中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：作者：韓雪 2 鄧偉1 周旭峰1,2 劉兆平1,2
單位：1. 中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所；2. 浙江省石墨烯制造業(yè)創(chuàng)新中心
引用： 韓雪,鄧偉,周旭峰等.石墨烯在儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用的專(zhuān)利分析[J].儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù),2022,11(01):335-349.
DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0323
摘 要 為研究石墨烯在儲(chǔ)能領(lǐng)域研究開(kāi)發(fā)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)現(xiàn)狀，以鋰離子電池、超級(jí)電容器、鋰硫電池、鋰空氣電池、鋰金屬電池、鈉離子電池、鉛炭電池等電化學(xué)儲(chǔ)能體系為切入點(diǎn)，對(duì)石墨烯在儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行專(zhuān)利檢索，并從全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)、主要來(lái)源國(guó)家、各結(jié)構(gòu)部件中應(yīng)用專(zhuān)利分布、重要專(zhuān)利申請(qǐng)人等方面進(jìn)行了詳盡的分析。以期為我國(guó)石墨烯儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃等提供有價(jià)值的參考。
關(guān)鍵詞 專(zhuān)利；石墨烯；儲(chǔ)能；鋰電池；超級(jí)電容器
石墨烯具有獨(dú)特的單原子層二維晶體結(jié)構(gòu)，集多種優(yōu)異特性于一身，如超高的載流子遷移率、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率、透光性、強(qiáng)度等。自2004年石墨烯被首次發(fā)現(xiàn)，尤其是自2010年斬獲諾貝爾獎(jiǎng)以來(lái)，吸引了大量研發(fā)人員將其應(yīng)用于眾多領(lǐng)域方向的研究。石墨烯作為一種年輕的新材料，在儲(chǔ)能技術(shù)中表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，具體應(yīng)用方向有鋰離子電池、鋰空氣電池、鋰硫電池、超級(jí)電容器、儲(chǔ)氫等儲(chǔ)能體系。同時(shí)，各國(guó)政府和相關(guān)機(jī)構(gòu)也在積極鼓勵(lì)石墨烯在儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用的研發(fā)工作，推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研融合，進(jìn)一步推動(dòng)了石墨烯儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。由中科院寧波材料所及浙江省石墨烯制造業(yè)創(chuàng)新中心等發(fā)布的《2019石墨烯技術(shù)專(zhuān)利分析》顯示，在石墨烯應(yīng)用技術(shù)相關(guān)專(zhuān)利中，儲(chǔ)能領(lǐng)域相關(guān)專(zhuān)利占比達(dá)到22.5%。可見(jiàn)，儲(chǔ)能領(lǐng)域是石墨烯應(yīng)用研究最為集中的領(lǐng)域之一。
在全球綠色低碳可持續(xù)的發(fā)展大勢(shì)下，我國(guó)主動(dòng)提出碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)。在此背景下，以新能源為依托的儲(chǔ)能技術(shù)無(wú)疑是最為重要的抓手之一，而突破更為先進(jìn)的儲(chǔ)能技術(shù)就成為未來(lái)科技發(fā)展的重要目標(biāo)。專(zhuān)利文獻(xiàn)是研究技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)不可缺少的重要數(shù)據(jù)，本文以專(zhuān)利文獻(xiàn)為分析對(duì)象，在綜合考慮研發(fā)進(jìn)展和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程后，選取石墨烯在鋰離子電池、超級(jí)電容器、鋰硫電池、鋰空氣電池、鋰金屬電池、鈉離子電池、鉛炭電池等儲(chǔ)能體系中應(yīng)用的相關(guān)專(zhuān)利進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)石墨烯在儲(chǔ)能領(lǐng)域的專(zhuān)利技術(shù)申請(qǐng)態(tài)勢(shì)，為政府和企業(yè)做出科學(xué)決策提供參考。
1 數(shù)據(jù)來(lái)源與方法
為分析石墨烯在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，本文按照電化學(xué)儲(chǔ)能體系類(lèi)型對(duì)石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行分類(lèi)，并做相應(yīng)的專(zhuān)利分析。本文分析的數(shù)據(jù)均來(lái)自由北京合享智慧科技有限公司開(kāi)發(fā)的專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)incopat，為獲取石墨烯及其衍生物在其中起關(guān)鍵作用的專(zhuān)利技術(shù)，以標(biāo)題和摘要作為檢索字段，將專(zhuān)利類(lèi)型限定為發(fā)明專(zhuān)利。本文采用分總式檢索策略，采用關(guān)鍵詞與IPC分類(lèi)號(hào)相結(jié)合的方式檢索獲取專(zhuān)利數(shù)據(jù)，具體內(nèi)容如表1和表2所示。表1為石墨烯應(yīng)用于鋰離子電池、鋰硫電池、鋰空氣電池、鋰金屬電池、鈉離子電池、鉛炭電池的檢索要素及對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵詞、IPC分類(lèi)號(hào)。在表1中，鑒于本文部分研究?jī)?nèi)容為二次電池，且石墨烯目前應(yīng)用于二次電池電極材料居多，選取IPC分類(lèi)號(hào)H01M4(其含義為“電極”)、H01M10(其含義為“二次電池；及其制造”)加入檢索式。在獲取檢索結(jié)果后，通過(guò)人工閱讀清理其中的無(wú)關(guān)項(xiàng)，對(duì)與檢索主題密切相關(guān)的專(zhuān)利進(jìn)行人工數(shù)據(jù)標(biāo)引，以確定石墨烯應(yīng)用的儲(chǔ)能體系類(lèi)型和具體結(jié)構(gòu)部件。本文以專(zhuān)利公開(kāi)文本作為分析對(duì)象，既包括專(zhuān)利申請(qǐng)文本又包括專(zhuān)利公開(kāi)文本。文中所指專(zhuān)利數(shù)量均指專(zhuān)利簡(jiǎn)單同族數(shù)量，簡(jiǎn)單同族指優(yōu)先權(quán)完全相同的一組專(zhuān)利，同一件專(zhuān)利的申請(qǐng)文本與授權(quán)文本在本文中計(jì)為一件專(zhuān)利。文中專(zhuān)利主要來(lái)源國(guó)家指專(zhuān)利申請(qǐng)人所屬?lài)?guó)家。本文專(zhuān)利檢索截止日為2021年3月31日。因?qū)＠麖纳暾?qǐng)到公開(kāi)，到數(shù)據(jù)庫(kù)收錄，會(huì)有一定時(shí)間延遲，本文中近兩年數(shù)據(jù)會(huì)小于實(shí)際數(shù)值，僅供參考。
