【石墨烯动力电池专利情报分析报告】—国内篇
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石墨烯简介
石墨烯是一种由碳原子紧密堆积构成的二维晶体，是包括富勒烯、碳纳米管、石墨在内的碳的同素异形体的基本组成单元，即石墨的单层薄片。石墨烯中碳原子通过sp2杂化成键，与周围其他三个碳原子以C-C单键相连，同时每个碳原子剩有一个垂直于石墨烯平面的p电子，未成对P电子在与平面垂直的方向形成π轨道，可以在石墨烯晶体结构中自由移动，从而使得石墨烯具有良好的导电性能。同时，石墨烯几乎集合了世界上众多材料的最优质品质：超薄超轻、超高强度、超强导电性、优异的室温导热和透光性等。基于以上特性，使石墨烯在新能源电池领域具有广泛应用，可作为电极材料助剂，解决传统铅酸电池大电流充放电、寿命短等问题，将电池使用周期拉长近一半，同时能解决传统锂电池充电速度慢、超级电容器蓄电能力差的问题。
石墨烯动力电池原理
石墨烯动力电池是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭的特性开发出的一种新能源电池。其关键是阴极和阳极有非常大的石墨烯表面。将锂金属置于阳极，首次放电时，锂金属发生离子化，通过电解液向阴极迁移，离子通过石墨烯表面的小孔到达阴极。在两个电极，与液体电解质直接接触的巨大石墨表面，通过表面吸附和/或表面氧化还原反应，能够迅速并可逆地捕获锂离子。
石墨烯动力电池研究方向
石墨烯是原子层级厚度的，不能储锂，故不能做成活性物质去用，只能做成导电添加剂，用于活性炭材料中，提高它的导电性能。多层石墨烯具有一定的储锂空间，同时锂离子的扩散路径比较短，但首次充放电效率低，循环性能差，容量衰减严重，而且充放电曲线滞后严重，很难作为负极材料单独使用。因此石墨烯材料通常作为基础材料添加到现有的各类锂离子电池材料中，对各类锂离子电池的性能进行改进和提升，应用于锂离子电池领域主要集中于两个方面：一个是正负极复合材料，另一个是导电添加剂。
目前石墨烯主要作为导电添加剂应用于锂离子动力电池及超级电容器，为锂离子电池性能的大幅度提升提供了可能。开发高容量比、高功率比和长循环寿命的石墨烯复合材料应用于锂离子电池及超级电容器等领域，是今后研究的重点和努力的方向。
石墨烯动力电池的应用
石墨烯动力电池作为新能源电池，解决了新能源汽车电池的容量不足以及充电时间长的问题，极大加速了新能源电池产业的发展。同时目前已成功研制出表面附有石墨烯纳米涂层的柔性光伏电池板，极大降低制作透明可变性太阳能电池的成本，这种电池有可能在夜视镜、相机等小型数码设备中应用。
国内专利客观分析
年度申请量分析
专利的申请量分析主要研究的是一个研发趋势分析，2018年的申请量数据不完整，主要以2017年及以前的申请量作为分析数据。
从申请量角度看，在2009年以前，石墨烯行业在我国刚刚起步，尚处于实验室阶段，而在石墨烯动力电池方面的研究几乎为零，从2009年逐渐有相关专利申请。2010年，英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫因“突破性地”采用撕裂的方法得到只有一个碳原子厚度的超薄材料石墨烯而获得了当年的诺贝尔物理学奖，我国的石墨烯发展也是从此开始进入一个研究热潮，石墨烯动力电池这一领域也备受关注。同时随着石墨烯研究的深入、政府对石墨烯应用在资金和政策上的支持，以及人们对清洁能源的需求和重视程度的提高，为石墨烯动力电池的发展提供了良好的生长环境。从数据中就可以看出2009年之后专利的申请量基本呈现逐年上升趋势。2013年专利申请量有一下滑趋势，这与国家石墨烯研究现状大环境相吻合，但随后我国相关科研人员又投入了相关力度进行深入挖掘，从2014年之后的申请量上看，也获得了一定的技术突破，申请量有显著提高且仍处于不断发展阶段。
年度公开量分析
发明专利申请后经18个月自动公开，在此期间申请人也可申请提前公开；实用新型和外观设计专利授权之后公开。与年度申请量相比，在时间角度，年度公开量相对有一定的滞后性，主要是由于申请之后的公开有一定的时间差。从公开量变化趋势上看，基本呈现逐年增加的态势，与年度申请量显示一致，说明在石墨烯动力电池领域有越来越多的专利申请存在。
专利类型分析
