合肥知識產權中心：2021固態電池專利導航分析報告（26頁）.pdf

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1、固態電池專利導航分析報告合肥市企業經營類專利導航項目二二一年十二月目錄第一章 產業現狀分析.11.1 技術介紹.11.1.1 定義與特點.11.1.2 基本原理.11.1.3 固態電池優勢.21.1.4 固態電池面臨的挑戰.31.2 政策環境.41.2.1 鋰離子電池相關政策分析.41.2.2 新能源汽車相關政策分析.51.2.3 安徽省及各地方城市政策.71.3 市場環境.81.3.1 新能源汽車快速發展.81.3.2 儲能行業需求上升.81.3.3 固態電池潛在市場規模.91.4 競爭格局分析.101.4.1 歐美地區.101.4.2 日韓地區.101.4.3 中國地區.10第二章 固態電

2、池競爭格局分析.112.1 全球專利格局分析.112.1.1 專利申請趨勢及生命周期分析.112.1.2 技術來源國/目標市場國專利分析.132.2 國內專利格局分析.142.2.1 專利趨勢分析.142.2.2 各省市專利對比分析.152.2.3 國外來華申請分析.16第三章 關鍵技術專利分析.173.1 正極材料包覆技術.173.2 無機固態電解質技術.183.3 聚合物固態電解質技術.19第四章 主要發現及對策建議.204.1 行業發展態勢總結.204.2 技術導航策略建議.20第五章.附錄.216.1 檢索范圍.216.2 檢索主題.216.3 檢索手段.216.4 數據處理.226.

3、5 約定事項.221 1第一章 產業現狀分析1.1 技術介紹1.1.1 定義與特點固態鋰電池是一種高能量密度、高安全性的電池。與目前商業化應用的鋰離子電池所采用的容易燃燒液態電解質不同，固態鋰電池采用的固體電解質不易燃燒。固態鋰電池中包括正極、固體電解質、負極、集流體、極柱等材料。固體電解質主要有三類：氧化物、硫化物及聚合物。固態鋰電池可有以下兩大類型：一是全固態鋰電池，完全采用固體電解質替換液態鋰電池中的電解液，不含任何液體，所有材料都以固態形式存在；二是固液混合電解質鋰電池，電池中同時含有固體電解質與液態電解液。當液體含量較少時，例如少于電芯質量的 5%時，有些學者也稱之為固態鋰電池。根據

4、正極材料的不同，固態鋰電池又可以分為固態鋰離子電池、固態金屬鋰電池、固態鋰硫電池和固態鋰空氣電池四大類。1.1.2 基本原理圖 1.1 傳統鋰離子電池與固態電池制備工藝對比2 2傳統的液態鋰電池被科學家們形象地稱為“搖椅式電池”，搖椅的兩端為電池的正負兩極，中間為液態電解質。而鋰離子就像優秀的運動員，在搖椅的兩端來回奔跑，在鋰離子從正極到負極再到正極的運動過程中，電池的充放電過程便完成了。固態電池的原理與之相同，只不過其電解質為固態，具有的密度以及結構可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導更大的電流，進而提升電池容量。因此，同樣的電量，固態電池的體積較普通電池更小。不僅如此，固態電池中由于沒有電解

5、液，封存將會變得更加容易。和液態鋰離子電池復雜的制備過程相比，固態電池可簡化封裝、冷卻系統，電芯內部為串聯結構，在有限空間內進一步縮減電池重量，體積能量密度較液態鋰離子電池（石墨負極）可提升 70%以上。1.1.3 固態電池優勢固態電池能夠有效提升電池能量密度。為了滿足更高的能量密度需求，采用金屬鋰是一種解決方法，其比容量能夠達到 3800mAh/g，約為石墨的 10 倍。但是，液態電池中的鋰負極在循環過程中會有不可控的鋰枝晶生長、無限的體積膨脹等，這些問題抑制了鋰負極在液態電池中的應用。相比較液態電解質，固態電解質具有較強的機械性能，能夠抑制鋰枝晶生長，因此固態電池能夠實現鋰金屬的應用，進而

6、提升電池的能量密度。固態電池的熱穩定性好。液態電池在高溫下通常會發生電解液分解、產氣等問題，引發嚴重的安全事故。固態電池的一個顯著優點是高溫性能好。這是因為：1）固態電解質的聚合物骨架在高溫下呈非晶態，有利于聚合物骨架中鏈段的運動，促進鋰離子電導率；2）無機陶瓷固態電解質本征屬于無機陶瓷，其熱分解溫度較高，隨著溫度的升高，晶格熱運動加劇，有利于離子的擴散和傳輸，提升離子電導率。固態電池顯著降低了液態電池中的冷卻系統需求。研究表明，液態電池 SEI膜在 80120開始分解，隔膜在 120左右發生融化，進而導致內短路以及后續的熱失控，而大多數固態電解質則在大于 200開始分解。因此固態電池相比液態