表1 石墨烯應(yīng)用于電池體系的檢索要素、關(guān)鍵詞及IPC分類(lèi)號(hào)
表2 石墨烯應(yīng)用于超級(jí)電容器的檢索要素、關(guān)鍵詞及IPC分類(lèi)號(hào)
2 石墨烯在儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用專(zhuān)利概況
2.1 全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)
如圖1所示，石墨烯應(yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域相關(guān)專(zhuān)利共計(jì)6415件。專(zhuān)利申請(qǐng)開(kāi)始于2003年，到2009年每年相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)量較少，每年僅有少量申請(qǐng)；2010年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給兩位石墨烯研究先驅(qū)，全球范圍內(nèi)掀起了石墨烯研究的熱潮。同時(shí)，隨著石墨烯規(guī)?；苽涔に嚨耐黄疲鲊?guó)政府相繼出臺(tái)政策支持石墨烯相關(guān)研究，大量的研究團(tuán)隊(duì)涌進(jìn)石墨烯儲(chǔ)能領(lǐng)域，石墨烯在儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)進(jìn)入快車(chē)道。2018年當(dāng)年，相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)量達(dá)到1136件，達(dá)到歷年最高點(diǎn)。
圖1 石墨烯在儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)
2.2 國(guó)家/地區(qū)分布分析
本文以第一申請(qǐng)人國(guó)籍作為專(zhuān)利申請(qǐng)來(lái)源國(guó)來(lái)分析專(zhuān)利技術(shù)起源地。如圖2所示，中國(guó)申請(qǐng)人在相關(guān)領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量最多，占比達(dá)82.4%。專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量排名第二、第三的為美國(guó)、韓國(guó)，占比分別為7.3%和4.9%。日本、德國(guó)、印度也申請(qǐng)了一定數(shù)量的相關(guān)專(zhuān)利。
圖2 石墨烯在儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用專(zhuān)利申請(qǐng)來(lái)源國(guó)
分析一件專(zhuān)利的申請(qǐng)來(lái)源國(guó)及對(duì)應(yīng)的專(zhuān)利受理國(guó)，可以知道專(zhuān)利技術(shù)的輸入輸出情況(機(jī)構(gòu))。如圖3所示，中國(guó)申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))在本國(guó)的申請(qǐng)量最大，在海外的申請(qǐng)量比例明顯偏低。美國(guó)、韓國(guó)和日本申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))在本國(guó)和海外均有較多的專(zhuān)利申請(qǐng)。各國(guó)均較為重視在美國(guó)的專(zhuān)利布局，通過(guò)世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交專(zhuān)利申請(qǐng)是各國(guó)進(jìn)行海外專(zhuān)利布局的重要途徑。
圖3 石墨烯在儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用專(zhuān)利流向
2.3 專(zhuān)利運(yùn)營(yíng)情況
人工分析其中1833件有效專(zhuān)利文本的獨(dú)立權(quán)利要求后獲得圖4。從保護(hù)主題來(lái)看，有效專(zhuān)利文本中有90.3%的專(zhuān)利為制造方法類(lèi)專(zhuān)利，產(chǎn)品類(lèi)專(zhuān)利僅占9.7%。
圖4 有效專(zhuān)利保護(hù)主題
另外，從有效專(zhuān)利的轉(zhuǎn)讓和許可情況來(lái)看，發(fā)生專(zhuān)利權(quán)轉(zhuǎn)讓的專(zhuān)利占15.8%，許可專(zhuān)利僅占0.4%，專(zhuān)利轉(zhuǎn)讓和許可比例明顯偏低。
3 石墨烯在鋰離子電池領(lǐng)域應(yīng)用的專(zhuān)利分析
3.1 全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)
鋰離子電池是目前世界上應(yīng)用最廣泛的高性能二次電池，但其性能依然難以滿足3C電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車(chē)、規(guī)模儲(chǔ)能、電動(dòng)工具等應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)其能量密度、倍率性能及循環(huán)性能等不斷提出的更高要求。石墨烯獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)性能使其成為一種極具應(yīng)用潛力的鋰離子電池材料，為解決上述問(wèn)題帶來(lái)了新的思路。
如圖5所示，石墨烯在鋰離子電池領(lǐng)域應(yīng)用共有專(zhuān)利申請(qǐng)3694件。從2012年開(kāi)始，相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)量快速增長(zhǎng)；2018年當(dāng)年專(zhuān)利申請(qǐng)達(dá)到峰值，申請(qǐng)量達(dá)到688件；2019年之后，申請(qǐng)量增長(zhǎng)放緩?？梢?jiàn)，將石墨烯應(yīng)用于鋰離子電池在近些年備受關(guān)注。
圖5 石墨烯在鋰離子電池領(lǐng)域應(yīng)用專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)
3.2 主要來(lái)源國(guó)家
