1 引言 

磷酸鐵鋰，分子式為LiFePO4，又被稱為磷酸亞鐵鋰，鋰鐵磷酸鹽等，其理論比容量為170mAh/g，放電平臺為3.5V，具有高安全性、穩(wěn)定的循環(huán)性能、環(huán)境友好和價格低廉等優(yōu)點，是目前被廣泛關(guān)注的商品化鋰離子電池電極材料。目前中國能源問題緊張，環(huán)境問題突出，因此，磷酸鐵鋰電池具有巨大的潛在市場。1997年，J.B.Goodenough申請了磷酸鐵鋰專利US5910382，這是關(guān)于可充電橄欖石結(jié)構(gòu)磷酸鐵鋰正極材料的第一個明確的核心專利。我國企業(yè)目前在磷酸鐵鋰開發(fā)方面仍落后于國際競爭對手。企業(yè)要在如今激烈的市場競爭中謀求發(fā)展，必須深層次地重視技術(shù)創(chuàng)新。專利是反映創(chuàng)新能力和創(chuàng)新速度的重要指標(biāo)。本文分析了磷酸鐵鋰電池在中國的專利申請狀況，為相關(guān)企業(yè)和科研機構(gòu)進一步研發(fā)和市場應(yīng)用提供參考。 

2 數(shù)據(jù)分析 

本文用于分析的專利數(shù)據(jù)來自于中國專利申請數(shù)據(jù)庫（CNPAT），是截止于2010年底被收錄的公開專利申請數(shù)據(jù)。 

2.1 磷酸鐵鋰電池技術(shù)發(fā)展趨勢 

圖1 磷酸鐵鋰電池的申請量年度變化 

圖1中顯示了磷酸鐵鋰電池專利申請量隨年度變化的分布圖。由圖1可以看出，2001-2003年磷酸鐵鋰的專利申請量僅為個位數(shù)；至2007年之前，申請量仍然不足百件；2007-2010年專利申請量呈現(xiàn)快速增長趨勢，2007年的申請量是2001年的21倍，是2006年申請量的2倍，而2009年的專利申請量比2007年又翻了一番。由圖1可以看出，這一領(lǐng)域技術(shù)正處在高速持續(xù)發(fā)展之中。 

1997年J.B.Goodenough申請了第一個關(guān)于磷酸鐵鋰正極材料的美國專利，但在2001年才出現(xiàn)磷酸鐵鋰電池的中國專利申請。經(jīng)過考察發(fā)現(xiàn)2001年的5件專利申請，申請人均為索尼株式會社，其內(nèi)容均為LiFePO4/碳復(fù)合材料的合成及由其制備的電池。實際上，2003年磷酸鐵鋰材料才由美國Valence公司率先商品化，而2001年索尼株式會社已經(jīng)在中國申請了專利，這表明了索尼對尚未產(chǎn)業(yè)化的專利新技術(shù)具有十分敏銳的洞察力，也表現(xiàn)了其搶占中國市場的決心。索尼成功的一個重要原因，在于它非常善于利用其他公司發(fā)明的、尚未被培育成才的技術(shù)種子，將它們培育成為成熟的、優(yōu)秀的技術(shù)和產(chǎn)品。索尼是日本的代表性企業(yè)之一，日本十分重視生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)的專利發(fā)展模式，這使得日本在許多重要工業(yè)品方面不僅產(chǎn)量大，而且質(zhì)量較高，價格也由于產(chǎn)量大而能夠維持在較低水平，因而相對于歐美國家來說具有更強的競爭力。分析表明，第一個申請磷酸鐵鋰專利CN1641912A的國內(nèi)企業(yè)是深圳華粵寶電池有限公司，該申請于2004年1月2日申請，最終于2007年5月16日視撤，沒有得到授權(quán)。第一份授權(quán)的由國內(nèi)企業(yè)申請的磷酸鐵鋰專利是北大先行科技產(chǎn)業(yè)有限公司于2004年2月20日申請的CN1559889A，最終于2006年10月18日獲得授權(quán)。由上述分析可見，中國企業(yè)對于新技術(shù)的敏感度有待提高。 

