固態(tài)電池具有發(fā)展的必然性。在各類新型電池體系中，固態(tài)電池是距離產(chǎn)業(yè)化最近的下一代技術(shù)，這已成為產(chǎn)業(yè)與科學(xué)界的共識(shí)。固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化階段尚處早期，但有望在未來超速發(fā)展。
固態(tài)電池簡介
在固態(tài)離子學(xué)中，固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解液的電池。全固態(tài)鋰電池是相對(duì)液態(tài)鋰電池而言，是指結(jié)構(gòu)中不含液體，所有材料都以固態(tài)形式存在的儲(chǔ)能器件。具體來說，它由正極材料、負(fù)極材料和電解質(zhì)組成，而液態(tài)鋰電池則由正極材料、負(fù)極材料、電解液和隔膜組成。
傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池被稱為“搖椅式電池”，搖椅的兩端為電池的正負(fù)兩極，中間為電解質(zhì)（液態(tài)），電池在充放電時(shí)鋰離子來回穿梭于正負(fù)極之間，不斷地進(jìn)行嵌入和脫嵌。固態(tài)電池的原理與之相同，只不過其電解質(zhì)為固態(tài)，具有的密度以及結(jié)構(gòu)可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導(dǎo)更大的電流，進(jìn)而提升電池容量。因此，同樣的電量，固態(tài)電池體積將會(huì)變得更小。不僅如此，固態(tài)電池中由于沒有電解液，封存變得更加容易，在汽車等大型設(shè)備上使用時(shí)，也不需要再額外增加冷卻管、電子控件等，節(jié)約了成本，還可有效減輕重量。
檢索數(shù)據(jù)庫及檢索年限
本報(bào)告檢索了從1985年至2018年的中外專利數(shù)據(jù)庫，共檢索出相關(guān)專利6368件，其中國內(nèi)專利2125件，國外專利4243件，后續(xù)將分別對(duì)國內(nèi)和國外專利情況進(jìn)行分析。
國內(nèi)專利客觀分析
3.1概況分析
3.1.1年度申請(qǐng)量分析
專利的申請(qǐng)量分析主要研究的是一個(gè)研發(fā)趨勢，2018年的申請(qǐng)量數(shù)據(jù)不完整，僅供參考。
從申請(qǐng)量角度看，有關(guān)固態(tài)電池的專利申請(qǐng)主要從20世紀(jì)80年代末期開始，但當(dāng)時(shí)的專利申請(qǐng)量很少，究其原因，一是當(dāng)時(shí)我國的專利制度才剛剛起步，二是在1987年中國科技部將固態(tài)鋰電池列為第一個(gè)“863”計(jì)劃重大專題，即關(guān)于固態(tài)電池的研究才開始進(jìn)入正軌。在往后的幾年，關(guān)于固態(tài)電池的專利申請(qǐng)數(shù)量增長趨勢不大，2000年以前相關(guān)專利很少；之后隨著世界各國關(guān)于固態(tài)電池的研究越來越多，國內(nèi)的固態(tài)電池專利申請(qǐng)量也開始呈現(xiàn)較明顯的增幅，且在往后的幾年一直處于增長階段，其中在2017年達(dá)到專利申請(qǐng)量的頂峰。同時(shí)從當(dāng)前國內(nèi)外對(duì)于固態(tài)電池的研究熱度來看，固態(tài)電池是近期動(dòng)力電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，可以預(yù)料，關(guān)于固態(tài)電池的專利申請(qǐng)近幾年應(yīng)仍處于發(fā)展階段，相關(guān)科研人員在不斷研究開發(fā)，以獲得技術(shù)突破。
3.1.2 專利類型分析
在已公開的專利中，發(fā)明專利有1720件，占比80.94%，實(shí)用新型專利有400件，占比18.82%，外觀設(shè)計(jì)專利有5件，占比0.24%。由于固態(tài)電池研發(fā)難度較高，專利價(jià)值也較大，各申請(qǐng)人為了實(shí)現(xiàn)對(duì)技術(shù)的有效保護(hù)，所以發(fā)明專利占的比重很大。
3.2申請(qǐng)人排行分析
通過申請(qǐng)人排行榜分析，可以明確哪些企業(yè)或科研院所或個(gè)人在該方向的研究更為深入。