在已公开的专利中，发明专利有2908件，占比94.85%，实用新型专利有157件，占比5.1%，外观设计专利有1件，占比0.05%。由于石墨烯动力电池是一个较新的技术领域，研发人员都是通过自主研发来进行深入，同时目前也正处于基础研发阶段，工业化应用程度较低，所以发明专利占的比重很大。
申请人分析
申请人排行分析
通过申请人排行榜分析，可以明确哪些企业或科研院所或个人在该方向的研究更为深入。
可以看出，在申请人排行榜前10位中，科研院所申请人较多。石墨烯动力电池作为现今较为火热的研究方向之一，有很多科研院所及大专院校等的科研团队投入了研发力量，如浙江大学、中南大学等。同时，可以看出，申请人申请量排名前两位的是企业申请人，其中排名第二的深圳市海洋王照明技术有限公司的所有专利申请均是作为第二申请人，其第一申请人即为申请量排名第一的海洋王照明科技股份有限公司，且其为海洋王照明科技股份有限公司的子公司，因此我们可主要关注海洋王照明科技股份有限公司即可。可以看出，该企业在石墨烯动力电池领域申请了较多数量的专利，说明该企业在石墨烯动力电池相关方面掌握了一定的科研技术且具备较高的成熟度。企业应重点研究竞争对手企业掌握的主要技术方向，发掘技术空白点，也可以与其建立合作伙伴关系，同时对于科研院所和个人，可以对其进行技术引进及人员聘请以加大自身的科研力度。
申请人研发力分析
H01M：H部-电学；用于直接转变化学能为电能的方法或装置
B82Y：纳米结构的特定用途或应用；纳米结构的测量或分析；纳米结构的制造或处理
C01B：C部-化学、冶金；非金属元素，其化合物
H01G：电容器，电解型的电容器、整流器、检波器、开关器件、光敏器件或热敏器件
H01L：H部-电学；半导体器件
由图可知，申请量靠前的几位申请人的主要技术领域均集中在H部电学，间或涉及一些B部作业运输和C部化学冶金等。其中，H部进一步主要集中在H01M小类。
申请人年度申请量分析
由申请人年度申请量分析中我们可以看出专利申请人的专利申请趋势，进而分析其研发趋势，其中申请量最多的海洋王照明科技股份有限公司在2012年有一较大突破，申请量达到50件，而随后几年则逐渐减少，2014年之后申请量为零，可能是在深入研究时遇到了技术瓶颈或者是该企业转换了研究方向，减少了在石墨烯动力电池领域的投入力度。另外，科研院所中申请量排名较靠前的浙江大学，从2009年初步出现石墨烯动力电池领域的专利申请，接着在2011年之后每年均会有一定数量的申请存在，说明有相应的科研团队在该领域进行持续的深入研究并取得阶段性胜利。
专利寿命分析
法律状态分析
专利法律状态可以大致分为三种：（1）不稳定状态，如 “公开”、“实审”，即处于等待审查或审查正在进行之中的情况；（2）相对稳定状态，即审查之后的“授权”状态，有些专利可能因未能按时缴纳年费而“终止”；（3）稳定状态，如公开后的“撤回”、审查过程中的“驳回”等；到此结案，不会再有变化。
这一领域的专利法律状态大多数处于不稳定状态，其中实审状态专利量达1394件，占比45.47%，主要是因为该领域较新、近两年专利申请量有明显增加且多为发明专利，时间跨度较大，审查难度较高；有权的专利案件达928件，占比30.27%，也占较大比重，总的来说该领域的研究质量较高。
IPC分析
IPC技术构成分析
分析专利技术分布情况，可辅助企业掌握该技术的主要研发方向或者选择技术空白、薄弱的点进行技术攻关。由技术构成可以看出，石墨烯动力电池的主要研究方向集中在H01M小类，具体的涉及电极和二次电池及制造方向，将石墨烯材料作为基础材料与其他材料复合作为电池的正负极使用、电池正负极石墨烯复合材料制备方法以及石墨烯作锂离子电池的导电添加剂等，这是该领域的研究重点和研究热点，也是石墨烯动力电池的发展方向。
IPC技术申报趋势分析
从图中可以看出，近几年的技术研发主要集中在H01M这小类上，且随着技术的不断深入，在这小类上的研发有一定突破，从2013年至2017年专利申请量有很大幅度的提升；其他小类的研究力度基本持平，每年相应的申请量也趋于相同。
IPC技术申请人分析
专利申请量靠前的几家企业和科研院所的研究方向大多集中在H01M这一小类上，其中海洋王照明科技股份有限公司在C01B和H01G上也有所突破。
国省代码分析
各省市专利申请量比例分析
广东、江苏、上海、浙江等省市为该方向的研究大省，且总体来看，对石墨烯动力电池的研究主要集中在沿海省市。
附件：国内石墨烯专利
深圳国海智峰知识产权代理事务所（普通合伙）