剖析三元材料專(zhuān)利分布及技術(shù)走向 為我國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)人在該領(lǐng)域的專(zhuān)利布局提供參考

編者按

了解三元材料的專(zhuān)利申請(qǐng)狀況，對(duì)我國(guó)新能源汽車(chē)乃至可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略都具有十分重要的意義 。

正極材料是鋰離子電池中最為關(guān)鍵的材料，對(duì)鋰離子電池的能量密度、循環(huán)壽命、安全性等有著重要影響。1990 年 Sony 公司實(shí)現(xiàn)商品化鋰離子電池采用的正極材料為層狀鈷酸鋰，之后，層狀鎳酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰（即三元材料）、尖晶石錳酸鋰以及橄欖石型磷酸鐵鋰都成為鋰離子電池常用正極材料。1999 年 LIU 等首先提出 NCM 比分別為 7∶2∶1、6∶2∶2 和 5∶2∶3 的不同組分的三元層狀材料，2001 年 OHZUKU 和 MAKIMURA首次提出 Ni∶Co∶Mn 物質(zhì)的量比為 1∶1∶1 的三元材料[即 Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2]材料。廣義上，三元材料還包括鎳鈷鋁系三元材料、多元層狀材料等。

三元材料由于其高能量密度可以更好地實(shí)現(xiàn)續(xù)航里程，在新能源汽車(chē)上得到很好應(yīng)用，如美國(guó)特斯拉純電動(dòng)汽車(chē)成功使用日本松下制造的鎳鈷鋁酸鋰（NCA）電池體系。近年來(lái)隨著全球新能源汽車(chē)的迅猛發(fā)展，三元材料的市場(chǎng)份額將逐漸增加。

因此，了解三元材料的專(zhuān)利申請(qǐng)狀況，對(duì)我國(guó)新能源汽車(chē)乃至可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略都具有十分重要的意 義 。 本文基于德溫特世界專(zhuān)利索引數(shù)據(jù)庫(kù)（DWPI）和中國(guó)專(zhuān)利文摘數(shù)據(jù)庫(kù)（CNABS），對(duì)該領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外專(zhuān)利情況進(jìn)行檢索和統(tǒng)計(jì)，并對(duì)該領(lǐng)域重要申請(qǐng)人的專(zhuān)利布局進(jìn)行了分析，以期為我國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)人在該領(lǐng)域的專(zhuān)利布局提供參考。

1 專(zhuān)利申請(qǐng)發(fā)展趨勢(shì)

本文使用國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利檢索與服務(wù)系統(tǒng)，檢索截止日期為 2016 年 3 月 18 日，其中，申請(qǐng)量以“件”為單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，同族專(zhuān)利作為一項(xiàng)申請(qǐng)計(jì)入申請(qǐng)人的總申請(qǐng)量中。

將鋰離子電池正極材料分為聚陰離子型、層狀材料、尖晶石型、復(fù)合類(lèi)型及其它類(lèi)型等五大種類(lèi)，其中層狀材料又分為層狀鈷酸鋰（LCO）、層狀錳酸鋰（LMO）、層狀鎳酸鋰（LNO）、三元材料（NCM）及其它類(lèi)型。在全球?qū)＠暾?qǐng)中（圖 1），正極材料技術(shù)相關(guān)的專(zhuān)利申請(qǐng)為 10005 項(xiàng)。

其中，3425 項(xiàng)涉及層狀正極材料，占比 34%；在層狀正極材料這一 技術(shù)分支中，三元、LCO、LNO 和 LMO 占申請(qǐng)量的比例分別為三元 39%、LCO18%、LNO14%、LMO10%，其余層狀正極材料占比為 19%。層狀正極材料申請(qǐng)量在各類(lèi)正極材料中申請(qǐng)量最多，三元材料又占據(jù)層狀材料中的最多，由此來(lái)看，全球范圍內(nèi)，三元材料在鋰離子電池正極材料占據(jù)重要角色。