2.2 主要技術(shù)分析 

2.2.1 主要技術(shù)分布 

磷酸鐵鋰電池技術(shù)的專利申請主要集中在以下幾個方面：(1)磷酸鐵鋰材料的制備工藝，如固相法、液相法等工藝的改進，摻雜型磷酸鐵鋰的制備等；(2)磷酸鐵鋰電池的結(jié)構(gòu)及制備工藝，如正極配方、電池結(jié)構(gòu)優(yōu)化等；(3)磷酸鐵鋰電池的應(yīng)用，如用在不同的動力裝置中；(4)磷酸鐵鋰電池的管理，如充放電方法、充電保護等；(5)磷酸鐵鋰的檢測技術(shù)，如極片的檢測，磷酸鐵鋰材料中各種離子、碳含量的檢測等；(6)磷酸鐵鋰的制造設(shè)備的改進，如加熱、球磨、干燥設(shè)備的改進等。上述幾個方面的申請量分布如圖2所示。由圖2可以看出，目前磷酸鐵鋰電池技術(shù)的研究重點依然是磷酸鐵鋰材料的制備。這主要是由于磷酸鐵鋰材料電導(dǎo)率低，導(dǎo)致高倍率充放電性能差，實際比容量低；顆粒粒度不均勻，振實密度低，導(dǎo)致體積比容量低，因此，如何改進制備工藝，提高磷酸鐵鋰材料的電導(dǎo)率和比容量成為研究的重點。 

圖2 磷酸鐵鋰電池主要技術(shù)分布 

2.2.2 磷酸鐵鋰材料的制備方法 

磷酸鐵鋰材料的合成方法主要有固相合成法、液相合成法和其它合成方法。 

固相法是目前制備LiFePO4最常用、最成熟的方法，也是最容易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的方法之一，其缺點在于合成的磷酸鐵鋰粒徑較大，電化學(xué)性能不夠理想。磷酸鐵鋰材料制備的主要專利技術(shù)都集中于固相法的改進，涉及以下幾個方面：(1)原料的選擇：例如采用三價鐵作為鐵源以降低成本，以及不同鋰源、磷源的使用；(2)各原料混合時條件的控制：例如球磨使用的介質(zhì)、球磨時研磨的細度等；(3)燒結(jié)氣氛的控制；(4)燒結(jié)過程的控制：例如采用一次燒結(jié)或二次燒結(jié)，最佳燒結(jié)溫度的選擇等等。 

與傳統(tǒng)的固相法相比，液相法可以制備出顆粒細、純度高的粉體，合成溫度低，但通常制備工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，工業(yè)化生產(chǎn)的難度較大。共沉淀法、溶膠-凝膠法和水熱法是幾種常用的方法：(1)共沉淀法是以可溶性鹽為原料，在溶液中混合均勻，加入沉淀劑使之沉淀，沉淀物經(jīng)過煅燒后得到目標(biāo)產(chǎn)物；(2)溶膠-凝膠法是以可溶性鹽為原料，將其分散在溶劑中，通過水解和縮聚反應(yīng)形成透明溶膠，調(diào)節(jié)pH并加熱形成凝膠，經(jīng)過干燥和熱處理制備出粉體；(3)水熱法是以可溶性亞鐵鹽、鋰鹽和磷酸為原料，在高溫高壓水熱體系中直接合成LiFePO4。通過控制反應(yīng)的溫度，pH值反應(yīng)時間和反應(yīng)物濃度，可以得到不同形貌的LiFePO4。 

其它合成方法有炭熱還原法、微波法、噴霧干燥法等。(1)炭熱還原法主要是在合成過程中產(chǎn)生強烈的還原氣氛，可以用三價鐵的化合物作為鐵源，進一步降低了成本。炭熱還原法可以與固相法、共沉淀法、溶膠-凝膠法、微波法、噴霧干燥法等聯(lián)合使用。該還原性氣氛主要是由炭黑、乙炔黑、石墨、碳凝膠等主要由碳構(gòu)成的物質(zhì)或者其他熱分解能夠產(chǎn)生碳的有機物如聚乙烯、聚苯乙烯、蔗糖等形成的；(2)微波法是利用微波輻射加熱原料，具有快速、高效的優(yōu)點。其中，控制微波輻射的能量、輻射時間是微波法的關(guān)鍵；(3)噴霧干燥技術(shù)主要是與液相法聯(lián)合使用，采用噴霧干燥技術(shù)處理前驅(qū)體溶液，調(diào)節(jié)進氣壓力、進料速度和前驅(qū)體溶液固含量來控制最終產(chǎn)物的粒度，使得所得產(chǎn)品粒度分布均勻，粒度大小可調(diào)。 