由圖6可知，石墨烯在鋰離子電池領(lǐng)域應(yīng)用專(zhuān)利申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))中，中國(guó)是主要專(zhuān)利技術(shù)來(lái)源國(guó)，申請(qǐng)總量達(dá)3102件，占比84.0%，其次為美國(guó)、韓國(guó)、日本，分別占比6.4%、4.1%、4.1%?？v觀整個(gè)鋰離子電池材料領(lǐng)域，日本、韓國(guó)兩國(guó)占有技術(shù)優(yōu)勢(shì)并擁有可觀的專(zhuān)利儲(chǔ)量。然而在石墨烯應(yīng)用于鋰離子電池這一技術(shù)路線中，日韓兩國(guó)則顯得較為謹(jǐn)慎，在該領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)量遠(yuǎn)低于中國(guó)。
圖6 石墨烯在鋰離子電池領(lǐng)域應(yīng)用專(zhuān)利申請(qǐng)來(lái)源國(guó)
3.3 各結(jié)構(gòu)部件中應(yīng)用專(zhuān)利分布
在鋰離子電池領(lǐng)域，石墨烯目前主要用在正極、負(fù)極、導(dǎo)電添加劑、電解質(zhì)、隔膜、集流體、黏結(jié)劑等結(jié)構(gòu)部件。從圖7可知，在專(zhuān)利文獻(xiàn)中，鋰離子電池負(fù)極中采用石墨烯材料的專(zhuān)利數(shù)量最多，明顯高于其他部件。其次，鋰離子電池正極、導(dǎo)電添加劑也是石墨烯在其中應(yīng)用較為廣泛的結(jié)構(gòu)部件。
圖7 石墨烯在鋰離子電池各結(jié)構(gòu)部件中應(yīng)用的專(zhuān)利申請(qǐng)量
由圖8可知，石墨烯在鋰離子電池負(fù)極材料應(yīng)用相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)時(shí)間最早，為2007年，并且在后續(xù)的技術(shù)發(fā)展中專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量增長(zhǎng)最快、技術(shù)密集度最高。相對(duì)來(lái)講，在正極材料中應(yīng)用的相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)起步較晚，專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)鲩L(zhǎng)較慢?？梢?jiàn)，科研人員更為關(guān)注將石墨烯材料應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極這一技術(shù)方向。
圖8 石墨烯在鋰離子電池各結(jié)構(gòu)部件中應(yīng)用的專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)
如圖9所示，在鋰離子電池中，負(fù)極是國(guó)內(nèi)外專(zhuān)利申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))都最為關(guān)注的石墨烯應(yīng)用結(jié)構(gòu)部件。與國(guó)外申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))相比，中國(guó)申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))在該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)總量上占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。鋰離子電池正極、導(dǎo)電添加劑也是中國(guó)申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))申請(qǐng)較為集中的石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域。
圖9 石墨烯在鋰離子電池各結(jié)構(gòu)部件中應(yīng)用的國(guó)內(nèi)外專(zhuān)利申請(qǐng)對(duì)比
鋰離子電池負(fù)極中，石墨烯應(yīng)用方式通常有兩類(lèi)，一類(lèi)是將石墨烯直接作為活性材料；一類(lèi)是將石墨烯與活性材料復(fù)合，以緩解活性材料在充放電過(guò)程中的體積變化，改善活性材料導(dǎo)電性。由圖10可知，直接使用石墨烯及其衍生物作為負(fù)極活性材料的專(zhuān)利實(shí)際上占比很少，僅為8.3%。石墨烯與硅基材料、金屬氧化物復(fù)合，尤其是與硅基材料復(fù)合是專(zhuān)利申請(qǐng)最為集中的領(lǐng)域。硅基負(fù)極材料因其具有較高理論比容量，被視為比較理想的下一代鋰離子電池負(fù)極材料，不少負(fù)極材料生產(chǎn)企業(yè)均已開(kāi)始布局硅基負(fù)極的開(kāi)發(fā)與商業(yè)化?？梢?jiàn)，石墨烯及其衍生物在鋰離子電池電極材料中大多數(shù)還是以與其他活性成分復(fù)合的方式存在，將石墨烯及其衍生物作為電極材料的專(zhuān)利申請(qǐng)量?jī)H占少數(shù)。可見(jiàn)，如何讓石墨烯在儲(chǔ)能體系中發(fā)揮其最大效用仍然是研發(fā)人員需要解決的技術(shù)難題。需要說(shuō)明的是，部分專(zhuān)利文獻(xiàn)中對(duì)與石墨烯復(fù)合的活性材料類(lèi)型沒(méi)有特殊限定，在圖10和圖11中將此類(lèi)專(zhuān)利歸類(lèi)為“石墨烯/未限定類(lèi)型活性材料復(fù)合物”，圖10中此類(lèi)專(zhuān)利有120件，占比5.6%。
圖10 石墨烯在鋰離子電池各類(lèi)負(fù)極中應(yīng)用的專(zhuān)利申請(qǐng)概況
圖11 石墨烯在鋰離子電池各類(lèi)負(fù)極中應(yīng)用的專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)
將圖10按時(shí)間線來(lái)梳理可以獲得圖11?？梢钥闯?，在2008—2015年，石墨烯在硅基負(fù)極和金屬氧化物負(fù)極中應(yīng)用的相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)量及變化趨勢(shì)相近。以2016年為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，石墨烯在硅基負(fù)極方面的應(yīng)用相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)量持續(xù)走高，而研發(fā)人員在石墨烯/金屬氧化物復(fù)合負(fù)極方面的專(zhuān)利申請(qǐng)熱情則逐漸消退。石墨烯及其衍生物直接作為負(fù)極活性材料相關(guān)專(zhuān)利的申請(qǐng)量則隨時(shí)間呈曲折上升態(tài)勢(shì)。
3.4 重要專(zhuān)利申請(qǐng)人
根據(jù)專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量排名，整理出了排名前20的專(zhuān)利申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))，如表3所示。僅從申請(qǐng)數(shù)量上來(lái)看，排名靠前的專(zhuān)利申請(qǐng)人中有13位是來(lái)自中國(guó)的高校和科研院所。其中，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所劉兆平團(tuán)隊(duì)率先開(kāi)展石墨烯鋰離子電池應(yīng)用研究，先后提出石墨烯導(dǎo)電漿料、涂炭集流體和石墨烯改性活性材料等研究思路。