圖 2 給出了正極材料全球?qū)＠暾?qǐng)量隨年份變化的趨勢(shì)圖，圖 3 給出了層狀材料中三元材料的專(zhuān)利申請(qǐng)量隨年份變化趨勢(shì)圖，2013 年之后由于部分專(zhuān)利尚未公開(kāi)，統(tǒng)計(jì)數(shù)量略有下降。層狀結(jié)構(gòu)的正極材料的專(zhuān)利申請(qǐng)起步較早，也是最早商業(yè)化的鋰離子電池正極材料，其在 1983—1990 年間，申請(qǐng)量穩(wěn)步增長(zhǎng)，隨后迎來(lái)第一個(gè)快速增長(zhǎng)期（1991—1997年），持續(xù)到 2008 年，一直維持波動(dòng)增長(zhǎng)的狀態(tài)；由于聚陰離子型正極材料（如磷酸鐵鋰）較高放電比容量和良好的循環(huán)性能，在便攜式電子設(shè)備上得到良好應(yīng)用。

從 2005 年左右開(kāi)始，申請(qǐng)量開(kāi)始迅速增長(zhǎng)，并且在 2008 年左右開(kāi)始超過(guò)層狀正極材料；由于層狀正極材料（如三元材料）高放電容量等優(yōu)勢(shì)，可以更好地滿(mǎn)足動(dòng)力汽車(chē)的能量要求，因此，隨著全球新能源汽車(chē)的迅猛發(fā)展，在之后的 5 年中（2009—2013 年），層狀材料的年度申請(qǐng)量也出現(xiàn)迅猛增長(zhǎng)的狀態(tài)。三元材料的專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)與層狀材料整體上基本一致，在 1990—1999 年處于緩慢起步階段，在 2000—2009 年處于平穩(wěn)增長(zhǎng)期，在此期間專(zhuān)利申請(qǐng)量的幅度波動(dòng)不大；在 2009—2013 年間，申請(qǐng)量出現(xiàn)了飛躍，進(jìn)入快速發(fā)展階段。

如圖 4 所示，相對(duì)于全球三元材料的發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)的專(zhuān)利申請(qǐng)起步較晚，在 1996 年才出現(xiàn)相關(guān)的專(zhuān)利申請(qǐng)，并且在 1996—2008 年期間發(fā)展相對(duì)緩慢，與全球?qū)＠纳暾?qǐng)趨勢(shì)相比，發(fā)展相對(duì)滯后。

2009—2013 年期間，由于磷酸鐵鋰的能量密度已經(jīng)不能滿(mǎn)足日漸發(fā)展的電動(dòng)車(chē)的需求，受全球三元材料市場(chǎng)的影響，國(guó)內(nèi)三元材料的專(zhuān)利申請(qǐng)量也飛速上升進(jìn)入快速發(fā)展階段。同時(shí)發(fā)現(xiàn) 2009—2013 年間，相比于國(guó)內(nèi)申請(qǐng)量的大幅增加，國(guó)外來(lái)華的申請(qǐng)量并沒(méi)有出現(xiàn)大幅度增加，其中可能與國(guó)外申請(qǐng)人在三元材料的安全性問(wèn)題上還沒(méi)有得到有效突破有關(guān)，因此，新的核心基礎(chǔ)專(zhuān)利并沒(méi)有出現(xiàn)，在中國(guó)相應(yīng)的布局還沒(méi)有完全展開(kāi)。2013 年之后由于部分專(zhuān)利尚未公開(kāi)，統(tǒng)計(jì)數(shù)量略有下降。

為進(jìn)一步了解不同類(lèi)型三元材料的專(zhuān)利申請(qǐng)狀況，圖 5 給出鎳鈷錳、鎳鈷鋁、四元以上及其它類(lèi)型三元材料的專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)。明顯看出，三元材料的研發(fā)重點(diǎn)仍主要集中在鎳鈷錳酸鋰（NCM）材料上，其申請(qǐng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其它類(lèi)型的三元正極材料，并在 2009 年之后申請(qǐng)量出現(xiàn)了快速增長(zhǎng)。由于電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，鎳鈷鋁（NCA）三元材料在特斯拉上的應(yīng)用，其在近幾年的申請(qǐng)量也有所提升，但是申請(qǐng)量變化幅度仍然不大。