可以看出，在申請(qǐng)人排行榜前10位中，科研院所申請(qǐng)人較多。固態(tài)電池作為現(xiàn)今較為火熱的研究方向之一，有很多科研院所及大專院校等的科研團(tuán)隊(duì)投入了研發(fā)力量，如復(fù)旦大學(xué)、清華大學(xué)、中科院寧波所等。同時(shí)，可以看出，不乏國外申請(qǐng)人在中國進(jìn)行專利布局，通過申請(qǐng)專利實(shí)現(xiàn)其技術(shù)在中國的應(yīng)用保護(hù)，為其后期進(jìn)入中國市場做準(zhǔn)備，如豐田自動(dòng)車株式會(huì)社、現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社等車企，其在中國布局的固態(tài)電池的專利量較多，體現(xiàn)了其對(duì)中國市場的重視。
企業(yè)應(yīng)重點(diǎn)研究競爭對(duì)手企業(yè)掌握的主要技術(shù)方向，發(fā)掘技術(shù)空白點(diǎn)，也可以與其建立合作伙伴關(guān)系，同時(shí)對(duì)于科研院所和個(gè)人，可以對(duì)其進(jìn)行技術(shù)引進(jìn)及人員聘請(qǐng)以加大自身的科研力度。
3.3 IPC分析
3.3.1 IPC技術(shù)構(gòu)成分析
分析專利技術(shù)分布情況，可輔助企業(yè)掌握該技術(shù)的主要研發(fā)方向或者選擇技術(shù)空白、薄弱的點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。由技術(shù)構(gòu)成可以看出，固態(tài)電池的主要研究方向集中在H01M小類，具體的涉及電極、二次電池及制造和燃料電池及制造方向等，更具體的，對(duì)于固態(tài)電池的研究主要集中在固態(tài)電解質(zhì)，這是該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和研究熱點(diǎn)，也是固態(tài)電池的發(fā)展方向。
3.3.2 IPC技術(shù)申請(qǐng)人分析
專利申請(qǐng)量靠前的幾家企業(yè)和科研院所的研究方向大多集中在H01M這一小類上，其中中科院寧波所在該小類上的專利申請(qǐng)量最多；另外清華大學(xué)和復(fù)旦大學(xué)等高校還涉及H01L和H01G小類上的研發(fā)，而對(duì)于豐田和本田等車企則幾乎全部集中在H01M小類上。
3.3.3各國在中國專利申請(qǐng)量比例分析
美國、日本、韓國等發(fā)達(dá)國家均存在在中國進(jìn)行專利布局的情況，通過在中國申請(qǐng)專利，以尋求在中國市場的保護(hù)，體現(xiàn)了其他國家對(duì)我國市場的重視。
國外專利客觀分析
4.1概況分析
4.1.1年度申請(qǐng)量分析
通過國外專利的年度申請(qǐng)量情況我們可以分析國際上對(duì)固態(tài)電池的研發(fā)趨勢。國外關(guān)于固態(tài)電池的研究要比國內(nèi)起步早，但前期專利申請(qǐng)量不高。整體上也呈現(xiàn)申請(qǐng)量逐年增加的趨勢。且從2010年開始有較大幅度的增加，與之對(duì)應(yīng)的是豐田、Sakti3、蘋果等都宣布或推出與固態(tài)電池相關(guān)的產(chǎn)品或研發(fā)應(yīng)用。由圖可以看出，近幾年關(guān)于專利申請(qǐng)量有所下降，原因可能有2方面：一是全球范圍內(nèi)固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)熱度有所下降，部分國家的研發(fā)團(tuán)隊(duì)退出固態(tài)電池技術(shù)舞臺(tái)，導(dǎo)致專利數(shù)量下滑；二是技術(shù)從研發(fā)到申請(qǐng)專利再到專利公開并錄入數(shù)據(jù)庫，一般有十幾個(gè)月的滯后，那么近兩年的專利數(shù)量會(huì)受此影響，導(dǎo)致檢索到的專利數(shù)量較實(shí)際情況偏少。
4.2 申請(qǐng)國家分析
4.2.1 申請(qǐng)國家申請(qǐng)量分析
申請(qǐng)國家申請(qǐng)量分析可知，日本專利申請(qǐng)量為1248件，占比29.41%，占據(jù)較大比重，同時(shí)美國申請(qǐng)量為659件，占比15.53%，凸顯了美國在固態(tài)電池領(lǐng)域的研究力度。
4.2.2 申請(qǐng)國家申請(qǐng)人分析