7、電池具有更高的熱穩定性。固態電池具有更加靈活的成組方式。固態電池可以采用內串的成組方式，內串式結構設計是一種將電池內部極片以串聯方式連接的結構設計，實現單體電池電壓的提升。具有內串結構的單體電池電壓可達到多個電芯串聯的電壓水平，降低了包裝結構的使用，提高成組效率。3 31.1.4 固態電池面臨的挑戰早期固態電池研究的主要局限在于固態電解質中緩慢的離子遷移。然而，后來研究發現，即使固態電解質的離子電導率達到較高水平，大多數固態電池仍表現出較差的電化學性能。因此，離子電導率以外的問題也越來越受到研究者們的關注。經過近幾年的研究發現，固態電池要獲得更好的性能需要克服的挑戰包括連續的界面副反應、有限的

8、電化學窗口、電解質/電極的界面以及電解質內部接觸、與潮濕空氣的副反應以及電解質的裂紋或粉化問題。為了更清楚地理解固態電池面臨的挑戰，下面將這些挑戰分為幾個不同方面的穩定性問題：（1）化學穩定性?；瘜W穩定性可以被認為是材料及界面在儲存和制造過程中保持不變的能力。對于化學穩定性差的材料，其在空氣中的反應可能會導致電池性能差甚至安全問題。當某些固態電解質暴露在空氣中會發生降解，部分分解產物可能會對它們的使用造成負面影響。例如硫化物電解質中 H2S 的生成和氧化物電解質中Li+/H+的交換反應會造成電解質的失效。另外，電解質/電極界面上的化學不穩定會造成電解質的應用受限。因此，材料和界面的化學穩定性決

9、定了固態電池的生產、存儲和應用條件。（2）電化學穩定性。電化學穩定性是指材料和界面在充放電過程中保持穩定的能力。雖然固態電解質的電化學穩定窗口足夠寬，但最近的研究發現電化學窗口寬的固態電解質在高壓下仍會分解和形成非活性界面。在固態電池中，界面層形成于正極和負極兩側的電極/電解質界面，界面層的形成是由化學過程和電化學過程共同驅動的，其中化學驅動的界面層形成沒有外部電壓，可以認為是一個緩慢、靜態的過程；電化學過程是金屬鋰的剝離和沉積的動態演變過程。盡管研究者們對固態電解質材料和電極/電解質界面的電化學穩定性有一定的認識，仍有必要對其進行深入研究。（3）機械穩定性。機械穩定性是指材料在外部或內部應力

10、變化時保持不變的能力。復合電極或電極/電解質界面不可避免的體積變化可能會引起應力。在固態電池中，電極與固態電解質的緊密接觸是獲得良好電化學性能的必要前提。前期有研究者認為固態電解質的剪切模量足夠高就可以抑制鋰枝晶的生長。然而，另4 4有報道發現在電解質的剪切模量足夠大時電池中鋰枝晶的生長、裂紋或粉化仍會發生，這些結果表明在固態電池中機械不穩定性問題不容忽視。（4）熱穩定性。熱穩定性是指材料抑制高溫分解或反應的能力。在常規鋰電池中，電池元件的熱穩定性決定了電池的安全性。但是在固態電池中，對電解質材料和固態電池中界面的熱穩定性研究較少，這是因為固態電解質被認為是不易燃的，從而被認為沒有安全風險。然

11、而，最近研究發現，在固態電池中仍會存在電池熱失控、熱產生和氣體釋放等現象。這些結果表明，固態電池中材料和界面的熱穩定性對于固態電池的安全性至關重要。1.2 政策環境我國及各級政府直接針對固態電池行業的相關政策較少，對固態電池行業影響較大的政策主要圍繞“推動鋰電池行業的發展”以及“促進新能源汽車動力電池升級”這兩方面展開。相關政策通過制定產業規劃、規范行業標準、修改補貼制度等方式，間接地對固態電池行業施加影響。1.2.1 鋰離子電池相關政策分析鋰離子電池及相關產品的制造技術屬于我國優先發展的技術領域。近年來，我國出臺了一系列政策規劃以推動鋰離子電池制造水平及技術的發展。固態電池作為新型鋰離子電池

12、，其能效更加符合我國對于鋰離子電池的期望，其相關產品與技術的發展也受到了我國鋰電池相關政策的深刻影響。表 1.1 鋰離子電池主要政策分析序號發布時間發布部門政策名稱重點內容12019 年 1 月工信部鋰離子電池行業規范條件規范從事正極材料、負極材料、隔膜、電解液(含電解質)、單體電池、電池組等生產企業。22020 年10月國務院新能源汽車產業發展規劃 2021-2035）加強固態電池研發和產業化進程的要求，首次將固態電池上升到了國家層面，提出到 2030 年，我國液態電解質將演變為固態電解質的目標。5 51.2.2 新能源汽車相關政策分析在相關政策上，我國不僅對于新能源汽車動力電池產業及技術的