2 制備方法和技術(shù)功效分析

三元材料的合成方法主要有共沉淀法、固相法、溶膠-凝膠法、噴霧熱解法等。共沉淀法主要先合成 鎳鈷錳氫氧化物前驅(qū)體或碳酸鹽前驅(qū)體，然后與鋰鹽混合，采用高溫固相煅燒合成最終產(chǎn)品，目前也是大規(guī)模生產(chǎn)優(yōu)選的方法；固相法分為高溫固相法和低熱固相法，高溫固相法通常指在 600 ℃以上的固相反應(yīng)，低溫固相法是指在室溫或近室溫的條件下固相化合物之間進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)；溶膠-凝膠法相比于高溫固相法，具有反應(yīng)溫度低、反應(yīng)物混合均勻等優(yōu)點(diǎn)；噴霧熱解法、模板法、溶液相法、溶劑熱法和靜電紡絲法等新型方法，目前大規(guī)模生產(chǎn)并不多，大都為小規(guī)模實(shí)驗(yàn)室制備。

圖 6 為全球不同三元材料制備方法的分布圖，可以看出，目前三元材料的制備方法仍主要集中在共沉淀法、固相法、溶液相法、噴霧熱解法等，其專(zhuān)利申請(qǐng)量分別為 510 件、235 件、134 件及 60件，溶膠-凝膠法也有一定的申請(qǐng)，專(zhuān)利申請(qǐng)量為53 件，并且這幾種方法制備的三元材料類(lèi)型仍主要是 NCM 三元材料。除了上述五種方法之外，為了提高三元材料的性能、簡(jiǎn)化制備工藝，也出現(xiàn)了少量有關(guān)新興方法的專(zhuān)利申請(qǐng)，如模板法、靜電紡絲法、微波法等。

目前，三元材料主要存在的問(wèn)題有以下幾方面。

① 循環(huán)性能不高：主要由于隨著 Ni 含量增加，在充放電過(guò)程中發(fā)生多次相變；

② 產(chǎn)氣現(xiàn)象較嚴(yán)重，安全性不高：主要由于三元材料表面 LiOH 和Li2CO3 的存在與電解液發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氣體；

③ 由于鈷資源稀缺，價(jià)格居高不下，相對(duì)于錳酸鋰和磷酸鐵鋰，三元材料成本較高。

除了上述幾個(gè)方面，還包括倍率性能和首次充放電性能不高等。目前，解決上述問(wèn)題的主要手段有原子摻雜、表面包覆、 與其它種類(lèi)活性材料混用、改進(jìn)制備方法等手段，本文重點(diǎn)關(guān)注原子摻雜、包覆、復(fù)合/混合這 3 類(lèi)技術(shù)手段在三元材料改性上的專(zhuān)利申請(qǐng)情況。由于專(zhuān)利撰寫(xiě)中，循環(huán)性能、倍率性能和首次充放電性能等電化學(xué)性能通常一起出現(xiàn)，我們將改進(jìn)三元材料的循環(huán)性能、倍率性能和首次充放電性能等統(tǒng)稱(chēng)為提高電化學(xué)性能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

從圖 7 可以看出，在各功效中，提高電化學(xué)性能的專(zhuān)利申請(qǐng)量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，這說(shuō)明在目前三元材料的研發(fā)中，其主要著眼點(diǎn)為提高其電化學(xué)性能，三元材料以其能量密度大見(jiàn)長(zhǎng)，各企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)致力于將其應(yīng)用于動(dòng)力電池的正極材料中，以此來(lái)替代磷酸鐵鋰正極材料，因而采用各種改性手段來(lái)提高其電化學(xué)性能也是目前專(zhuān)利申請(qǐng)的重點(diǎn)。

由于動(dòng)力電池的安全性至關(guān)重要，而針對(duì)三元材料的安全性的專(zhuān)利申請(qǐng)量較低，可見(jiàn)在提高安全性方面還沒(méi)有得到有效的技術(shù)突破；在降低成本方面的專(zhuān)利申請(qǐng)量也較低，一方面由于收益問(wèn)題，在回收領(lǐng)域目前還沒(méi)有企業(yè)積極的投入，另一方面，涉及回收等方面的關(guān)鍵技術(shù)也沒(méi)有得到有效突破；簡(jiǎn)化工藝方面的申請(qǐng)量也較少。在改性手段方面，摻雜和包覆的改性方法在三元材料的專(zhuān)利申請(qǐng)中占據(jù)絕對(duì)主流地位，將不同種類(lèi)正極材料復(fù)合或混用以實(shí)現(xiàn)功能互補(bǔ)也有一定的申請(qǐng)量。