通過申請(qǐng)國家申請(qǐng)量及申請(qǐng)人分析可以看出，日本、美國、韓國和德國等在固態(tài)電池方面專利申請(qǐng)量較多。其中，申請(qǐng)量較靠前的幾個(gè)國家均有國外申請(qǐng)人進(jìn)行專利布局，例如申請(qǐng)量排名第一的本田汽車公司，不僅在其本土日本申請(qǐng)了大量專利進(jìn)行保護(hù)，更是在美國、韓國、德國等諸多國家進(jìn)行了布局規(guī)劃，這也從側(cè)面體現(xiàn)出固態(tài)電池領(lǐng)域競爭的激烈程度。
4.3 申請(qǐng)人排行分析
通過申請(qǐng)人排行榜分析，可以明確哪些國家的企業(yè)、科研院所或個(gè)人在固態(tài)電池領(lǐng)域的研究更加深入?？梢钥闯觯毡镜呢S田汽車、松下電器等均在固態(tài)電池領(lǐng)域有一定數(shù)量的專利申請(qǐng)存在，也顯示出了日本在該領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。
4.4 IPC技術(shù)構(gòu)成分析
分析專利技術(shù)分布情況，可輔助企業(yè)掌握該技術(shù)的主要研發(fā)方向或者選擇技術(shù)空白、薄弱的點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。由技術(shù)構(gòu)成可以看出，與國內(nèi)專利技術(shù)構(gòu)成結(jié)果類似，固態(tài)電池的主要研究方向是電極，尤其是固態(tài)電解質(zhì)，這是該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和研究熱點(diǎn)，也是固態(tài)電池的發(fā)展方向。
總結(jié)
本報(bào)告對(duì)固態(tài)電池技術(shù)領(lǐng)域國內(nèi)外專利申請(qǐng)情況進(jìn)行了分析，概覽了該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)的總體情況、固態(tài)電池技術(shù)區(qū)域分布情況、固態(tài)電池申請(qǐng)人專利布局情況以及重點(diǎn)企業(yè)申請(qǐng)人情況等，對(duì)于我國的固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展，給出以下競爭啟示：
（1）市場啟示
在固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)中，日本、美國、中國、德國等是固態(tài)電池專利的主要產(chǎn)出國，專利的產(chǎn)出情況說明了對(duì)應(yīng)國家技術(shù)創(chuàng)新的重視程度。在目前各種新型電池體系中，固態(tài)電池采用全新固態(tài)電解質(zhì)取代當(dāng)前有機(jī)電解液和隔膜，具有高安全性、高體積能量密度，同時(shí)與不同新型高比能電極體系具有廣泛適配性，可進(jìn)一步提升質(zhì)量能量密度，從而有望成為下一代動(dòng)力電池的終極解決方案，故引起了日本、美國、德國等眾多研究機(jī)構(gòu)、初創(chuàng)公司和部分車企的廣泛關(guān)注。如豐田開發(fā)出全固態(tài)鋰離子電池，能量密度為400Wh/kg，計(jì)劃在2020年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化；松下的最新固態(tài)電池能量密度相對(duì)提高了3-4倍；德國KOLIBRI電池應(yīng)用于奧迪 A1純電動(dòng)汽車，目前尚未商業(yè)化應(yīng)用。從國內(nèi)來看，主要以研究機(jī)構(gòu)為主導(dǎo)，包括中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所、青島生物能源與過程研究所等；國內(nèi)在進(jìn)行固態(tài)鋰電開發(fā)的企業(yè)包括CATL、國珈星際(珈偉股份)、江蘇清陶能源、臺(tái)灣輝能、中航鋰電等。CATL以硫化物電解質(zhì)為主要研發(fā)方向，采用正極包覆解決正極材料與固態(tài)電解質(zhì)的界面反應(yīng)問題，目前聚合物鋰金屬固態(tài)電池循環(huán)達(dá)到300周以上，容量保持率達(dá)82%。國珈星際采用材料基因組技術(shù)，通過高通量測試技術(shù)確定聚合物固態(tài)電解質(zhì)的最佳組成。此外，如贛鋒鋰業(yè)、比亞迪、萬向123等也都宣布布局固態(tài)電池領(lǐng)域，但大部分企業(yè)仍處于“口頭研發(fā)”階段。
