鈷酸鋰正極材料相關(guān)專利分析

甄薇薇

（有色金屬技術(shù)經(jīng)濟研究院有限責(zé)任公司，北京 100080）

鈷酸鋰是目前主要的正極材料之一。鈷酸鋰為層狀氧化物，在鈷酸鋰結(jié)構(gòu)中，氧原子為立方密堆積，鋰離子與鈷離子交替占據(jù)著氧原子的八面體間隙空位，鋰離子與鈷離子被氧原子層分開，在（111）晶格方向上呈層狀排列。鋰離子可以在外電場作用下發(fā)生嵌入和脫嵌反應(yīng)，在鋰離子電池充放電過程中，通過鋰離子在其所在的平面上發(fā)生可逆的嵌入和脫嵌反應(yīng)，同時通過鈷離子價態(tài)變化實現(xiàn)電荷補償，從而保持鋰離子電池材料的電中性。

1 鈷酸鋰正極材料專利態(tài)勢分析

1.1 中國鈷酸鋰正極材料專利態(tài)勢分析

（1）申請量分析

本文的專利數(shù)據(jù)選自incopat數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)檢索范圍包括其收錄的120個國家、地區(qū)和組織的專利數(shù)據(jù)，檢索時間范圍截止至2021年9月，檢索采取關(guān)鍵詞和分類號相結(jié)合的方式，并且對檢索結(jié)果進行了人工篩選。截止檢索日期，在中國專利局共檢索到1552件鈷酸鋰相關(guān)專利，圖1反映的是自2002年以來在華鈷酸鋰正極材料專利申請量趨勢，從整體上看，鈷酸鋰正極材料專利申請量呈逐年遞增趨勢（2019年至今尚有大量專利未公開，所以2019年以后的專利申請量不作考慮，下同）。

圖1 在華鈷酸鋰正極材料專利申請量趨勢

（2）申請人分析

圖2給出了鈷酸鋰正極材料在華申請量排名前十的申請人及其專利申請數(shù)量，其中有9家企業(yè)，1所大學(xué)，前十名申請人均為中國本土申請人?？梢?，在鈷酸鋰正極材料技術(shù)領(lǐng)域，企業(yè)是技術(shù)研發(fā)的主力，掌握著鈷酸鋰正極材料的最新技術(shù)。

圖2 在華鈷酸鋰正極材料主要申請人構(gòu)成分析

從公開的專利上看，前三名的專利申請人申請的專利主要集中在產(chǎn)品性能的提高上，如對鈷酸鋰正極材料進行摻雜、包覆、摻雜-包覆，其中，摻雜技術(shù)主要采用離子摻雜上，如采用鋁、鈦、鎂、鎳、鋯、錳等摻雜；包覆技術(shù)涉及的專利較少，申請的專利如石墨烯包覆、鈦酸鋰包覆等；摻雜-包覆主要集中在離子摻雜、離子包覆技術(shù)上，如采用鋁摻雜鈦包覆、采用離子摻雜鋁鎂硅包覆等；還涉及少部分生產(chǎn)裝置，如燒結(jié)裝置、清洗裝置、粉碎裝置、混料裝置等。

中南大學(xué)在鈷酸鋰正極材料方面申請的專利主要集中在從廢舊電池中回收正極材料、材料改性、生產(chǎn)裝置上，其中，材料改性技術(shù)主要集中在包覆、摻雜-包覆方面，包覆技術(shù)主要采用金屬鹽、氧化物包覆，金屬鹽如磷酸鹽、鈦酸鹽、鈷酸鹽等，氧化物如二氧化錫等；摻雜-包覆主要包括離子摻雜、聚合物包覆。