表 1 為三元材料改性手段隨年代變化的趨勢(shì)，從中可以看出，在各改性的技術(shù)手段中，均是隨著年代的增加，專(zhuān)利申請(qǐng)量也有所增加，這說(shuō)明隨著時(shí)間的推移，企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)對(duì)三元材料的研究漸熱，值得注意的是，在 2009—2015 年的 7年間，提高三元材料的電化學(xué)性能，增長(zhǎng)十分明顯， 這是因?yàn)?，隨著各地政府對(duì)新能源汽車(chē)的大力推廣，眾多企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)廣泛涉足于動(dòng)力電池的研發(fā)中，為了滿(mǎn)足人們對(duì)更長(zhǎng)續(xù)航里程的需求，三元材料以其高能量密度脫穎而出。

而與提高電化學(xué)性能的迅猛增長(zhǎng)形成對(duì)比的是三元材料的安全性和降低成本等方面申請(qǐng)量增長(zhǎng)較緩，在三元材料的研發(fā)投入明顯增加且電池安全性十分重要的情況下，也充分說(shuō)明三元材料的安全性問(wèn)題和成本問(wèn)題沒(méi)有得到有效的的解決。因而，在三元材料的未來(lái)使用中，安全性將會(huì)成為瓶頸，也是未來(lái)的研發(fā)重點(diǎn)。

3 三元材料技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)人分析

表 2 為三元材料全球和國(guó)內(nèi)重要申請(qǐng)人及申請(qǐng)量排名，可以看出，三元材料全球申請(qǐng)量前十的申請(qǐng)人中有 7 位為國(guó)外申請(qǐng)人。其中日本占據(jù)五席，豐田申請(qǐng)量位列第一，這與豐田在動(dòng)力汽車(chē)上的投入有關(guān)；韓國(guó)占據(jù)兩席，分別為 LG 和三星。值得一提的是，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人中江蘇科捷以 23 件位列第四，且在國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人排名中位列第一。

國(guó)內(nèi)鋰電企業(yè)比亞迪在國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人中排名第 2，申請(qǐng)量并不多，與其目前主要采用磷酸鐵鋰系動(dòng)力電池有關(guān)，但比 亞迪的三元材料也即將投入生產(chǎn)，三元材料的申請(qǐng)預(yù)計(jì)會(huì)逐漸增加。國(guó)內(nèi)重要申請(qǐng)人中，高校院所江南大學(xué)、中南大學(xué)在三元材料上也具有一定的申請(qǐng)量?？傮w來(lái)看，國(guó)內(nèi)三元材料申請(qǐng)比較分散，行業(yè)集中度差，并沒(méi)有得到足夠的發(fā)展，尤其是國(guó)內(nèi)鋰電龍頭企業(yè)涉足較少，整體研究氛圍不強(qiáng)，需要引起國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人的重視。

圖 8 為三元材料全球申請(qǐng)量前十的申請(qǐng)人的年份申請(qǐng)量分布圖。2014 年之后由于部分專(zhuān)利申請(qǐng)尚未公開(kāi)，因此，申請(qǐng)量有所下降。從圖中可以看出，日本和韓國(guó)的企業(yè)，如豐田、三星、清美、三洋等早在 2000 年以前就有關(guān)于三元材料的相關(guān)研發(fā)，起步早，三星早在 1997 年就有關(guān)于三元材料的相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)，并且隨著年份的推進(jìn)，豐田、LG、三星和ASAHI 旭金屬的申請(qǐng)量穩(wěn)中有升，研發(fā)結(jié)構(gòu)配置合理。