表3 專(zhuān)利申請(qǐng)量排名前20的申請(qǐng)人(單位)匯總
表4展示了申請(qǐng)PCT專(zhuān)利、歐專(zhuān)局專(zhuān)利或者多國(guó)專(zhuān)利的申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))排名。有2位申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))來(lái)自中國(guó)，分別是鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司與清華大學(xué)，兩者作為共同申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))在中國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)家合作申請(qǐng)了11個(gè)專(zhuān)利族。其余8位申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))則來(lái)自日本、美國(guó)和韓國(guó)。
表4 PCT歐專(zhuān)局及多國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)量排名前10的申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))匯總
從圖12可知，在中國(guó)申請(qǐng)人(單位)中，企業(yè)和科研單位(科研院所和高校)專(zhuān)利申請(qǐng)量各占專(zhuān)利申請(qǐng)總量的一半左右，可見(jiàn)，企業(yè)和高校/科研院所均較為重視石墨烯在鋰離子電池領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)和專(zhuān)利申請(qǐng)。
圖12 中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))類(lèi)型
從專(zhuān)利申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))來(lái)看，石墨烯鋰離子電池相關(guān)專(zhuān)利擁有量較多的企業(yè)按照主營(yíng)業(yè)務(wù)可以分為兩類(lèi)。一類(lèi)企業(yè)鋰離子電池并非其主營(yíng)業(yè)務(wù)，這類(lèi)企業(yè)重視知識(shí)產(chǎn)權(quán)布局和運(yùn)營(yíng)，試圖通過(guò)石墨烯這種新興材料在鋰電池領(lǐng)域應(yīng)用，在該領(lǐng)域取得技術(shù)突破，建立專(zhuān)利壁壘。這類(lèi)企業(yè)有由張博增、扎木·阿茹娜共同創(chuàng)辦的美國(guó)納米技術(shù)儀器公司及全球石墨烯公司、成都新柯力化工科技有限公司、株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所和東麗集團(tuán)等；第二類(lèi)是以鋰離子電池為主營(yíng)業(yè)務(wù)，申請(qǐng)單位有合肥國(guó)軒高科動(dòng)力能源有限公司、株式會(huì)社LG化學(xué)、三星集團(tuán)。值得注意的是，在鋰電池材料領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)數(shù)量一向靠前的申請(qǐng)單位，如豐田、松下、索尼、三菱、博世等企業(yè)并未出現(xiàn)在上述分析的重要專(zhuān)利申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))中。可見(jiàn)，對(duì)于將石墨烯應(yīng)用于鋰離子電池這項(xiàng)技術(shù)，各大鋰離子電池企業(yè)態(tài)度各異，部分企業(yè)試圖通過(guò)石墨烯的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)新的技術(shù)突破，而部分企業(yè)則對(duì)此項(xiàng)技術(shù)持觀望態(tài)度。
4 石墨烯在超級(jí)電容器領(lǐng)域應(yīng)用的專(zhuān)利分析
4.1 全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)
超級(jí)電容器具有充電時(shí)間短、使用壽命長(zhǎng)、功率密度和安全系數(shù)高、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)。然而相較于傳統(tǒng)的二次電池，較低的能量密度限制了超級(jí)電容器的規(guī)?；茝V應(yīng)用。同時(shí)，由于技術(shù)的進(jìn)步，各應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Τ?jí)電容器在功率密度、充放電時(shí)間等方面提出了更高的要求。石墨烯具有獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物化特性，研究人員開(kāi)始對(duì)石墨烯在超級(jí)電容器中的應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)和研究。
截止到2021年3月31日，石墨烯在超級(jí)電容器領(lǐng)域應(yīng)用的專(zhuān)利申請(qǐng)量共計(jì)1619件。從圖13可知，2003—2008年期間，相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量維持在個(gè)位數(shù)；2009—2011年，專(zhuān)利申請(qǐng)開(kāi)始顯現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)；2012年開(kāi)始進(jìn)入專(zhuān)利申請(qǐng)快速增長(zhǎng)期?？梢?jiàn)，鑒于石墨烯的優(yōu)異性能，并伴隨石墨烯大規(guī)模制備技術(shù)的突破，將石墨烯應(yīng)用于超級(jí)電容器領(lǐng)域成為熱門(mén)研究方向，其中2016年專(zhuān)利申請(qǐng)達(dá)284件；從2016年開(kāi)始，申請(qǐng)量放緩，專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量開(kāi)始逐年下降。
圖13 石墨烯在超級(jí)電容器領(lǐng)域應(yīng)用相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)
4.2 主要來(lái)源國(guó)家
如圖14所示，石墨烯在超級(jí)電容器領(lǐng)域應(yīng)用相關(guān)專(zhuān)利主要由中國(guó)申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))申請(qǐng)，占比78.2%，排名第二、第三的申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))分別是美國(guó)和韓國(guó)，專(zhuān)利申請(qǐng)占比為8.2%、6.9%。