湖南邦普循環(huán)科技有限公司、廣東邦普循環(huán)科技有限公司、湖南邦普汽車循環(huán)有限公司均隸屬于邦普集團，邦普集團創(chuàng)立于2005年12月，是一家主要從事再生資源的企業(yè)。三家企業(yè)的專利多為共同申請人，三家企業(yè)在鈷酸鋰正極材料方面申請的專利主要集中在燒結(jié)裝置、材料改性、廢舊電池回收上，其中，材料改性方面主要包括包覆、摻雜-包覆，包覆技術(shù)主要包括氧化物或氫氧化物或鹽包覆、硼化物包覆，氧化物或氫氧化物或鹽包覆如Al、Ti、Co、Mg、Sn的納米級氧化物、納米級氫氧化物或鹽，硼化物如硼酸、四硼酸鋰、氧化硼、磷酸硼、二硼化鈦或偏硼酸鈦中的至少一種；摻雜-包覆技術(shù)主要包括金屬元素摻雜、尖晶石結(jié)構(gòu)的包覆層，如包覆層的化學(xué)式為鋰鎳錳M的氧化物，其中M為Zr、Co、Cu、Fe、Cr、La、Y、Sc、Nd、Ce、Pr、Tm、Lu中的一種或多種。

寧德新能源科技有限公司在鈷酸鋰正極材料方面申請的專利主要集中在材料改性方面，主要包括包覆、摻雜-包覆，包覆技術(shù)包括氧化物包覆、有機物包覆、氟化物包覆，氧化物包括含有Zr、Hf、Sn、Ti、Mg、Ca、Sr、Ba、La等金屬的氧化物；氟化物如MeFx，Me＝Al，Mg，Co以及Ni中的一種；有機物如通式為X-R-CnFaClb的有機物，其中R為烴基，X為硅氧烷基。摻雜-包覆技術(shù)主要包括金屬元素摻雜、金屬元素包覆，摻雜元素如Al、Mg、Y、Ni、Mn、La中的一種或幾種，包覆元素如Mg、Al、Zr、Ti、Ni、Mn、Y、Nb中的一種或幾種。

深圳市比克電池有限公司在鈷酸鋰正極材料方面申請的專利主要集中在正極材料的制備方法、正極材料包覆方面，其中，包覆技術(shù)包括碳包覆、氧化物包覆、鈷酸鋰包覆等，氧化物如Al2O3或MgO等。

北京當升材料科技股份有限公司在鈷酸鋰正極材料方面申請的專利主要集中在絡(luò)合劑法制備正極材料、正極材料包覆方面，其中，包覆技術(shù)主要采用高分子聚合物包覆，如硅氧鍵高分子聚合物、磷氧鍵高分子聚合物、硼氧鍵高分子聚合物包覆等。

（3）技術(shù)構(gòu)成

表1給出了國內(nèi)鈷酸鋰正極材料專利申請的IPC分類號及其專利數(shù)量，從表1可以看出，國內(nèi)鈷酸鋰正極材料專利申請的技術(shù)領(lǐng)域主要集中在電極（H01M4）、二次電池及其制造（H01M10）、鈷的化合物（C01G51）幾個方面。

表1 國內(nèi)鈷酸鋰正極材料專利申請的IPC分類號及其專利數(shù)量

1.2 國外鈷酸鋰正極材料專利態(tài)勢分析

（1）申請量分析

截止檢索日期，在其他國家專利局共檢索到1433件鈷酸鋰正極材料的專利申請，圖3為國外鈷酸鋰正極材料專利申請量趨勢，從圖3可以看出，2002年至今國外申請鈷酸鋰專利的數(shù)量呈波動趨勢。

圖3 國外鈷酸鋰正極材料專利申請量趨勢

表2給出了國外鈷酸鋰正極材料主要申請國家及其專利申請量情況，可以看出，國外申請鈷酸鋰的國家主要是日本、韓國、美國。

表2 國外鈷酸鋰正極材料主要申請國家及其專利申請量

（2）申請人分析

圖4給出了鈷酸鋰正極材料國外申請量排名前十的申請人及其專利申請數(shù)量，其中韓國企業(yè)2家、日本企業(yè)2家、中國企業(yè)3家（其中2家公司隸屬于同一集團）、美國企業(yè)3家。中國企業(yè)中，京東方集團主要向世界知識產(chǎn)權(quán)組織和歐洲專利局進行專利申報，技術(shù)主要集中在發(fā)光器件方面；湖南杉杉能源科技有限公司向日本、韓國、世界知識產(chǎn)權(quán)組織、中國、歐洲專利局、美國均進行了專利申請，技術(shù)主要集中在鈷酸鋰正極材料包覆及摻雜方面。