在磷酸鐵鋰材料的制備專利中，各種不同的制備方法的申請量所占的比例如圖3所示。由圖3可以看出，目前關(guān)注的重點仍然是固相法，其次是共沉淀法和噴霧干燥技術(shù)。 

2.3 磷酸鐵鋰電池專利申請人分析 

進過分析得到，專利申請量前十位的申請人為：比亞迪股份有限公司、清華大學(xué)、中南大學(xué)、深圳市比克電池有限公司、彩虹集團公司、浙江大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、福建師范大學(xué)、河南聯(lián)合能源有限公司、山東海霸通訊設(shè)備有限公司。他們共申請了181件專利，占總數(shù)（795件）的22.7%，其中企業(yè)的專利申請量為91件，高校的專利申請量為90件，企業(yè)的專利申請量與高校申請量相當(dāng)，這表明磷酸鐵鋰電池技術(shù)引起了企業(yè)和高校的同等重視，中國的電池企業(yè)研發(fā)能力增強，專利保護意識提高，企業(yè)正在加強研發(fā)經(jīng)費的投入強度，逐步成為專利技術(shù)創(chuàng)新的主體。排名第一的比亞迪股份有限公司專利申請量為36件，所占的比例為4.5%，排名第十的山東海霸通訊設(shè)備有限公司專利申請量僅為9件，占總數(shù)的比例為1.1%。這表明目前磷酸鐵鋰技術(shù)的專利申請離散度較大，尚未形成技術(shù)壟斷。排名前十名的申請人全部是國內(nèi)申請人，可見，近年來國內(nèi)對磷酸鐵鋰技術(shù)研發(fā)投入加大，取得了很多的研究成果。在此基礎(chǔ)上，高校應(yīng)當(dāng)更加注重基礎(chǔ)研究，為企業(yè)提供知識人才，加大知識產(chǎn)權(quán)保護力度，提高專利質(zhì)量，加強專利成果的產(chǎn)業(yè)化；企業(yè)應(yīng)當(dāng)注重專利人才和專利技術(shù)的引進、消化、吸收，努力提高自身的專利技術(shù)創(chuàng)新水平和專利技術(shù)國際競爭力。 

圖5表示了申請人歷年申請量的變化趨勢。由圖5可以看出，對于集中申請期而言，比亞迪股份有限公司是2006-2008年，深圳市比克電池有限公司是2007年，而彩虹集團公司是2010年，這與各企業(yè)研發(fā)方向的調(diào)整有關(guān)；而對于高校而言，歷年的申請量基本保持穩(wěn)定，不存在集中申請期，高校是以研究為主，不以盈利為主要目的，因此能夠?qū)δ骋谎芯糠较蜻M行持續(xù)穩(wěn)定的研究。清華大學(xué)在2003年即申請了專利，比企業(yè)早2年，這與該校一貫的技術(shù)前瞻性密不可分；由圖5的數(shù)據(jù)上看，作為國內(nèi)知名電池企業(yè)的比亞迪股份有限公司和深圳市比克電池有限公司已不再進行磷酸鐵鋰電池技術(shù)的進一步開發(fā)，而此前一直沒有相關(guān)專利申請的彩虹集團公司卻厚積薄發(fā)，僅2010年即提出了15項專利申請。 

由表1可以看出，無論是公司還是企業(yè)，主要的技術(shù)重點都在于磷酸鐵鋰制備方法的改進，對于高校而言，更偏重于制備方法的改進，而對于企業(yè)而言，也比較關(guān)注磷酸鐵鋰電池整體制造的研究。上述差別的主要原因在于：(1)高校偏重于基礎(chǔ)研究；(2)在高校中，主要是采用小型的實驗電池進行材料的性能研究，而研究電池的整體構(gòu)造，需要進一步的放大實驗，而高校往往不具備制造大容量電池的條件，因此，對電池的整體構(gòu)造研究較少；(3)企業(yè)主要更注重應(yīng)用研究，因此更注重磷酸鐵鋰材料在電池中的應(yīng)用情況，以得到性能更佳的電池產(chǎn)品。 