具體來(lái)看，LG 從 2005 年開(kāi)始大規(guī)模的出現(xiàn)關(guān)于三元材料的專(zhuān)利申請(qǐng)，每年都有 3～8 項(xiàng)，說(shuō)明其關(guān)于三元材料正在網(wǎng)絡(luò)式布局，豐田在 2005—2008年出現(xiàn)了三元材料的空窗期，但在 2009 年以后加大了關(guān)于三元材料的研發(fā)和生產(chǎn)力度，特別是在 2014年關(guān)于三元材料的專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量高達(dá) 12 件；清美和 三洋則并沒(méi)有明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)；三菱則一度中斷了三元材料方向的專(zhuān)利布局。這也從一定程度上反映出三元材料在日韓申請(qǐng)人中的重視度發(fā)生分歧，三元材料的發(fā)展前景具有一定的挑戰(zhàn)性，也可能和個(gè)別企業(yè)的戰(zhàn)略布局有關(guān)。

相較于日韓企業(yè)，國(guó)內(nèi)企業(yè)比亞迪在 2002 年才有關(guān)于三元材料的專(zhuān)利申請(qǐng)，科捷、江南大學(xué)在 2010 年以后才開(kāi)始出現(xiàn)關(guān)于三元材料的專(zhuān)利，起步比日韓企業(yè)晚了近 10年，因此，國(guó)內(nèi)企業(yè)在三元材料上并沒(méi)有掌握核心專(zhuān)利，且由于日韓企業(yè)、3M 公司等國(guó)外重要申請(qǐng)人布局早，同時(shí)掌握核心專(zhuān)利，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人在三元材料上的專(zhuān)利申請(qǐng)基本都是外圍申請(qǐng)，且方法類(lèi)專(zhuān)利申請(qǐng)偏多，造成國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人在三元材料上的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力不強(qiáng)。

但由于三元材料的高能量密度，相信未來(lái)在新能源汽車(chē)上的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越多，并且基于上述分析來(lái)看，三元材料的安全性、成本問(wèn)題等存在較大的發(fā)展空間，國(guó)外申請(qǐng)人的布局并不完善，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人若能在這些方面加大研發(fā)投入，盡早掌握核心專(zhuān)利，一定能實(shí)現(xiàn)在三元材料上的趕超。

4 三元材料技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)分析

圖 9 是三元材料的技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖，以申請(qǐng)日（優(yōu)先權(quán)日）為時(shí)間軸，顯示了三元材料在主要制備 方法、改性手段方面的技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)。最早的三元材料是日本電池株式會(huì)社于 1997 年 9 月 9 日申請(qǐng)的NiCoAl 三元材料，其采用共沉淀法制備。之后，日本中央電氣工業(yè)株式會(huì)社于 1999 年 11 月 5 日申請(qǐng)了共沉淀法制備陽(yáng)離子摻雜的 NiCoMn 三元材料。

2001 年美國(guó) IIion Technology 公司申請(qǐng)了且優(yōu)先權(quán)日為 2000 年 9 月 14 日的采用固相法制備 NiCoMn三元材料的專(zhuān)利，從而使三元材料的制備方法從共沉淀法擴(kuò)展到固相法。隨后，開(kāi)始出現(xiàn)原子摻雜改性三元材料的專(zhuān)利申請(qǐng)，如 2000 年 12 月 11 日申請(qǐng)的 F 原子摻雜改性，之后原子摻雜也發(fā)展迅速，成為改性三元材料的重要手段。

2005 年 11 月 15 日 3M創(chuàng)新公司獲得的、優(yōu)先權(quán)日為 2001 年 4 月 27 日的關(guān)于 NiCoMn 三元材料授權(quán)的美國(guó)專(zhuān)利 US6964828B2及其同族專(zhuān)利CN100403585C 等，其主要限定了NiCoMn 中 Ni 的含量，從而顯著提高了三元材料的性能，成為三元材料的基礎(chǔ)核心專(zhuān)利，至今制約著中國(guó)鋰電行業(yè)內(nèi)三元材料的發(fā)展。