圖14 石墨烯在超級(jí)電容器領(lǐng)域應(yīng)用專(zhuān)利申請(qǐng)來(lái)源國(guó)
4.3 各結(jié)構(gòu)部件中應(yīng)用專(zhuān)利分布
由圖15可知，在專(zhuān)利申請(qǐng)中，石墨烯主要應(yīng)用于超級(jí)電容器中的電極材料，占比達(dá)96.0%，另外有少量專(zhuān)利中石墨烯應(yīng)用于電解質(zhì)、隔膜、集流體、導(dǎo)電劑、黏結(jié)劑中。
圖15 石墨烯在超級(jí)電容器各結(jié)構(gòu)部件中應(yīng)用的專(zhuān)利申請(qǐng)量
石墨烯在超級(jí)電容器中的應(yīng)用主要分為兩類(lèi)，一類(lèi)為將石墨烯及其衍生物直接作為超級(jí)電容器電極活性材料，另一類(lèi)為石墨烯與其他活性材料復(fù)合。從圖16可知，在超級(jí)電容器電極材料相關(guān)專(zhuān)利中，石墨烯與其他碳基材料復(fù)合、石墨烯與金屬氧化物復(fù)合、石墨烯及其衍生物直接作為電極材料是申請(qǐng)量排名前三的應(yīng)用領(lǐng)域。
圖16 石墨烯在超級(jí)電容器各類(lèi)電極材料中應(yīng)用的專(zhuān)利申請(qǐng)量
將石墨烯及其衍生物直接作為超級(jí)電容器電極活性材料相關(guān)專(zhuān)利中，石墨烯大多數(shù)具有多孔(氣凝膠、泡沫結(jié)構(gòu)、海綿結(jié)構(gòu)等)、雜原子摻雜、柔性(水凝膠、纖維)、透明等特征，應(yīng)用場(chǎng)景除常規(guī)的超級(jí)電容器外，還有柔性可穿戴、微電子設(shè)備用微型超級(jí)電容器。
如圖17所示，石墨烯/碳基復(fù)合物、石墨烯/金屬氧化物復(fù)合物、石墨烯及其衍生物、石墨烯/導(dǎo)電聚合物復(fù)合物等作為超級(jí)電容器電極材料的相關(guān)專(zhuān)利在2016年及以前申請(qǐng)量增長(zhǎng)迅速，到2016年以后則開(kāi)始出現(xiàn)下降趨勢(shì)。
圖17 石墨烯在超級(jí)電容器各類(lèi)電極中應(yīng)用的專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)
從圖18可以看出，在超級(jí)電容器電極材料中應(yīng)用石墨烯時(shí)，國(guó)外申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))較為關(guān)注石墨烯與碳基材料復(fù)合、石墨烯及其衍生物、石墨烯與金屬氧化物復(fù)合3個(gè)領(lǐng)域，在石墨烯/導(dǎo)電聚合物的石墨烯復(fù)合電極領(lǐng)域，國(guó)外申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))關(guān)注度較低；國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))則在石墨烯與活性材料復(fù)合方面做了更多樣的嘗試，石墨烯與導(dǎo)電聚合物復(fù)合物、石墨烯與其他材料復(fù)合物(如金屬硫化物、金屬氮化物、金屬單質(zhì)等)領(lǐng)域均申請(qǐng)了較多專(zhuān)利。
圖18 石墨烯在超級(jí)電容器各類(lèi)電極中應(yīng)用的國(guó)內(nèi)外專(zhuān)利申請(qǐng)對(duì)比
4.4 重要專(zhuān)利申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))
如表5所示，在專(zhuān)利申請(qǐng)總量排名前20位的專(zhuān)利申請(qǐng)機(jī)構(gòu)中，高校占，17位有1位是科研院所，即中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所，另外有2個(gè)企業(yè)。
表5 專(zhuān)利申請(qǐng)量排名前20的申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))匯總
表6整理了在石墨烯超級(jí)電容器應(yīng)用領(lǐng)域提交PCT專(zhuān)利申請(qǐng)或向歐洲專(zhuān)利局提交專(zhuān)利申請(qǐng)或提交多國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的專(zhuān)利申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))排名。
表6 PCT、歐專(zhuān)局及多國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)量排名前5的申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))匯總
如圖19所示，在中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))中，專(zhuān)利申請(qǐng)主要集中在高校、科研院所這類(lèi)科研單位中，占比總計(jì)達(dá)75.1%，企業(yè)專(zhuān)利申請(qǐng)量占比21.4%。可見(jiàn)，將石墨烯應(yīng)用于超級(jí)電容器這一領(lǐng)域，研發(fā)主體集中在科研單位中。
圖19 中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))類(lèi)型
從專(zhuān)利申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))類(lèi)型來(lái)看，高校和科研院所的專(zhuān)利申請(qǐng)量遠(yuǎn)超企業(yè)申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))。而縱觀整個(gè)超級(jí)電容器領(lǐng)域，專(zhuān)利申請(qǐng)量一向排名靠前的松下電器、日本貴彌功株式會(huì)社、明電舍株式會(huì)社、旭硝子株式會(huì)社、寧波中車(chē)新能源科技有限公司等，均未出現(xiàn)在上述重要申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))之中?？梢?jiàn)，目前超級(jí)電容器企業(yè)還未針對(duì)石墨烯在超級(jí)電容器領(lǐng)域應(yīng)用展開(kāi)大面積的專(zhuān)利布局。
5 石墨烯在其他儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用的專(zhuān)利分析
5.1 鋰硫電池
因?yàn)閱钨|(zhì)硫具有很高的理論放電比容量，使得鋰硫電池具有極高的能量密度。同時(shí)，鋰硫電池具有材料成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最具前景的下一代二次電池技術(shù)。但硫的絕緣性，體積膨脹及充放電過(guò)程中產(chǎn)生易溶于電解液的多硫化物，導(dǎo)致鋰硫電池體系仍無(wú)法向?qū)嵱没l(fā)展。由于石墨烯不僅可以提高硫的導(dǎo)電性，還可以為多硫化物提供物理吸附和化學(xué)吸附，因此將其應(yīng)用于鋰硫電池中成為研究熱點(diǎn)。
