鉅大LARGE | 點擊量：5274次 | 2018年06月01日
石墨烯改性磷酸鐵鋰電池技術
正極材料是鋰電池核心材料，其關乎電池的安全性能及能量密度大小，因而決定了鋰電池未來的發展方向。目前已經商業化的鋰電池正極材料包括：鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料（鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰）等產品，其中，磷酸鐵鋰因其工作電壓平穩、結構穩定、高溫性能和循環性能良好、安全無毒、成本低廉等優點，成為了最具發展潛力的鋰電正極材料之一。然而同時磷酸鐵鋰也存在平臺電壓低、能量密度低等缺點，導致其應用受到局限。
研究發現，石墨烯改性磷酸鐵鋰可形成理想的電子導電體，所得正極材料具備高的堆積密度及倍率性能，這對提高動力電池續航能力意義十分重大。下面，我先代大家看一下國內石墨烯改性磷酸鐵鋰電池的專利布局情況。
（一）專利申請趨勢分析
圖1.石墨烯改性磷酸鐵鋰電池的國內專利申請趨勢圖
中國企業從2001年開始陸續啟動磷酸鐵鋰材料開發，近年來，隨著電動汽車產業化加速，國內的磷酸鐵鋰產業投資勢頭超過其他任何國家。國內石墨烯改性磷酸鐵鋰專利技術最早出現于2009年，經過7年的技術積累，截止2016年上半年已累計申請267件。如圖1所示，其發展趨勢大致分為以下三個階段：2009-2010年為初期發展階段，年均申請量為10件；2011-2014年為平穩發展階段，年均申請量為40件；2015至今進入到高速發展階段，2015年申請量達到最高點73件。
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（二）專利申請人分析
1、企業專利申請人分布
圖2.石墨烯改性磷酸鐵鋰電池的主要專利申請人（企業）
根據圖2可知，國內專利申請量排名靠前的企業有：深圳海洋王、東莞新能源、江蘇樂能電池、北京萬源、山東精工電子、杭州金馬、深圳貝特瑞等。
深圳海洋王照明成立于1995年，是一家自主研發、生產、銷售各種專業照明設備的民營高新技術企業。從2007年開始，該公司大批量布局專利申請，內容涉及照明裝置零部件、便攜式燈具、發光材料、發光器件、石墨烯新材料等。截止2016年上半年，該公司共申請國內三種專利8825件，其中石墨烯改性磷酸鐵鋰電池相關專利21件。雖然該公司提前布局了大量石墨烯專利，但至今未有任何相關產品問世。
東莞新能源科技（ATL）成立于1999年，是一家專業生產可充式鋰離子電池電芯、封裝及系統整合的高新科技企業，在全球專業鋰電池制造商中處于領先地位。截止2016年上半年，該公司共申請國內三種專利885件，其中石墨烯改性磷酸鐵鋰電池專利5件。ATL生產的鋰離子電池/聚合物鋰離子電池被廣泛應用于筆記本電腦、手機等消費電子產品中。
江蘇樂能電池成立于2009年，是國際上少數幾家專業生產納米級磷酸鐵鋰正極材料（30-50nm）的高新技術企業。截止2016年上半年，該公司共申請國內三種專利35件，其中石墨烯改性磷酸鐵鋰電池相關專利4件。據報道，該公司制造出了目前全球量產粒徑最小的納米球形磷酸鐵鋰正極材料，該材料的克容量、倍率性能、自放電性能、低溫性能等多項指標均排名全球第一。目前樂能是ATL、中航鋰電、萬向、比亞迪等行業領頭企業的供應商。
北京萬源工業成立于1984年，是中國運載火箭技術研究院直屬全資民品集團總公司。公司在風力發電、新材料新工藝、汽車零部件、工業過程自動化控制系統、機械制造等方面具有雄厚實力。截止2016年上半年，該公司共申請國內三種專利63件，其中石墨烯改性磷酸鐵鋰電池專利4件，相關技術還處于研發階段。