隨后，不斷出現(xiàn)新的合成方法如噴霧干燥法、溶膠-凝膠法等；為了進(jìn)一步提高三元材料的電化學(xué)性能、安全性能等，針對(duì)三元材料的改性方面的專(zhuān)利申請(qǐng)也開(kāi)始逐漸增加，如三星 SDI 申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)日為 2002 年 5 月 13日的采用磷酸鋁包覆 NiCoMn 三元材料，大大提高了其容量、循環(huán)壽命和熱穩(wěn)定性，打開(kāi)了三元材料 包覆改性的新思路，之后，金屬氧化物如氧化鋁、金屬氟化物如氟化鋁都成為包覆三元材料的常用手段；陽(yáng)離子和陰離子摻雜也是用于改性三元材料的重 要 手 段 ；2007 年 公 開(kāi) 的 韓 國(guó) 申 請(qǐng) 的KR1020070049810A 專(zhuān)利，則公開(kāi)了梯度材料的制備方法，即采用不同含量的三元材料形成核殼結(jié)構(gòu)。總體來(lái)說(shuō)，從 2002—2014 年，三元材料及多元材料的研究方法也是不斷推陳出新，溶膠-凝膠法、溶液相法、磁場(chǎng)信號(hào)發(fā)生法、微波法、水熱法、模板法、高壓合成法、靜電紡絲法等，將三元材料及多元材料的制備工藝推向一個(gè)新的臺(tái)階。

同時(shí)，三元材料及多元材料的復(fù)合形式也不斷多元化，從 2002 年至今，氟元素?fù)诫s、硅元素?fù)诫s、碳復(fù)合、核殼復(fù)合等，對(duì)于改善三元材料及多元材料的容量、倍率性能、循環(huán)性能、安全性能等起到了舉足輕重的作用。此外，三元材料及多元材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性能在一定時(shí)期內(nèi)都是限制其大規(guī)模生產(chǎn)的主要因素，解決上述技術(shù)問(wèn)題也是我們今后不斷努力的方向。

5 三元材料核心專(zhuān)利分析

經(jīng)過(guò)前述對(duì)于三元材料的系統(tǒng)分析可以發(fā)現(xiàn)，近幾年國(guó)內(nèi)外對(duì)于三元材料的研發(fā)投入均處于快速增長(zhǎng)階段。究其原因，是由于電動(dòng)車(chē)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)動(dòng)力電池的容量性能提出了更高的要求，雖然磷酸鐵鋰電池在循環(huán)穩(wěn)定性及成本上有較大的優(yōu)勢(shì)，但其容量和能量密度卻限制其進(jìn)一步發(fā)展，相比磷酸鐵鋰，三元材料在此方面更勝一籌。因此，國(guó)內(nèi)外更多的企業(yè)開(kāi)始轉(zhuǎn)向三元材料的研發(fā)。經(jīng)前述分析可知，目前的研發(fā)仍主要集中在鎳鈷錳（NCM），其次是鎳鈷鋁（NCA）。由于國(guó)內(nèi)三元材料起步較晚，與國(guó)外的技術(shù)水平仍有不小的差距。同時(shí)，規(guī)避知識(shí)產(chǎn)權(quán)壁壘也是要考慮的重要問(wèn)題。縱觀(guān)前述三元材料技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)可知，三元材料的基礎(chǔ)專(zhuān)利技術(shù)仍掌握在國(guó)外申請(qǐng)人手中。其中，美國(guó)的 3M 創(chuàng)新公司，作為國(guó)際頂尖的電池材料企業(yè)，基礎(chǔ)研發(fā)實(shí)力雄厚。下文對(duì)三元材料相關(guān)核心專(zhuān)利進(jìn)行詳細(xì)介紹。

（1）3M 公司三元材料核心專(zhuān)利 專(zhuān)利基本情況見(jiàn)表 3，該專(zhuān)利系統(tǒng)地闡述了陰極組合物以及含有這些組合物的鋰離子電池，該電池具有高初始容量且在重復(fù)的充放電循環(huán)后有良好的容量保留。此外，所述陰極組合物在不當(dāng)高溫使用時(shí)不產(chǎn)生大量的熱，因此改善了電池的安全性。特別是首次提出了組合物具有通式 Li(NiyCo1-2yMny)O2，其中 0.083＜y＜0.5。

該申請(qǐng)為 PCT 申請(qǐng)（WO02/089234A1），進(jìn)入了美國(guó)、日本、韓國(guó)、中國(guó)、歐洲、澳大利亞、奧地利等，同族申請(qǐng)共有 26 件，并在中國(guó)、日本、美國(guó)、歐洲等國(guó)家獲得專(zhuān)利權(quán)。