目前，石墨烯在鋰硫電池領(lǐng)域的應(yīng)用相關(guān)專(zhuān)利共計(jì)558件，由圖20可知，2016、2017年是相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量快速增長(zhǎng)期，2018年申請(qǐng)數(shù)量開(kāi)始出現(xiàn)下降趨勢(shì)。
圖20 石墨烯在鋰硫電池領(lǐng)域的應(yīng)用相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)
石墨烯主要應(yīng)用于鋰硫電池的正極、隔膜等結(jié)構(gòu)部件。由圖21可知，將石墨烯應(yīng)用于鋰硫電池正極中的專(zhuān)利申請(qǐng)量最多，占比為82.1%。在鋰硫電池專(zhuān)利技術(shù)中，研發(fā)人員集中關(guān)注于將石墨烯用于正極材料，來(lái)提高正極活性物質(zhì)硫的利用率，防止多硫化物溶解于電解質(zhì)中，并提高鋰硫電池的電極導(dǎo)電性。
圖21 石墨烯在鋰硫電池各結(jié)構(gòu)部件中應(yīng)用的專(zhuān)利申請(qǐng)量
世界各主要經(jīng)濟(jì)體高度重視鋰硫電池技術(shù)的開(kāi)發(fā)，已投入大量人力物力。相比于中國(guó)，美國(guó)、日本及歐洲在鋰硫電池機(jī)理研究和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域占據(jù)更多優(yōu)勢(shì)。聚焦本文所關(guān)注的石墨烯在其中的應(yīng)用研究，根據(jù)專(zhuān)利申請(qǐng)總量排名可以列出排名前5的專(zhuān)利申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))，如表7所示?？梢钥闯?，其中有3位是來(lái)自中國(guó)的科研單位，有2位是分別來(lái)自韓國(guó)和美國(guó)的企業(yè)?？梢?jiàn)，中國(guó)的研發(fā)人員在石墨烯應(yīng)用于鋰硫電池方面表現(xiàn)更為積極。
表7 專(zhuān)利申請(qǐng)量排名前5的申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))匯總
5.2 鋰空氣電池
隨著科技不斷進(jìn)步和工業(yè)快速發(fā)展，化石能源日漸枯竭，同時(shí)環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重，開(kāi)發(fā)新型綠色、環(huán)保、高效的能源迫在眉睫。鋰空氣電池以其成本低、環(huán)境友好和理論能量密度高的優(yōu)點(diǎn)引起人們廣泛研究。但是，鋰空氣電池仍處于發(fā)展的初級(jí)階段，在實(shí)際應(yīng)用和商業(yè)化前仍面臨諸多問(wèn)題與挑戰(zhàn)。研究人員嘗試將石墨烯材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化后應(yīng)用于鋰空氣電池中，以期改善鋰空氣電池的循環(huán)性能、倍率性能、容量特性和能量效率。
石墨烯在鋰空氣電池領(lǐng)域的應(yīng)用相關(guān)專(zhuān)利共計(jì)88件，由圖22可知，從2011第一件相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)開(kāi)始，每年的專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量均較為穩(wěn)定。
圖22 石墨烯在鋰空氣電池領(lǐng)域的應(yīng)用相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)
石墨烯主要應(yīng)用于鋰空氣電池的催化劑、空氣電極、人造SEI膜等領(lǐng)域。由圖23可以看出，石墨烯應(yīng)用于催化劑相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)量最多，占比為65.9%。
圖23 石墨烯在鋰空氣電池各結(jié)構(gòu)部件中應(yīng)用的專(zhuān)利申請(qǐng)量
由表8可知，各專(zhuān)利申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))擁有的專(zhuān)利數(shù)量并不多，排名居首的北京化工大學(xué)常州先進(jìn)材料研究院其相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)量也僅有7件，這與鋰空氣電池目前還未進(jìn)入商業(yè)化階段存在較大關(guān)系。
表8 專(zhuān)利申請(qǐng)量排名前5的申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))匯總
5.3 鋰金屬電池
本節(jié)所述鋰金屬電池指以金屬鋰作為負(fù)極材料，采用除單質(zhì)硫、氧氣(空氣)以外的物質(zhì)作為正極材料的鋰二次電池。目前，石墨烯在鋰金屬電池領(lǐng)域應(yīng)用相關(guān)專(zhuān)利共113件。由圖24可知，從2009—2014年，相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)量始終處于較低位置，2018年相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)量最大，達(dá)到37件。
圖24 石墨烯在鋰金屬電池領(lǐng)域應(yīng)用相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)
石墨烯在鋰金屬電池中主要應(yīng)用于人造SEI膜、正極、復(fù)合負(fù)極、集流體、隔膜等結(jié)構(gòu)部件。由圖25可知，石墨烯應(yīng)用于人造SEI膜中的專(zhuān)利申請(qǐng)量最多，占比為33.3%，其次為在鋰金屬電池正極中專(zhuān)利申請(qǐng)量較多，占比26.3%。石墨烯應(yīng)用于人造SEI膜中有利于鋰離子和電子的擴(kuò)散與傳遞，緩解充放電過(guò)程中的金屬鋰體積變化和鋰枝晶的生成，避免生成死鋰以及防止枝晶刺穿隔膜，從而提高金屬鋰負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。
圖25 石墨烯在鋰金屬電池各結(jié)構(gòu)部件中應(yīng)用的專(zhuān)利申請(qǐng)量
從表9可知，專(zhuān)利申請(qǐng)量排名前5的專(zhuān)利申請(qǐng)人中有2位來(lái)自中國(guó)，有中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所和天津大學(xué)。
表9 專(zhuān)利申請(qǐng)量排名前5的申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))匯總
5.4 鈉離子電池