山東精工電子是國內少數實施磷酸鐵鋰正極材料、動力電池及電池組、超級電容器、純電動汽車產業鏈發展模式的企業，該公司研制的磷酸鐵鋰正極材料及磷酸鐵鋰動力電池具有良好的高低溫放電性能和極高的安全性，技術水平處于國際領先地位。該公司擁有年產能2萬噸高性能磷酸鐵鋰材料生產線，主要客戶包括中國移動、中國聯通、特種、ATL、GE、CGG、BPL等。截止2016年上半年，該公司共申請國內三種專利529件，其中石墨烯改性磷酸鐵鋰電池專利3件。
杭州金馬能源成立于2007年，是由金馬控股集團控股并與復旦大學合作的一家高新技術企業，專業從事鋰電池正極材料的研發與生產。截止2016年上半年，該公司共申請國內三種專利28件，其中石墨烯改性磷酸鐵鋰電池專利3件。
深圳貝特瑞成立于2000年，是由中國寶安集團控股的一家鋰離子二次電池用新能源材料生產廠家，目前已發展成為全球最大的鋰離子電池負極材料供應商。截止2016年上半年，該公司共申請國內三種專利140件，其中石墨烯改性磷酸鐵鋰電池專利3件。
綜上可知，第一，目前國內石墨烯改性磷酸鐵鋰正極材料專利的主要申請人（前7位），除了排名第一的深圳海洋王之外，其他均是本領域規模較大的專業廠商；第二，鋰電行業屬于知識產權密集型產業，各生產廠商均比較重視核心技術的專利保護，如東莞新能源科技、山東精工電子的專利布局數量已超過500件；第三，磷酸鐵鋰電池技術相對成熟，然而對于石墨烯改性磷酸鐵鋰電池而言，各大廠商均處于技術研發階段，專利申請數量不多，至今還沒有成熟的商業化產品問世。
除了上述國內公司之外，磷酸鐵鋰材料領域公認的全球領先企業主要有兩家——美國A123系統公司（已被萬向收購，新公司為萬向A一二三）和加拿大Phostech公司（福斯泰克公司）。其中，萬向A一二三公司在國內申請5件石墨烯改性三元鋰電池的發明專利，可見其研發重點不在磷酸鐵鋰正極材料。Phostech公司在國內申請10件發明專利，同樣均未涉及石墨烯改性鋰離子電池技術。
2、高校/科研院所專利申請人分布
圖3.石墨烯改性磷酸鐵鋰電池的主要專利申請人（高校/研究院）
除了企業申請人之外，國內高校及研究院所也是石墨烯改性磷酸鐵鋰技術的先行者。由圖3可知，國內主要高校及科研院所申請人有：中國科學院（其中寧波材料所、北京化學所、蘇州納米所、沈陽金屬所等申請量較多）、上海交大（郭守武團隊等）、北京航天材料研究所（燕紹九團隊等）、天津大學（楊全紅團隊等）、哈爾濱工業大學（王殿龍團隊等）。此外，株式會社半導體能源研究所（桃純平、井上信洋團隊等）成為來華申請專利最多的國外研究機構。
值得一提的是，上海交大郭守武教授團隊研發的石墨烯基鋰離子電池技術，目前不僅已提前布局了“基于石墨烯包覆橄欖石型磷酸鐵鋰復合材料的制備方法”、“應用聚吡咯/石墨烯改善磷酸鐵鋰電化學性能的方法”、“應用石墨烯/聚苯胺改善磷酸鐵鋰電化學性能的方法”等6件發明專利。同時，由郭教授領銜的上海碳源匯谷公司正在努力推動石墨烯改性磷酸鐵鋰電池真正實現落地。
7月8日，碳源匯谷母公司東旭光電（A股上市企業）將在北京釣魚臺國賓館舉辦石墨烯基鋰離子電池新品發布會，屆時全球首款具備“秒充”功能的石墨烯改性磷酸鐵鋰電池將與大家見面。資料顯示，碳源匯谷中試階段生產的石墨烯改性磷酸鐵鋰電池可滿足10C條件下，6分鐘內快速充放電，顯著縮短電池的充放電、延長電池使用壽命，這對電子產品及新能源汽車領域都將起到重大顛覆性影響。如果東旭光電上述新產品能順利上市，則可占據國內首款石墨烯基鋰電池產品的市場地位，并對提升我國石墨烯基鋰電池技術優勢意義重大。
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