13、發展制定了規劃與要求，還對新能源汽車的補貼和積分情況進行了大規模的調整，迫使相關產業不斷追求動力電池能量密度和續航能力的提升，間接推動了擁有高能量密度和強續航能力的固態電池的產業發展。表 1.2 新能源汽車主要政策分析序號發布時間發布部門政策名稱重點內容12020年1 月中國電動汽車百人會中國電動汽車百人會論壇為穩定市場預期，保障產業健康持續發展，2020年新能源汽車補貼政策將保持相對穩定，不會大幅退坡。22020年4月財政部等三部委關于新能源汽車免征車輛購置稅有關政策的公告自 2021 年 1 月 1 日至 2022 年12 月 31 日，對購置的電動汽車免征車輛購置稅32020年4月財政部

14、等四部委關于完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知電動汽車推廣應用財政補貼政策實施期限將延長至2022 年底，在此基礎上，平緩補貼退坡力度和節奏，原則上每年補貼規模上限約 200 萬輛。電動乘用車補貼前售價須在 30 萬元以下（含 30萬元）。42020年6 月工信部等五部委關于修改乘用車企業平均燃料消耗量與電動汽車積分并行管理辦法的決定明確了2021-2023 年電動汽車積分比例要求，2019年度、2020年度、2021 年度、2022 年度、2023 年度的電動汽車積分比例要求逐年上升。增加了引導傳統乘用車節能的措施，對生產供應低油耗車型的企業在核算電動汽車積分達標值時給予核算優惠。乘用

15、車企業可以使用2021 年度產生的電動汽車正積分對 2020年度產生的電動汽車負積分進行抵償。此次決定有助于車企根據自身情況合理安排以更好的完成考核要求，進一步提升車企研發生產電動汽車的積極性，從而有利于電動汽車市場的長期健康發展。6 6序號發布時間發布部門政策名稱重點內容52020年7 月工信部等三部委關于開展新能源汽車下鄉活動的通知持續期較短，從 2020 年 7 月到12 月僅6 個月時間，是臨時性的刺激政策；參與車企共計十家車企，合計16 款車型。價格低廉，適應農村地區的需求，活動所需資金由地方政府和車企承擔。62020年7 月工信部關于修改的決定該項決定自2020 年 9 月 1 日

16、起施行。新的準入規定刪除申請新能源汽車生產企業準入有關設計開發能力的要求；將新能源汽車生產企業停止生產的時間由12 個月調整為 24 個月；刪除有關新能源汽車生產企業申請準入的過渡期臨時條款。72020 年10月國務院常務會議新能源汽車產業發展規劃明確引導新能源汽車產業有序發展，推動建立全國統一市場，提高產業集中度和市場競爭力。規劃指出了四個關鍵發展方向。（1）加大關鍵技術攻關，鼓勵車用操作系統、動力電池等開發創新；（2）加強充換電、加氫等基礎設施建設，加快形成快充為主的高速公路和城鄉公共充電網絡。對作為公共設施的充電樁建設給予財政支持，鼓勵開展換電模式應用；（3）鼓勵加強新能源汽車領域國際合

17、作；（4）加大對公共服務領域使用新能源汽車的政策支持。82020 年12月財政部等四部委關于進一步完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知2021 年保持現行購置補貼技術指標體系框架及門檻要求不變，2021 年新能源汽車購置補貼標準在 2020 年基礎上退坡 20%。為加快公共交通等領域汽車電動化，城市公交、道路客運、出租（含網約車）、環衛、城市物流配送、郵政快遞、民航機場以及黨政機關公務領域符合要求的新能源汽車，2021 年補貼標準在2020 年基礎上退坡 10%。為加快推動公共交通行業轉型升級，地方可繼續對新能源公交車給予7 7序號發布時間發布部門政策名稱重點內容購置補貼。中國電動汽車補貼

18、政策期限延長至 2022 年，短期而言，是中國政府根據目前行業發展情況制定的合理化扶持政策，平緩補貼退坡力度和節奏，促進電動汽車消費。長期而言，隨著補貼的完全退坡，電動汽車行業的發展核心在于降低成本和提高產品質量。1.2.3 安徽省及各地方城市政策安徽省及各地政府陸續出臺鋰電池及固態電池產業政策，積極發展固態電池產業。表 1.3 安徽省及各地方城市主要政策分析序號發布時間發布部門政策名稱重點內容12021 年4月安徽省人民政府安徽省國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和 2035 年遠景目標綱要開發高比能動力電池、氫燃料電池、固態電池等技術。重點突破整車集成、智能網聯、動力電池、電驅電控、氫燃料

