12.8%、10.0%紧跟其后，四个国家占比高达87.7%，奠定了在锂离子动力电池领域的主导地位。

图3　全球锂离子动力电池领域的专利申请国家和机构分布

日本电池企业主要分成两部分，一部分与日本整车企业合资进行新能源汽车电池的开发，另一部分也作为独立供应商面向市场进行电池供应，主要以松下为代表，为大众、特斯拉等多家主流车企供货。

两部分企业都有相应的研发、配套团队，在功率密度型和能量密度型动力电池领域的技术处于世界领先。

如松下采用NCA和硅碳负极组合制成的18650型电池容量高达3500mAh，循环寿命达2000次以上；

高镍正极材料技术也得到了很大突破。

从专利申请量看出，日本在纯电动汽车用动力电池及其管理系统领域都是实力最强者，掌控着绝大部分专利技术。

中国锂离子动力电池的研制起步较晚。

但后来者居上，国务院、发改委和工信部等部门出台相关政策推动动力电池的产业化和电池模块的标准化。

在十三五年规划中设立了新能源汽车重点研发专项，对高性能动力电池的研发提出新的要求。

在政策支持和推动下，企业和高校在锂离子动力电池技术领域得到突破，锂离子电池性能不断得到改善和提升。

随着对电池技术知识产权的保护意识不断提高，一批高水平的专利技术得到保护。

各项政策从单体、成组到系统集成技术提出新一轮要求，力求突破技术壁垒，研发出新一代高能量密度、高安全性的新体系电池，加快产业化进程。

同时淘汰一批低端企业，培育一批具有自主创新和持续发展的动力电池龙头企业，促进电池尺寸标准统一，加快健全动力电池回收体系，力争到2020年，动力电池技术水平与国际水平相当，产能和规模全球领先。

在政策的推动下，国内锂离子电池产业发展初见成效。

韩国知识经济部支持的项目涉及纯电动汽车和储能两大应用领域。

以绿色引领发展的二次电池技术研发项目，涉及锂离子电池关键材料（正负极材料）、应用技术研究（针对储能及纯电动汽车领域）、评价与测试基础设施、下一代电池研究等4个子项目，以期在韩国打造完善的动力电池产业链[9]。

韩国企业对锂离子动力电池材料和管理系统等重点专利进行保护，对专利成果进行转化提升竞争力，促进产业增长，形成一批具有全球竞争力的电池企业。

在政府的扶持和协调下，锂电池产业的行业集中度非常高，完全由三星SDI、LG化学和SK三家巨头垄断，形成了一种较为良性的竞争和合作关系，共同推动了产业的发展。

反观我国在过去十年里，两三百家锂电企业在全国大地遍地开花，这种低水平重复建设显然对我国锂电产业整体产业水平的提升并无裨益。

美国能源署重点加快插电式混动汽车锂电池的研发，2012—2017年，美国投入研发新的正负极材料，电解质使电池能量密度从100Wh/kg提高到250Wh/kg。

在2017—2027规划研究（如锂-硫、锰离子等）新体系电池来降低电池生产成本，规划中涉及磷酸铁锂、锰酸锂和三元电池体系[10]。

随着特斯拉在中国建厂，中美电池技术水平将得到一定程度突破，产业化配套也将会大幅度提升。

中日韩三国目前已基本垄断全球动力电池市场，日本以松下为代表，韩国以LG、三星SDI为代表，中国企业以宁德时代、比亚迪等为代表。

新能源汽车的快速发展带动了上游动力电池产业的市场需求，动力电池的上下游行业如碳酸锂、隔膜、正负极材料等多个领域引来大量投资。

快速的建厂扩产直接导致产能过剩和产品同质化严重，另外2018年上游原材料价格继续上涨，压缩了动力电池行业的利润空间，落后产能淘汰势在必行。

由于技术上的创新和资金优势，动力电池产业集中到龙头企业已成必然趋势。

2.3　主要申请人专利分析

对专利申请人进行标引得到前30位申请人专利数量占全球总量的40%，前15位主要申请人掌握着大量专利技术，占总量的27.6%，这表明专利成果集中度高，但随着新能源汽车战略的不断推进，部分专利分散化，难以发掘，可利用价值有待提高。

前15位主要申请人都是中、美、日、韩企业（见图4），其中日本企业就有8家，韩国企业主要有三星和LG化学。

这些企业在全球锂离子电池行业都有较大的竞争力，可见日本、韩国在锂离子电池行业专利技术占有巨大优势。

欧美企业有博世排在第11位，其涉及领域主要是动力电池管理系统技术与系统集成。

中国企业也申请了大量专利，但申请年代比较靠后，专利技术价值有待提升。

在国家政策推动和企业发展规划下，这几年涌现一批动力电池生产企业，申请量最多的是宁德时代，有1146件，排在第10位。

比亚迪、天津力神和国轩高科紧跟其后，有978、946和732件，分别排在12、13和15位。

图4　全球专利主要申请人分析

从申请人专利申请数量可得，日本申请人数量最多，申请总量最大，技术储备时间长、能力比较均衡，在动力电池技术领域起主导地位。

韩国企业集中度高，行业影响力大，专利成果价值转化效率高，这也是韩国锂离子动力电池企业成为领军企业重要原因之一。

中国作为后劲主力军，其企业数量最大，专利申请量较大，但分布过于分散，需要加快产业资源整合的步伐，使专利技术将得到进一步的利用。

3　中国专利分析

3.1　申请趋势分析

编写有关动力电池材料和管理系统的检索式在广东省专利信息服务平台检索得到全国专利申请总量为44053件。

中国对锂离子电池领域研究起步较晚，申请专利数量趋势（如图5），受奥运会和绿色环保理念被提出的影响，2007年以前中国处于新能源战略布局与探索阶段，专利申请量少，这一阶段是锂离子动力电池技术研发初期；

2008年以后，在国家和地方政府的大力支持下，为追求更高的能量密度的锂离子动力电池，正负极材料、隔膜和电解液等关键技术领域得到突破，一批较高质量的专利被申请，申请数量增加很快，到2012年已突破3500件。

2012年到2013年锂离子动力电池发展趋势不明朗，下游市场产业仍处于开发阶段，国内各企业在动力电池领域刚开始投资和布局，导致专利申请量申请放缓。

随着国家导向、企业的投入和渐渐明朗的发展态势，2014年开始迎来了申请小高峰，2016年达7373件，根据现阶段的情况可以推测，申请量在2020年将会突破10000件，且专利技术价值将会大大提高。

图5　锂离子动力电池中国专利申请趋势

到目前为止，科技部、工信部和各部委对锂离子电池技术研发的的经费投入已经超过30亿元人民币。

现阶段比亚迪、广汽新能源、吉利、北汽新能源等企业已经研制并生产了一批具有竞争力的新能源车型。

以企业为主体，打通产业链上中下游，企业之间形成产业联盟，集中各企业力量，对锂离子电池技术和电池产品进行攻关。

经过近10年的发展，动力电池产业布局已经初具规模，企业间建立了良好的合作机制。

在国家大力支持下，锂离子电池的技术路线