3M 和 Umicore 在 2012 年達(dá)成了戰(zhàn)略合作協(xié)議，3M 和 Umicore 將優(yōu)先向?qū)Ψ教峁?zhuān)利授權(quán)和開(kāi)展技術(shù)方面的合作，同時(shí) 3M 將退出正極材料生產(chǎn)而將其客戶(hù)推薦到 Umicore。除此之外，在動(dòng)力電池三元化的大趨勢(shì)下，包括 LG、SK 等國(guó)際鋰電企業(yè)都開(kāi)始從 3M 手中獲取該核心專(zhuān)利的授權(quán)，加大三元正極材料的生產(chǎn)布局，如表 4 所示。其中，CN100403585C、US7078128B2、US6964828B2、US8241791B2 及 US8685565B2 互為同族專(zhuān)利。

盡管 3M 公司并未涉足正極材料的生產(chǎn)，但卻依靠技術(shù)研發(fā)和專(zhuān)利授權(quán)來(lái)實(shí)現(xiàn)企業(yè)發(fā)展的商業(yè)模式。對(duì)于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)而言，由于知識(shí)產(chǎn)權(quán)起步晚，還沒(méi)有建立起較完善的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)機(jī)制，因此短期內(nèi)出現(xiàn) 3M 這樣的企業(yè)的可能性很低。但從上述授權(quán)許可信息分析來(lái)看，企業(yè)之間的專(zhuān)利授權(quán)許可、專(zhuān)利糾紛等會(huì)越發(fā)常態(tài)化，因此，國(guó)內(nèi)企業(yè)不管采取專(zhuān)利授權(quán)許可還是采取繞道而行，加快專(zhuān)利布局都是持續(xù)發(fā)展的必要保障。

（2）美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Argonne NationalLaboratory，ANL）三元材料核心專(zhuān)利 ANL 在 2001年申請(qǐng)并于2004 年獲得授權(quán)的三元材料專(zhuān)利US6680143B2 和 US6677082B2。US6677082B2 首次提出富鋰的概念 xLiMO2·(1-x) Li2M'O3(0

德國(guó)巴斯夫與日本戶(hù)田工業(yè)通過(guò)獲得 ANL 的上述專(zhuān)利授權(quán)進(jìn)行富鋰錳基正極材料的商業(yè)開(kāi)發(fā)。

（3）巴斯夫與優(yōu)美科的三元專(zhuān)利糾紛 2016 年12 月 21 日國(guó)際貿(mào)易委員會(huì)（ITC）作出終審裁決，裁定比利時(shí)優(yōu)美科（Umicore）侵犯德國(guó)巴斯夫和美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的專(zhuān)利權(quán) US6677082B2 和US6680143B2。如上介紹，3M 授權(quán)的數(shù)十家企業(yè)中，優(yōu)美科是當(dāng)前全球鋰電正極材料龍頭而且經(jīng)營(yíng)狀況頗佳，巴斯夫一直視優(yōu)美科為直接競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

如果訴訟成功，不僅為巴斯夫贏(yíng)得巨大聲譽(yù)，數(shù)額巨大的侵權(quán)賠償也是主要原因。此次專(zhuān)利糾紛的核心在于優(yōu)美科生產(chǎn)的三元材料具有兩相結(jié)構(gòu)而非單一相，因此侵犯 ANL 對(duì)三元材料的微觀(guān)結(jié)構(gòu)描述。優(yōu)美科生產(chǎn) 的 三 元 材 料 主 要 為 NMC333 、 NMC532 和NMC622，而非富鋰類(lèi)三元材料。富鋰類(lèi)三元材料的微觀(guān)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，目前還沒(méi)有確切的定論，雖然優(yōu)美科向 ITC 提供了相關(guān)材料的 XRD 和 HRTEM照片以證明單相結(jié)構(gòu)，但并沒(méi)有被 ITC 采納。ITC最終判決優(yōu)美科侵犯了 ANL 的專(zhuān)利權(quán)。