19、電池等產品。加強動力電池、電機等關鍵配套能力建設，加快培育形成世界級新能源汽車和智能兩聯汽車產業集群。22021 年 7月安徽省人民政府安徽省電力供應保障三年行動方案(2022-2024)結合全省集中式新能源項目布局，積極推動全省電化學儲能建設，鼓勵電網側儲能項目建設，提高系統調節能力。32021 年 8月合肥市科技局合肥市“十四五”新能源汽車產業發展規劃突破關鍵零部件技術。實施新能源汽車核心技術攻關工程，實施動力電池技術突破行動，開展正負極材料、電解液、隔膜等關鍵環節前瞻技術研究，加強高強度、輕量化、高安全、低成本、長壽命的動力電池和燃料電池系統短板技術攻關，加快全固態動力電池技術研發及產業

20、化。8 81.3 市場環境1.3.1 新能源汽車快速發展固態電池主要應用于新能源汽車等，受國家政策推動影響，新能源汽車行業快速發展。根據中國汽車工業協會數據顯示，我國新能源汽車在 2011-2018 年之間高速發展，銷售呈現爆發式增長，7年間銷量增長超 150 倍，2019 受補貼大幅度滑坡等影響，銷量有所下降，2020 年疫情逆勢上升，達到了 136.73 萬輛的新高，同比 2019 年增長 13.4%。隨著下游新能源汽車需求規?？焖僭鲩L，固態電池行業發展前景廣闊。33.1150.777.7125.62120.6136.73200060000.5310.5330.617-0.040.1340

21、100200300400500600700-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.82015年2017年2019年2021年E2025年E新能源汽車銷量增長率圖 1.2 2015-2025 年中國新能源汽車銷量及預測情況1.3.2 儲能行業需求上升全固態電池被公認有望突破電化學儲能技術瓶頸，滿足未來發展需求的新興技術方向之一。在電化學儲能方面，目前鋰電池占電化學儲能比重達 80%。根據CNESA 數據顯示，2020 年電化學儲能累計裝機規模為 3269.2MV，同比 2019年增長 91%，而結合國家對能源發展的指導方針，電化學儲能在用戶側、可再生能源并網配套等領域的需求有望迎

22、來快速增長，固態電池發展前景明朗。9 940.745074.07129.63164.81275.93423.231072.71709.63269.200.230.480.750.270.670.531.530.590.9105001000150020002500300035000.00%20.00%40.00%60.00%80.00%100.00%120.00%140.00%160.00%180.00%2011年2013年2015年2017年2019年裝機規模增長率圖 1.3 2011-2020 年中國電化學儲能裝機規模及增長率1.3.3 固態電池潛在市場規模102.9205.8308.741

23、1.6514.5617.4720.3823.2926.110290200400600800100012005%10%15%20%25%30%35%40%45%50%圖1.4 固態電池潛在市場由于固態電池當前還處于實驗室階段，尚未有企業完成商業化量產，因此市場暫未大范圍應用固態電池。因為固態電池和現有液態電池存在替換關系，我們將根據鋰電池現有市場規模估算固態電池潛在的市場規模。根據中國電子信息產業發展研究院的數據，2019 年中國鋰電池產業規模為 2058 億元。假設未來固態電池滲透率分別為：5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、1 10 050%，根據高禾投資研

24、究中心估算，固態電池市場規?？梢苑謩e達到：102.9、205.8、308.7、411.6、514.5、617.4、720.3、823.2、926.1、1029 億元。1.4 競爭格局分析目前，全球范圍內約有50多家制造企業、初創公司和高?？蒲性核铝τ诠虘B電池技術，固態電池尚未實現大規模商業化。全球預計到 2025 年全固態鋰電池將最終實現產業化。其中，歐美企業偏好氧化物與聚合物體系，而日韓企業則更多致力于解決硫化物體系。1.4.1 歐美地區歐美車企對固態電池初創企業關注度較高。車企通過收購、投資在固態電池領域中美國高校衍生的初創企業如 Solid Power、SolidEnergy Syst

25、ems、IonicMaterials、Quantum Scape 等以獲得技術儲備。1.4.2 日韓地區日本車企在固態電池上的研發起點相對較早，最早入局的豐田在 2008 年就與固態電池創企伊利卡（Ilika）展開了合作，2019 年初，宣布與松下合作。三菱、日產、松下等大部分企業紛紛加速布局固態電池行業，爭取早日實現量產。2021 年 7月8 日，韓國政府公布了旨在 2030 年成為下一代二次電池領域世界引領者的“K-Battery Development Strategy”。在“K-battery，充電世界”的口號下，韓國欲打造成為全球公司合作的下一代電池研發和制造的領先基地。固態電池方面