盡管鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，但受到鋰資源匱乏因素影響，發(fā)展資源豐富、環(huán)境友好的鈉離子電池具有重要的戰(zhàn)略意義。目前，石墨烯在鈉離子電池領(lǐng)域的應(yīng)用共有263件專(zhuān)利申請(qǐng)，圖26為專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)。由圖可知，2016—2018年是專(zhuān)利申請(qǐng)集中期，由于2019年及以后申請(qǐng)的專(zhuān)利有一部分還處于未公開(kāi)狀態(tài)，所以近3年專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)尚不清晰，但從當(dāng)前數(shù)據(jù)來(lái)看，2019年專(zhuān)利申請(qǐng)量預(yù)計(jì)將超過(guò)2018年?？梢?jiàn)，近些年，鈉離子電池領(lǐng)域關(guān)于石墨烯應(yīng)用的專(zhuān)利申請(qǐng)比較活躍。
圖26 石墨烯在鈉離子電池領(lǐng)域應(yīng)用相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)
從圖27可知，在鈉離子電池相關(guān)專(zhuān)利文獻(xiàn)中，主要采用石墨烯及其衍生物或者石墨烯復(fù)合物作為電極材料，緩解電極材料的體積膨脹問(wèn)題，從而提高鈉離子電池的循環(huán)性能。
圖27 石墨烯在鈉離子電池各結(jié)構(gòu)部件中應(yīng)用的專(zhuān)利申請(qǐng)量
從表10可知，石墨烯在鈉離子電池領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量靠前的申請(qǐng)人均為來(lái)自中國(guó)的高校，其中以陜西科技大學(xué)申請(qǐng)數(shù)量最多，該校曹麗云團(tuán)隊(duì)共申請(qǐng)相關(guān)專(zhuān)利15件。這也從側(cè)面說(shuō)明，對(duì)于石墨烯在鈉離子電池領(lǐng)域的應(yīng)用，目前仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，相關(guān)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室跨越到大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用仍需時(shí)日。
表10 專(zhuān)利申請(qǐng)量排名前5的申請(qǐng)人匯總
5.5 鉛炭電池
鉛酸電池歷史十分悠久，從1860年正式問(wèn)世至今已有160余年歷史，其制備工藝已十分成熟。在鉛酸電池負(fù)極中加入炭材料可以改善鉛酸電池的充電接受能力和活性物質(zhì)的利用率，此類(lèi)鉛酸電池被稱(chēng)為鉛炭電池[17]。而石墨烯作為近年來(lái)備受關(guān)注的新型碳材料，研究人員將目光轉(zhuǎn)向在鉛炭電池中使用石墨烯材料。
由圖28可知，石墨烯在鉛炭電池領(lǐng)域的應(yīng)用相關(guān)專(zhuān)利共計(jì)86件。從2009年開(kāi)始，該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，但每年的專(zhuān)利申請(qǐng)量始終不多，申請(qǐng)數(shù)量最多的2019年其專(zhuān)利申請(qǐng)量也僅有17件。
圖28 石墨烯在鉛炭電池領(lǐng)域應(yīng)用相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)
在相關(guān)專(zhuān)利中，石墨烯作為鉛炭電池的負(fù)極活性材料應(yīng)用方式分為三類(lèi)。①?gòu)?fù)合，石墨烯與負(fù)極活性物質(zhì)鉛復(fù)合，形成包覆結(jié)構(gòu)或負(fù)載結(jié)構(gòu)，將該復(fù)合材料做為負(fù)極活性物質(zhì)；②共混，石墨烯部分取代負(fù)極活性物質(zhì)鉛，在和膏階段，將石墨烯與鉛粉混合均勻后制作成負(fù)極活性物質(zhì)；③復(fù)合后共混，石墨烯與其他材料復(fù)合后作為復(fù)合添加劑，在和膏階段，將該復(fù)合添加劑摻入鉛粉后制作成負(fù)極活性物質(zhì)。從圖29中可知，在專(zhuān)利文獻(xiàn)中，采用共混方式將石墨烯加入鉛炭電池負(fù)極的專(zhuān)利數(shù)量占比最多，專(zhuān)利數(shù)量62件，占比達(dá)到72.1%。
圖29 石墨烯在鉛炭電池負(fù)極中應(yīng)用方式的專(zhuān)利申請(qǐng)量
該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量排名前5的申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))全部來(lái)自于中國(guó)，值得注意的是，與前述其他類(lèi)型電化學(xué)儲(chǔ)能器件相比，將石墨烯應(yīng)用于鉛炭電池專(zhuān)利申請(qǐng)排名靠前的申請(qǐng)人絕大多數(shù)為企業(yè)，表11中的雙登集團(tuán)股份有限公司、超威電源有限公司、浙江南都電源動(dòng)力股份有限公司、廣隆光電科技股份有限公司均為鉛酸電池生產(chǎn)企業(yè)，并在目前的鉛酸電池行業(yè)中占據(jù)一定的市場(chǎng)規(guī)模。
表11 專(zhuān)利申請(qǐng)量排名前5的申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))匯總
實(shí)際上，目前鉛酸電池市場(chǎng)存在產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，各廠商間大打價(jià)格戰(zhàn)，而添加石墨烯的鉛炭電池向市場(chǎng)提供差異化產(chǎn)品，將現(xiàn)有的鉛酸電池市場(chǎng)區(qū)分為高能電池市場(chǎng)和普通電池市場(chǎng)，提升電池能量密度的同時(shí)成本保持穩(wěn)定，有利于注重研發(fā)的企業(yè)把握更多市場(chǎng)份額。石墨烯材料的出現(xiàn)，讓鉛酸電池又煥發(fā)出新的生機(jī)。
6 總結(jié)與展望
專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量體現(xiàn)的是知識(shí)產(chǎn)權(quán)制度中專(zhuān)利技術(shù)的確權(quán)與保護(hù)，由于技術(shù)的發(fā)展必然伴隨著專(zhuān)利的產(chǎn)生，以專(zhuān)利數(shù)量作為統(tǒng)計(jì)指標(biāo)能夠一定程度上體現(xiàn)石墨烯在儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用的研發(fā)熱點(diǎn)和發(fā)展態(tài)勢(shì)。