圖4 鈷酸鋰正極材料國外申請量排名前十的申請人

（3）技術(shù)構(gòu)成

表3給出了國外鈷酸鋰正極材料專利申請的IPC分類號及其專利數(shù)量，從表5可以看出，國外鈷酸鋰正極材料專利申請的技術(shù)領(lǐng)域主要集中在電極（H01M4）、鈷的化合物（C01G51）、二次電池及其制造（H01M10）、鎳的化合物（C01G53）、使用有機材料作有源部分或使用有機材料與其他材料的組合作有源部分的固態(tài)器件及專門適用于制造或處理這些器件或其部件的工藝方法或設(shè)備（H01L51）幾個方面。

表3 國外鈷酸鋰正極材料專利申請的IPC分類號及其專利數(shù)量

1.3 鈷酸鋰正極材料專利分析結(jié)論

（1）國外開展鈷酸鋰正極材料的研究早于國內(nèi)

2002年至今國外申請鈷酸鋰專利的數(shù)量呈波動趨勢，而且從國外申請鈷酸鋰的重點專利中也可以得知，國外開展鈷酸鋰正極材料的研究較早，在上世紀八十年代，國外已有較為成熟的鈷酸鋰正極材料的制備及改性方法。國外申請鈷酸鋰正極材料專利的國家主要是日本、韓國、美國。而我國對鈷酸鋰正極材料的研發(fā)處于快速發(fā)展階段是2009年以后，因此建議緊盯日本、韓國、美國等國家的鈷酸鋰相關(guān)企業(yè)，如韓國的LG化學(xué)公司、日本的索尼公司、日本的松下電器工業(yè)公司、美國的頗爾公司等，研究這些重點企業(yè)的專利申請，從而進行相關(guān)專利布局。

（2）國外鈷酸鋰正極材料專利申請的技術(shù)領(lǐng)域范圍大于國內(nèi)

國內(nèi)鈷酸鋰正極材料專利申請的技術(shù)領(lǐng)域主要集中在電極（H01M4）、二次電池及其制造（H01M10）、鈷的化合物（C01G51）幾個方面；而國外鈷酸鋰正極材料專利申請的技術(shù)領(lǐng)域不僅包括以上幾個方面，還包括鎳的化合物（C01G53）、使用有機材料作有源部分或使用有機材料與其他材料的組合作有源部分的固態(tài)器件及專門適用于制造或處理這些器件或其部件的工藝方法或設(shè)備（H01L51）兩個方面，即國外還注重使用鎳進行摻雜或包覆鈷酸鋰正極材料的研究，而且注重鈷酸鋰正極材料在有機材料中的應(yīng)用。因此建議擴大鈷酸鋰正極材料研究領(lǐng)域，進行多方面的技術(shù)研究及專利布局。

（3）國內(nèi)各研發(fā)機構(gòu)之間知識產(chǎn)權(quán)的合作并不密切

從公開的國內(nèi)專利數(shù)據(jù)上看，國內(nèi)鈷酸鋰正極材料專利申請的技術(shù)領(lǐng)域主要集中在對鈷酸鋰正極材料進行改性、從廢舊電池中回收正極材料、生產(chǎn)裝置的設(shè)計及改進等幾個方面，有些企業(yè)的研究重點相同，為避免重復(fù)研究，建議各研發(fā)機構(gòu)之間加強知識產(chǎn)權(quán)交流，減少研發(fā)時間及成本。