2.4 地域分析 

圖6是各省市專利申請量分析?？梢?，廣東的申請量最多，占24.84%，其次是北京和浙江，三者之和幾乎占總量的50%。廣東和浙江的申請量高，主要原因是上述地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達，創(chuàng)業(yè)投資環(huán)境好，擁有很多能源企業(yè)，而且上述區(qū)域的政府對專利技術(shù)成果較為重視，鼓勵自主創(chuàng)新；而北京作為中國科技文化的中心，擁有數(shù)量眾多的高等院校和研究機構(gòu)，國家一直對這些院校和機構(gòu)的基礎(chǔ)研究給予很大的重視，因此在區(qū)域創(chuàng)新上表現(xiàn)出很強的優(yōu)勢?？梢?，政府對于其所在區(qū)域的專利發(fā)展起重要作用。要提高區(qū)域創(chuàng)新能力，需要政府采取有效措施，加大基礎(chǔ)研究的投入，關(guān)注企業(yè)專利技術(shù)的創(chuàng)新和生存發(fā)展，促進企業(yè)實施專利技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略。由圖6也可以看出，外國在中國的專利申請僅6.82%，這表明國外的企業(yè)或研究機構(gòu)對磷酸鐵鋰電池技術(shù)在中國的保護重視程度不高。 

3 對我國磷酸鐵鋰電池專利技術(shù)發(fā)展的建議 

目前，法國國家科學(xué)技術(shù)研究中心掌握著磷酸鐵鋰的原始專利核心技術(shù)，在世界范圍內(nèi)，在磷酸鐵鋰電池領(lǐng)域，日本企業(yè)的申請量最高，在我國國內(nèi)雖然也具有一定規(guī)模的專利申請量，但如何面對國外公司的專利壁壘，國內(nèi)企業(yè)如何突出重圍，在競爭激烈的市場中擁有一席之地，制定合理的研發(fā)和專利策略是至關(guān)重要的。通過對磷酸鐵鋰電池技術(shù)的中國專利申請的統(tǒng)計分析，筆者認(rèn)為高校、企業(yè)、政府三者互動，協(xié)同發(fā)展，才是最有效的專利戰(zhàn)略，為此，筆者給出如下幾個方面的建議：(1)高校應(yīng)當(dāng)加強實驗室建設(shè)，為發(fā)明創(chuàng)造提供重要基地；積極建立大學(xué)-企業(yè)專利技術(shù)研發(fā)中心，以此為企業(yè)營造專利技術(shù)研發(fā)平臺，為大學(xué)師生理論與實踐的緊密結(jié)合提供常設(shè)平臺，加快大學(xué)的專利成果轉(zhuǎn)化；高校具有科技和人才雙重優(yōu)勢，應(yīng)當(dāng)注重培養(yǎng)高層次的復(fù)合型人才，用于知識產(chǎn)權(quán)服務(wù)和管理工作，加強知識產(chǎn)權(quán)保護工作；(2)中國企業(yè)需要大力發(fā)展研發(fā)機構(gòu)，提高企業(yè)的研發(fā)能力；加強研發(fā)經(jīng)費的投入強度，提高研發(fā)效率；加強專利外部合作，加強專利的國外和國際保護；(3)國家和政府應(yīng)加大對技術(shù)研發(fā)的扶持力度，既要加大對研發(fā)的投入，也要加大對專利申請的扶持和資助；提高國民的專利意識；積極實施中小企業(yè)的專利促進戰(zhàn)略，關(guān)注中小企業(yè)的專利技術(shù)的創(chuàng)新和生存發(fā)展；引進國外發(fā)達國家的先進專利技術(shù)，積極進行消化吸收，并在此基礎(chǔ)上最終實現(xiàn)提高自主創(chuàng)新能力的目標(biāo)。 

總之，在世界范圍內(nèi)，我國企業(yè)在磷酸鐵鋰電池領(lǐng)域的專利保護與國外企業(yè)相比還比較薄弱，但是對于中國專利申請而言，國外企業(yè)進入中國的該領(lǐng)域的專利申請數(shù)量較少，我國企業(yè)應(yīng)當(dāng)抓住機遇，積極穩(wěn)妥地開展該領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)的保護，進一步提高專利申請的數(shù)量和質(zhì)量，通過技術(shù)創(chuàng)新提升企業(yè)的核心競爭力，從而在市場競爭中立于不敗之地。