26、，韓國將在2025年推動鋰硫（Li-S）電池和2027年全固態電池的實際商業化應用，并培育從廢電池收集到再利用的全過程產業鏈的發展。1.4.3 中國地區在固態電池研究方面，國內企業不及日本、德國、美國等起步早，但越來越多的企業已經參與其中。參與主體包括中科院化學所、中科院青島能源所、中科院寧波材料所等研究機構，贛鋒鋰業、寧德時代等電池企業；更有其他領域企業看好固體電池跨界投資，如以汽車零部件為主的萬向集團、新能源汽車比亞迪等。1 11 1第二章 固態電池競爭格局分析2.1 全球專利格局分析2.1.1 專利申請趨勢及生命周期分析圖2.1 固態電池行業全球專利申請趨勢分析固態電池全球專利申請量 1

27、6949 項，10357 個同族專利家族，發明專利申請16573 項，占總申請量的 97.7%，發明授權 6247 件。在 1965-1998 年一直處于緩步增長階段。自 1999 年開始固態電池技術相關專利申請進入緩慢發展時期，至 2003 年達到峰值 140 項。從 2004 年開始到 2015 年，專利申請數量快速發展，年均申請量 450 項，年平均增長率19.25%。2016 年開始，隨著新能源汽車對電池能量密度和安全性能要求的不斷提高，電池技術逐漸從傳統的液態電池轉向固態電池，相應固態電池的專利申請量也呈現加速增長的趨勢，固態電池專利年申請量突破 1000 項。1 12 21965-

28、2004年2005年2008年2010年2011年2012年2014年2015年2016年2017年2018年2019年2020年2021年010020030040050060005001000150020002500圖 2.1 固態電池行業全球專利生命周期圖從技術生命周期看，從 1965 年有專利申請起，經過 4 個發展階段：第一階段：技術萌芽期(1965-1998 年)，專利年申請量較低，平均每年的申請量低于 100 項，處于理論與應用基礎的實驗室研究階段。第二階段：緩慢發展期（1999-2003年），該階段專利申請趨勢緩慢增長，全球平均年申請量在 150 項以內，大部分專利申請來自日本（

29、松下、索尼、住友、京瓷等），且進入該領域的申請人數量依然比較少。美國的高級聚合電池、韓國的三星等企業開始重視固態電池技術的研發，因此固態電池的專利數量開始增多。第三階段：快速發展期(2004-2015 年)，全球專利申請量呈現比較快速的增長，主要的專利申請仍然來自日本，同樣美國、韓國、以及中國等其他國家更多的申請人逐步開始進入該領域。而2011 年以后專利申請量增長較為快速，隨著固態電池在部分領域的應用，固態電池的專利增長速度加快。第四階段：加速發展期（2016 年至今），2016 年開始，固態電池的發展進入了快速發展期，該領域的全球專利申請量 2016 年突破了 1000 項，到 2019

30、年專利年申請量達到 2356 項。隨著固態電池技術瓶頸不斷被攻克，豐田、寶馬等多家頭部車企大力推進固態電池商業化進程，小規模商業化并取得成功，從而有效地推進了該領域技術的發展?？梢灶A計，隨著各國大力出臺固態電池的支持政策，固態電池技術領域對本身性能的不斷挖掘和提升，其申請量必將保持蓬勃增長的趨勢。1 13 32.1.2 技術來源國/目標市場國專利分析圖 2.3 固態電池行業專利來源國家分布從圖 3.2 可以看出，固態電池技術來源國專利數量相差較大。日本是固態電池技術的主要技術來源國，其申請的專利數量占總體的 46.1%，遠超其他國家。日本早在上世界七十年代就開始了固態電池技術的開發，近年來日本

31、政府又陸續出臺相應政策全面支持固態電池技術發展，日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）在 2018年就啟動了開發全固態電池鋰離子電池的項目，并將累計投入100 億日元（約 6.5 億人民幣），舉國之力推動固態電池的發展。中國和美國的專利申請數量比較接近，分別占總量的 16.1%、13.8%。美國自1970 年代石油危機以來，加大了對新能源的開發支持，并且十分重視固態電池領域前沿技術研發，因此在全球布局了大量專利。中國雖然進軍固態電池領域較晚，但隨著近年對新能源以及新能源汽車產業的政策扶持，開展了大量項目研究，例如科技部國家重點研發計劃等，表現出較強的后發優勢。接下來是韓國和德國，專利占比分

32、別為8.2%和 3.2%。日本、中國、美國、韓國和德國是固態電池技術領域的主要技術來源國。1 14 4圖 2.4 固態電池行業目標市場國家分布從目標市場分布國家圖 3.3 看出，中國、日本、美國、韓國和德國同樣是主要的技術市場國家。對比分析主要專利技術來源國和專利技術市場國家的數量可以看出，來源于中國和美國的專利數量分別為 4178 項和 2955項，而在中國和美國市場布局的專利數量分別 3161 項和 2133 項，數量基本增長了 35%，說明主要國家十分重視在中國和美國進行市場布局。2.2 國內專利格局分析2.2.1 專利趨勢分析010020030040050060070080090010