在技術(shù)層面上，鋰離子電池和超級(jí)電容器是石墨烯應(yīng)用最為廣泛的儲(chǔ)能體系。其中石墨烯與硅基材料、金屬氧化物復(fù)合是鋰離子電池負(fù)極材料領(lǐng)域研究最為集中的技術(shù)分支，側(cè)面說(shuō)明其技術(shù)優(yōu)勢(shì)和工業(yè)大規(guī)模應(yīng)用的可行性；石墨烯及其衍生物、石墨烯復(fù)合其他碳基材料、石墨烯復(fù)合金屬氧化物作為超級(jí)電容器電極材料的相關(guān)研究也較為密集，未來(lái)或可成為石墨烯在超級(jí)電容器領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的重要方向；另外，石墨烯作為鋰離子電池導(dǎo)電添加劑相關(guān)研究也相對(duì)較多。在實(shí)際產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展來(lái)看，前述將石墨烯應(yīng)用于電極材料技術(shù)均處于研究或小批量量產(chǎn)階段，石墨烯導(dǎo)電添加劑則是在儲(chǔ)能領(lǐng)域目前最為成熟的產(chǎn)品之一。
就專(zhuān)利技術(shù)來(lái)源國(guó)和專(zhuān)利申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))類(lèi)型來(lái)看，絕大多數(shù)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＠募夹g(shù)來(lái)源國(guó)均為中國(guó)；其中，除鉛炭電池外，本文分析的其他類(lèi)型儲(chǔ)能體系中申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))集中為高校和科研院所?？梢?jiàn)目前石墨烯應(yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域的專(zhuān)利技術(shù)研發(fā)主體集中在中國(guó)，并且以科研單位為主，側(cè)面可以看出，目前距石墨烯大規(guī)模應(yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域仍然未到時(shí)機(jī)。從專(zhuān)利布局區(qū)域來(lái)看，中國(guó)申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))的專(zhuān)利布局區(qū)域基本集中于中國(guó)大陸，在海外的專(zhuān)利布局較少；而反觀PCT、歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)的主要申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))，則主要來(lái)自于日本、韓國(guó)、美國(guó)和德國(guó)。這說(shuō)明，相比于國(guó)外申請(qǐng)人，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人(機(jī)構(gòu))在專(zhuān)利申請(qǐng)的海外布局上，仍有較大的提升空間。
在專(zhuān)利運(yùn)營(yíng)方面，雖然目前我國(guó)已擁有較大的專(zhuān)利體量，但距離專(zhuān)利權(quán)實(shí)際發(fā)揮作用，仍然有很長(zhǎng)一段路要走。從有效專(zhuān)利文本的保護(hù)主題來(lái)看，制造方法類(lèi)專(zhuān)利，尤其是非新產(chǎn)品制造方法類(lèi)專(zhuān)利占絕大多數(shù)，此類(lèi)專(zhuān)利在發(fā)生侵權(quán)糾紛時(shí)專(zhuān)利權(quán)人舉證難度較大，權(quán)利人在維護(hù)合法權(quán)益時(shí)將障礙重重。此外，從有效專(zhuān)利的轉(zhuǎn)讓和許可情況來(lái)看，發(fā)生專(zhuān)利權(quán)轉(zhuǎn)讓、許可的專(zhuān)利占比明顯偏低，可見(jiàn)專(zhuān)利技術(shù)的轉(zhuǎn)讓和擴(kuò)散程度處于低位，有相當(dāng)一部分研發(fā)成果與產(chǎn)業(yè)實(shí)際需求存在脫節(jié)現(xiàn)象。
基于前述專(zhuān)利分析結(jié)論，筆者認(rèn)為，為推動(dòng)我國(guó)在石墨烯儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用的專(zhuān)利技術(shù)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，還可以從以下兩點(diǎn)作進(jìn)一步完善和提升。
（1）政府部門(mén)應(yīng)多舉措強(qiáng)化公眾知識(shí)產(chǎn)權(quán)意識(shí)。教育主管部門(mén)應(yīng)增加知識(shí)產(chǎn)權(quán)課程在高等教育尤其是研究生教育課程中的比重，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)，提高未來(lái)研發(fā)人員的知識(shí)產(chǎn)權(quán)認(rèn)知水平；地方政府部門(mén)應(yīng)大力加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)宣傳力度、拓寬宣傳渠道，通過(guò)組織培訓(xùn)、講座、大型論壇等形式，加強(qiáng)研發(fā)主體單位最高管理者在知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理方面的主體意識(shí)，增加知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理人員專(zhuān)業(yè)水平。在宣傳方向上，要注意糾正公眾對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重保護(hù)輕運(yùn)用、重?cái)?shù)量輕質(zhì)量等錯(cuò)誤觀念。另外，鑒于政府的政策導(dǎo)向?qū)?zhuān)利發(fā)展走向起著舉足輕重的作用，建議政府部門(mén)在引導(dǎo)和培育高價(jià)值專(zhuān)利產(chǎn)出時(shí)，制定更為科學(xué)合理的評(píng)估指標(biāo)。
（2）研發(fā)主體應(yīng)將專(zhuān)利戰(zhàn)略與研發(fā)、市場(chǎng)緊密結(jié)合。在技術(shù)研發(fā)全過(guò)程中，通過(guò)對(duì)相關(guān)專(zhuān)利技術(shù)信息的跟蹤和解讀，了解行業(yè)的發(fā)展動(dòng)態(tài)和熱點(diǎn)技術(shù)，制訂和調(diào)整技術(shù)開(kāi)發(fā)策略，合理進(jìn)行專(zhuān)利規(guī)避。重視專(zhuān)利申請(qǐng)和布局，“產(chǎn)品未動(dòng)，專(zhuān)利先行”，在石墨烯應(yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域這一新的技術(shù)賽道上，研發(fā)主體應(yīng)圍繞核心產(chǎn)品構(gòu)建自身的專(zhuān)利技術(shù)壁壘，為后續(xù)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)奠定基礎(chǔ)。積極強(qiáng)化海外專(zhuān)利布局，通過(guò)有效而全面的專(zhuān)利布局為自身產(chǎn)品進(jìn)入海外市場(chǎng)保駕護(hù)航。
第一作者：韓雪（1991—），女，碩士研究生，從事科技查新及專(zhuān)利情報(bào)研究工作，E-mail：hanxue@ngicer.com
通訊作者：劉兆平，研究員，從事鋰離子電池研究，E-mail：liuzp@nimte.ac.cn
