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(jī)構(gòu)進(jìn)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(qiáng)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(jìn)，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(hù)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(jìn)，如加熱、球磨、干燥設(shè)備的改進(jìn)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(jìn)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(jìn)，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(xì)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(xì)、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(qiáng)烈的還原氣氛，可以用三價鐵的化合物作為鐵源，進(jìn)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(jī)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(jìn)氣壓力、進(jìn)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(jìn)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(tuán)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(qiáng)，專利保護(hù)意識提高，企業(yè)正在加強(qiáng)研發(fā)經(jīng)費(fèi)的投入強(qiáng)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(hù)力度，提高專利質(zhì)量，加強(qiáng)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(jìn)、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(tuán)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(jìn)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(jìn)行磷酸鐵鋰電池技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)，而此前一直沒有相關(guān)專利申請的彩虹集團(tuán)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(jìn)，對于高校而言，更偏重于制備方法的改進(jìn)，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(jìn)行材料的性能研究，而研究電池的整體構(gòu)造，需要進(jìn)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?？梢姡瑥V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(jì)發(fā)達(dá)，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(jī)構(gòu)，國家一直對這些院校和機(jī)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(qiáng)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(jìn)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(jī)構(gòu)對磷酸鐵鋰電池技術(shù)在中國的保護(hù)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(qiáng)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(qiáng)知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)工作；(2)中國企業(yè)需要大力發(fā)展研發(fā)機(jī)構(gòu)，提高企業(yè)的研發(fā)能力；加強(qiáng)研發(fā)經(jīng)費(fèi)的投入強(qiáng)度，提高研發(fā)效率；加強(qiáng)專利外部合作，加強(qiáng)專利的國外和國際保護(hù)；(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(jìn)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(jìn)國外發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)專利技術(shù)，積極進(jìn)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(hù)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(jìn)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(jī)遇，積極穩(wěn)妥地開展該領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)的保護(hù)，進(jìn)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。