33、001985年1987年1989年1991年1993年1995年1997年1999年2001年2003年2005年2007年2009年2011年2013年2015年2017年2019年2021年圖2.5 固態電池行業中國專利申請趨勢分析1 15 5在 20 世紀 70 年代，中國科學院物理研究所由陳立泉老師開啟了中國的固體電解質和固態電池的研究，隨后中國科技大學、北京科技大學、中國科學院長春應化所、上海硅酸鹽研究所、北京有色院曾經參與聯合開發固態電池，但是在長時間內都未形成規模生產。我國固態電池的專利申請最早始于 1985 年，當時由于技術及認識上的原因，固態的專利申請工作一直處于不溫不火的狀

34、態。2009年之前，固態電池的專利申請量每年始終不超過 50 件。從 2010 年后至今，蓬勃發展的新能源產業，為中國本土的固態電池產業崛起提供了最佳的歷史機遇，無論是國家級的科研院所，亦或是電池企業，都紛紛加注固態電池力量，搶占未來固態電池賽道，專利申請量逐年上升，到 2012 年專利年申請量突破 100 件，2019年年申請量更是接近 900 件，年平均增長率 37.3%，隨著資金投入的加大、科研實力的提升，固態電池處于高速發展之中。2.2.2 各省市專利對比分析圖 2.6 固態電池行業中國各省市專利申請分布在國內固態電池領域，廣東省和江蘇省的申請量在國內獨占鰲頭，申請量均超過 400 項

35、，比亞迪和珠海冠宇電池是廣東省內的主要申請人，蜂巢能源和清陶能源是江蘇省的主要申請人，這些申請人在全國的申請量也排列前茅。北京市、浙江省和上海市這三個省市位居第二梯隊，三個省市的申請量均超1 16 6過 200 項。北京市在第二梯隊中名列首位，國聯汽車動力電池研究院和清華大學是北京市的主要申請人；第二梯隊中浙江省位居第二，申請量達到 268 項，主要申請人為浙江鋒鋰新能源和中科院寧波材料技術與工程研究所；上海市在第二梯隊中位居第三，上?？臻g電源研究所和中科院上海硅酸鹽研究所是上海市內的主要申請人。山東省、天津市、四川省、湖南省在固態電池領域的專利申請量均在 100 項以上，位居第三梯隊。其余省

36、份中專利申請量超過 100 項以上的有：湖北省、安徽省、河南省、黑龍江省、福建省和陜西省。2.2.3 國外來華申請分析國內申請65%日本23%美國4%韓國4%德國2%其他2%國外申請，35%圖 2.6 固態電池行業來華專利申請分布中國市場迅猛發展的同時，也吸引了日本、美國、韓國企業的廣泛關注，國外申請人來華申請占比超過三成，其中一半來自日企，申請專利達到 1020 項，主要日本企業為豐田汽車、松下、村田制作所、富士膠片等。美國申請人在中國市場布局專利達到 172項，主要美國企業為通用汽車和福特汽車?？梢钥吹?，以豐田為首的國外企業專利布局已成規模，對國內本土固態電池企業形成了一定的技術牽制。1

37、17 7第三章 關鍵技術專利分析3.1 正極材料包覆技術隨著能源問題日益突出，尋找新型儲能裝置成為人們開發和利用能源的研究重點。固態由于比能量高、循環壽命長、環境友好等優點已在電子設備、電動汽車等領域被廣泛應用。正極材料作為固態電池重要核心之一，直接影響到固態電池能量密度和循環穩定性。然而，正極材料表面殘堿量較高不僅導致正極低的容量，而且也直接導致循環性能降低。這類材料如鎳鈷錳酸鋰(NCM)正極材料，鎳鈷鋁酸鋰(NCA)正極材料，富鋰正極材料和 LiNi1.5Mn0.5O4 等。同時這些特性直接影響到正極材料在未來固態電池中使用，為此需要對其表面進行改性。表面包覆是一種解決電池不可逆容量損失和

38、循環惡化等問題的有效方法。通過表面包覆可以有效地減少副反應，降低電極極化程度，抑制金屬離子溶解，維持材料結構穩定，從而提高電極材料的電化學性能，成為近年來專利技術研究的重點之一。010203040506070801971年1972年1973年1974年1975年1976年1977年1978年1979年1980年1981年1982年1983年1984年1985年1986年1987年1988年1989年1990年1991年1992年1993年1994年1995年1996年1997年1998年1999年2000年2001年2002年2003年2004年2005年2006年2007年2008年2009