從國內(nèi)專利申請(qǐng)人來看，還包括豐田、現(xiàn)代等日本、韓國等國外的企業(yè)申請(qǐng)人，且申請(qǐng)量也處于領(lǐng)先地位。說明國內(nèi)企業(yè)在技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)有待加強(qiáng)，應(yīng)結(jié)合國內(nèi)外研發(fā)IPC分類進(jìn)行項(xiàng)目立項(xiàng)，找到企業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)方向，力求國內(nèi)企業(yè)申請(qǐng)人能夠在本技術(shù)領(lǐng)域不論是技術(shù)還是專利數(shù)量及布局上都取得優(yōu)勢地位。
（2）專利布局啟示
通過分析可知，近幾年來固態(tài)電池技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)申請(qǐng)發(fā)展迅速，申請(qǐng)量逐年增加，申請(qǐng)人在該領(lǐng)域的布局也逐漸加強(qiáng)，但是固態(tài)電池技術(shù)上仍存在重重壁壘，各個(gè)國家都在加緊步伐搶占先機(jī)，申請(qǐng)重點(diǎn)主要集中在固體電解質(zhì)材料、界面性能優(yōu)化、電極材料選擇等，現(xiàn)在多處于研究階段，真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的很少。對(duì)我國來說，也是科研機(jī)構(gòu)作為主力軍，相應(yīng)的企業(yè)申請(qǐng)人并沒有進(jìn)行深入研究，且我國涉及的核心專利不多，主導(dǎo)權(quán)尚未掌握。為此，作為政府不僅要加大力度支持，更要對(duì)專利促進(jìn)政策進(jìn)行階段性定位，從偏重?cái)?shù)量激勵(lì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴百|(zhì)”為核心，構(gòu)建良性運(yùn)轉(zhuǎn)的創(chuàng)新制度體系，作為企業(yè)應(yīng)充分利用高校和科研單位的技術(shù)優(yōu)勢加強(qiáng)對(duì)核心專利的深入研究，并圍繞核心專利不斷進(jìn)行應(yīng)用性的開發(fā)研究，申請(qǐng)眾多的外圍專利，再利用外圍專利進(jìn)一步覆蓋技術(shù)領(lǐng)域，構(gòu)筑外圍專利網(wǎng)，形成攻防體系，在激勵(lì)競爭中贏得主動(dòng)權(quán)。
（3）技術(shù)創(chuàng)新啟示
固態(tài)電池在我國屬于一個(gè)新興研究領(lǐng)域，是近幾年的研究熱點(diǎn)，但是我國本土企業(yè)參與固態(tài)電池研究的很少，我國固態(tài)電池的主要企業(yè)申請(qǐng)人多為一些國外跨國企業(yè)，如日本的豐田自動(dòng)車株式會(huì)社。
高校和科研院所是國內(nèi)固態(tài)電池技術(shù)的研究主體，建議國內(nèi)固態(tài)電池領(lǐng)域的重點(diǎn)企業(yè)與高校和研究院所加強(qiáng)合作，形成一個(gè)集中的固態(tài)電池技術(shù)聯(lián)盟，對(duì)固態(tài)電池技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)一、集中調(diào)研。首先，在調(diào)研過程中了解和學(xué)習(xí)固態(tài)電池目前的專利技術(shù)，去其糟粕取其精華，對(duì)其進(jìn)行深加工，形成自主規(guī)避方案和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)；其次，在固態(tài)電池技術(shù)空白區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)一掃蕩，形成外圍防御型專利，克制競爭對(duì)手的外圍技術(shù)延伸；再次，集中國企業(yè)和高校相關(guān)領(lǐng)域的高科技人才，針對(duì)固態(tài)電池發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域及所面臨的技術(shù)難題進(jìn)行高強(qiáng)度的封閉式研發(fā)，打破被動(dòng)局面，搶先占據(jù)固態(tài)電池某些發(fā)展方向上的專利制高點(diǎn)。