但目前產(chǎn)業(yè)上主要的商品化三元材料仍然是化學(xué)計(jì)量比的三元材料，富鋰類(lèi)三元材料在產(chǎn)業(yè)上并沒(méi)有占據(jù)很大的空間。正極材料是影響鋰離子電池性能的關(guān)鍵材料，針對(duì)正極材料的專(zhuān)利糾紛也會(huì)越來(lái)越多，在此背景下，國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)積極重視正極材料的研發(fā)及知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。

6 結(jié)語(yǔ)

基于上文的分析，總體來(lái)看，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人針對(duì)三元材料的投入相對(duì)欠缺，行業(yè)集中度較低，缺乏核心領(lǐng)導(dǎo)力，相較于國(guó)外申請(qǐng)還具有相當(dāng)?shù)牟罹啵瑸榇?，本文作者從?zhuān)利角度給出以下幾點(diǎn)參考性建議。

（1）注重三元材料安全性問(wèn)題，提升核心競(jìng)爭(zhēng)力從早先的特斯拉純電動(dòng)車(chē)自燃到近期頻繁發(fā)生的三星 Note7 手機(jī)爆炸，與上述事件高度相關(guān)的鋰電池的安全性能也受到了越來(lái)越多的關(guān)注。從上文的分析也可以看出，目前針對(duì)三元材料的安全性專(zhuān)利申請(qǐng)并不多，特別是國(guó)外重點(diǎn)申請(qǐng)人圍繞三元材料的安全性專(zhuān)利布局還沒(méi)有形成完善體系，發(fā)展空間很大，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人可以將三元材料安全性作為重點(diǎn)研究方向。針對(duì)解決三元材料安全性問(wèn)題，可重點(diǎn)關(guān)注包覆改性、離子摻雜等技術(shù)手段。若能在三元材料安全性上得到有效突破，將明顯提升三元材料的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

（2）空白領(lǐng)域發(fā)力，實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē) 由于一些客觀(guān)因素，我國(guó)與日、韓等鋰電強(qiáng)國(guó)相比，雖然在專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量上已呈現(xiàn)出趕超之勢(shì)，但在核心技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)中仍處于劣勢(shì)，鋰電池基礎(chǔ)材料的核心專(zhuān)利大多被國(guó)外巨頭掌握。針對(duì)上述現(xiàn)狀，國(guó)內(nèi)企業(yè)一方面應(yīng)該繼續(xù)加強(qiáng)研發(fā)投入，增強(qiáng)自身核心競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)也可另辟蹊徑，在一些國(guó)外同行較少關(guān)注的細(xì)分領(lǐng)域進(jìn)行布局。目前新能源汽車(chē)市場(chǎng)增長(zhǎng)迅猛，國(guó)內(nèi)外均面臨著動(dòng)力電池回收的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，特別是可以通過(guò)回收稀缺資源鈷從而降低三元材料的成本。從上文分析也可以看出，涉及三元材料成本降低的專(zhuān)利申請(qǐng)非常少，而且目前專(zhuān)門(mén)針對(duì)電池回收的企業(yè)幾乎沒(méi)有，相關(guān)技術(shù)非常欠缺，因此，這對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)來(lái)說(shuō)，既是發(fā)展道路上的重大考驗(yàn)，也是一次可能實(shí)現(xiàn)“彎道超車(chē)”的難得機(jī)遇。

（3）注重知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，提升專(zhuān)利申請(qǐng)質(zhì)量分析國(guó)內(nèi)三元材料的重要申請(qǐng)人江蘇科捷可以發(fā)現(xiàn)，其涉及三元材料的專(zhuān)利申請(qǐng)多為方法類(lèi)型權(quán)利要求，其保護(hù)范圍偏窄，專(zhuān)利維權(quán)難度較大，且基本為國(guó)內(nèi)申請(qǐng)。對(duì)此，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人應(yīng)當(dāng)積極組建自己的專(zhuān)利團(tuán)隊(duì)，提升專(zhuān)利撰寫(xiě)水平，并積極進(jìn)行專(zhuān)利布局，尤其是海外專(zhuān)利布局，為今后在國(guó)際市場(chǎng)上的發(fā)展打好基礎(chǔ)。