39、年2010年2011年2012年2013年2014年2015年2016年2017年2018年2019年2020年2021年全球申請量國內申請量圖 3.1 正極材料包覆技術全球專利申請趨勢分析正極材料包覆技術的全球專利申請自 2000 年開始逐年增長，專利申請總量在 2000 年之前一直在低水平徘徊，自 2000 年以后開始出現大幅度增加；國內申請人的申請量在2010年之前都一直在低水平徘徊，自2010年以后才開始出現1 18 8大幅度增加；在 2010 年之前，專利申請總量主要是由國外申請人貢獻的，在此期間，國內申請人明顯滯后于國外申請人在中國的專利申請步伐。但是，從 2013年后，國外申請人

40、申請量的增長幅度仍然保持較高范圍，到 2012 年國外專利年申請量已經超過 70項，同樣該時期國內申請人的申請量也開始迅速增長，近年申請量甚至略有降低，這可能是由于大部分國外申請尚未公開的緣故。3.2 無機固態電解質技術固態電解質是全固態鋰電池的核心組件，具有高鋰離子電導率、良好力學性能、優良電化學及熱穩定性、與電極材料相容等特點的固態電解質，是發展全固態鋰電池的必要條件。目前，已報道的固體電解質包括鈣鈦礦型、石榴石型、鈉超離子導體（NASICON）型、LISICON（鋰超離子導體）型等氧化物，Li2S-P2S5、Li2S-GeS2-P2S5等硫化物，以及聚環氧乙烷、聚碳酸酯、聚硅氧烷等聚合物

41、。無機固體電解質距離商業化應用較近，其中硫化物電解質具有較高的離子電導率、易于形成骨架結構、電化學穩定性好等優點，受到學術界和商業界的極大關注。同時，石榴石型氧化物電解質因其較高的離子電導率，相對好的穩定性和寬的電化學窗口，有望成為理想的固態電解質材料。0501001502002503003504004501981年1983年1985年1987年1989年1991年1993年1995年1997年1999年2001年2003年2005年2007年2009年2011年2013年2015年2017年2019年2021年日本中國美國韓國圖3.7 無機固態電解質全球專利申請趨勢分析1 19 9無機固態電

42、解質技術專利在 2008 年后得到快速發展，特別是 2016 年以來，專利數量急速增長，每年申請量超過 300 項，進入快速發展期。日本、韓國、美國、中國等 4 國的專利申請量占所有專利申請量的近八成，是全球無機固態電解質技術開發的主要國家，其發展趨勢如圖 3.7 所示。日本、韓國、美國開展相關研究較早，2008-2019 年專利申請量呈快速增長趨勢；中國雖然起步較晚，但2016 年以來發展速度位居全球第一，專利總量位居全球第二，僅次于日本，是近年來推動相關技術發展的重要力量。3.3 聚合物固態電解質技術聚合物基體和鋰鹽共同組成聚合物固態電解質(SPE)，其具有機械加工性能優、高離子電導率、質

43、量輕、低電極/電解質界面阻抗等特點。常用的鋰鹽包括 LiPF6、LiClO4和 LiAsF4等，SPE 基體包括聚環氧丙烷(PPO)、聚偏氯乙烯(PVDC)、聚環氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)等。鋰鹽可以與聚合物基體中的極性基團產生溶劑化反應，通過不斷的“絡合、解絡合”過程，在聚合物分子鏈上傳輸。鏈段活動能力主要影響了傳輸速率，加入各種鋰鹽后的室溫電導率約為 10-5S/cm。提高鏈段的活動性，即降低基體的玻璃化轉變溫度，有利于提高鋰離子電導率。0204060801001201981年1983年1985年1987年1989年1991年1993年1995年1997年

44、1999年2001年2003年2005年2007年2009年2011年2013年2015年2017年2019年2021年圖 3.15 聚合物固態電解質全球專利申請趨勢分析2 20 0圖 3.15 展示了聚合物固態電解質的全球及中國申請量趨勢，相對于無機固態電解質，聚合物固態電解質的專利申請明顯較少。全球范圍內的聚合物固態電解質的較早專利申請是在 1981 年，由日立麥克賽爾提出（US2903380A），該專利申請將包含聚環氧乙烷和 LiBF4的化合物的固體電解質填充在 TiS2的沉積晶體的間隙中，并在其上形成固體電解質層。從 1980年到 1990 年，聚合物電解質的專利申請以較低的申請量緩慢

45、增長，分別在 1991 和 1997年全球專利的申請量迎來兩個高峰，松下、恩尼徹姆、大創、新日本石油和 DOWTY 是該時期的主要申請人。2000-2011 年開始，聚合物固態電解質全球專利數量呈逐年下滑趨勢；原因一方面來自于技術本身的瓶頸效應，另一方面無機固態電解質技術的部分領域的成功應用對聚合物電解質的研究進行了一定沖擊。2011年開始專利申請量處于快速增長的趨勢，并且一直持續到 2020 年，這主要是由于研究人員發現將無機顆粒與聚合物結合可以提高固態電解質整體性能，而這一技術方案仍然屬于目前固態發展的熱門方向之一。第四章 主要發現及對策建議4.1 行業發展態勢總結雖然固態電池產品整體競爭

46、優勢還明顯弱于傳統鋰電產品，然而在全球范圍內資本一致看好和龍頭車企多方布局下，固態電池將進入快速發展的軌道。目前，全球各國陸續出臺多重利好政策加持，推動固態電池邁入商業化進程，競爭呈現出全球角力的態勢，歐、美、日、韓、中國等國家的涉及動力電池、汽車及能源方面的產業鏈上下游企業，均已在積極布局和研發固態電池。展望未來，隨著固態電池的技術瓶頸不斷突破，進而實現，為人類清潔安全的使用能源貢獻力量。隨著固態電池產業技術的不斷突破，全固態電池產業化進程將持續加快。4.2 技術導航策略建議固態電池產業作為一個知識密集、前景廣闊的戰略新興產業，其準入門檻高、2 21 1研發投入大、周期長、風險高、回報高。與

47、其他技術領域內，固態電池對知識產權的依存度是相對較高的，國內外固態電池企業對核心材料的知識產權的保護也貫穿于整個研究與開發全過程中。產品要研發，專利需并行甚至先行。產品的核心專利申請時間一般要早于上市時間，這樣在產品上市后，可通過產品專利的獨占來實現市場盈利。通過對本領域專利信息分析，在了解了整個固態電池技術領域競爭對手實力的情況下，可以根據自身實力、專利布局狀況才能制定正確的新產品開發策略，合肥國軒可以根據行業內經濟技術情況，結合專利信息分析，選擇不同的研制方式。第五章.附錄5.1 檢索范圍檢索平臺：PatSnap全球專利數據庫；數據范圍：1897年至2021年11月30日公開的專利數據。特

48、別說明：由于受發明專利申請十八個月后公布的限制，申請日在2021年9月至檢索截止日之間的申請數據會有一定出入。5.2 檢索主題報告數據檢索主題：固態電池。重點分析檢索主題：正極材料、固態電解質、固態電解質、單電池、電池組等5.3 檢索手段數據采集原則是在以全為主的基礎上求精，對相關的技術分布采用了分類號與關鍵詞相結合的檢索原則。其中，國際專利分類IPC（International PatentClassification），是根據1971年簽訂的國際專利分類斯特拉斯堡協定編制的，2 22 2是目前國際通用的專利文獻分類和檢索工具。IPC按照五個等級分類，部（Section）、大類（Class）

49、、小類（Subclass）、主組（Main Group）、分組（Group）。例如：IPC分類號G01N27/62，部G，代表物理學；大類G01，代表測試測量；小類G01N，借助于測定材料的化學或物理性質來測試或分析材料；主組G01N27/00，用電、電化學或磁的方法測試或分析材料；分組G01N27/62，代表通過測試氣體的電離。利用分類表編排專利文獻，可快速地查找到檢索主題技術領域內的相關專利信息。在檢索關鍵詞的選取上盡量采用無歧義的詞匯來減少雜質數據。5.4 數據處理由于部分詞匯不可避免具有一定的多面性，具體檢索時需通過更細致的邏輯策略或手工進行翻譯、初篩和清洗，而后再通過分類、標引、二次

50、標引等數據處理步驟。除了不相關的噪聲數據外，還包括部分申請人名稱不一樣，但實際上屬于一個公司的數據清洗。5.5 約定事項（1）近兩年專利文獻數據不完整導致申請量下降的原因在報告所采集的數據中，由于下列多種原因導致2019年后提出的專利申請的統計數量比實際的申請量要少。通過 PCT（專利合作條約）途徑的專利申請可能自申請日期30 個月甚至更長時間之后才進入國家階段，從而導致與之相對應的國家公布時間更晚；發明專利申請通常自申請日起 18 個月后（要求提前公布的申請除外）才能被公布。（2）專利國別地區指代CN 代表中國，US 代表美國，GB 代表英國，FR 代表法國，DE 代表德國，EP 代表歐洲，JP 代表日本，KR 代表韓國，CA 代表加拿大，AU 代表2 23 3澳大利亞，RU 代表俄羅斯。（3）名詞解釋國外申請：除中國及中國香港中國臺灣地區，世界范圍內的各專利局的專利申請；國內申請：中國申請人在中國國家知識產權局的專利申請；國外來華申請：外國申請人在中國國家知識產權局的專利申請。