陳錦攀，趙 鴻，鐘國彬，胡巧明，鄧 雯，徐立新，賴俊科，李超凡，陳曉川

（1廣東電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院，廣東 廣州 510080；2北京超凡知識產(chǎn)權管理咨詢有限公司，北京 100080）

鋰離子電池（LiB）具有比能量高、低自放電、循環(huán)性能好、無記憶效應和綠色環(huán)保等性能優(yōu)勢，是目前最具發(fā)展前景的高效二次電池和發(fā)展最快的化學儲能電源[1]，被廣泛應用于電力輸配、可再生能源并網(wǎng)、輔助服務、分布式微網(wǎng)以及電動汽車充換電等儲能領域的各個方面。隨著儲能產(chǎn)業(yè)的提速發(fā)展，鋰離子電池儲能技術的市場需求保持高速增長態(tài)勢，鋰離子電池儲能技術已成為占據(jù)儲能行業(yè)市場的競爭核心，而研究新型鋰離子電池也成為各國競相競爭的技術熱點。

專利信息是自主創(chuàng)新成果的重要載體，它能夠反映某一技術領域創(chuàng)新發(fā)展的現(xiàn)狀和歷程，已成為開展競爭情報的重要信息源。通過專利分析可以預測技術發(fā)展趨勢、分析研究潛在市場，可為區(qū)域、企業(yè)制定技術戰(zhàn)略布局提供重要參考依據(jù)，為科研立項、課題選擇、產(chǎn)品攻關以及建立知識產(chǎn)權預警制度提供重要參考[2-3]。本研究旨在通過對鋰離子電池儲能系統(tǒng)領域?qū)＠墨I進行分析，發(fā)現(xiàn)鋰離子儲能技術的發(fā)展態(tài)勢，以期為我國政府與企業(yè)的戰(zhàn)略決策提供參考與借鑒。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

本研究的專利檢索系統(tǒng)采用incoPat 科技創(chuàng)新情報平臺，其收納了世界117 個國家、地區(qū)和國際知識產(chǎn)權組織公開的的超過1 億份專利文獻，對38 個主要國家的專利數(shù)據(jù)進行特殊收錄和加工處理，提供這些專利的中英文翻譯信息、實時更新的權利歸屬信息等超過200 種的各類信息，并同時支持多維度的搜索和分析功能[4]。

檢索方式以關鍵詞結合國際專利分類號（IPC分類號）進行檢索。檢索式包括三個部分，如表1所示。

檢索時間為2018年12月，經(jīng)人工閱讀去噪后，最終獲得與鋰離子電池儲能系統(tǒng)相關的專利數(shù)量為3976 項專利族。因為專利申請到專利公開有18 個月的滯后期，使得大量專利還處于未公開狀態(tài)，所以2017—2018年的數(shù)據(jù)僅作對比參考。

2 結果分析

2.1 發(fā)展態(tài)勢分析

分析鋰離子儲能系統(tǒng)技術發(fā)展的歷程可以看出，其最早始于20 世紀70年代末，至今已有三十多年的發(fā)展，縱觀這三十年的專利申請情況，鋰離子儲能系統(tǒng)技術的發(fā)展可以分為三個階段：① 1978—1991年：鋰離子儲能系統(tǒng)領域最早是由Power Conversion, Inc.于1978年針對用于檢測鋰電池放電水平的電路設計申請了專利保護。涉及鋰離子電池儲能系統(tǒng)的專利申請在1978—1991年間，申請量較少且逐年增長極度緩慢，始終徘徊于低量（個位數(shù)）級狀態(tài)。此外，這14年間，16 件專利申請皆是由16 位不同的申請人提出的。由上述可知，鋰離子電池儲能系統(tǒng)的技術在此期間還處于初期萌發(fā)階段。② 1992—2009年：索尼公司1991年實現(xiàn)了鋰離子電池的商業(yè)化[5]，同時，隨著鋰離子電池技術研究的回暖（1981年bell 實驗室提出用石墨做負極以解決鋰二次電池的安全問題[6]），關于鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術的研究也開始得到科研人員的重視。在這十八年間，針對鋰離子電池儲能系統(tǒng)的專利申請量由1992年的首次破十到2005年的首次破百再到2009年的133 件，年增長量雖環(huán)比浮動較大，但整體仍表現(xiàn)為波動上行。該現(xiàn)象表明，在此期間，鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術尤其是可付諸實踐應用的關鍵技術取得較大進展，應用場景逐漸明朗化。③ 2010年至今：隨著21 世紀芬蘭、日本等國針對風力發(fā)電功率的平滑化問題的深入研究[7]以及我國2008年制定的《可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》，鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術成為了新一代蓄電池的發(fā)展趨勢[8]，儲能裝機規(guī)模有明顯的增長[9-10]。在此階段，針對鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術的專利布局開始出現(xiàn)爆發(fā)式增長，2010年的環(huán)比增勢高達100.75%。此后兩年（2011—2012年），年申請量增勢放緩，并于2012年，達到歷史新高（430 件），后續(xù)則一直維持在四百件上下的年申請量。

表1 鋰離子電池儲能系統(tǒng)檢索表達式Table 1 Lithium-ion battery energy storage system search expressions

圖1 鋰離子電池儲能系統(tǒng)專利發(fā)展態(tài)勢分析Fig.1 Lithium-ion battery energy storage system patent development trend analysis

2.2 申請人類型分析

如上文所述，鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術的發(fā)展與全球各國國情密切相關，下文我們將通過對專利申請人的國別情況進行統(tǒng)計分析（單件專利多個共同申請人重復統(tǒng)計），并結合圖2 所示的申請趨勢，對國內(nèi)國外的鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術的發(fā)展進行比對分析。

圖2 鋰離子電池儲能系統(tǒng)專利申請人類型分析Fig.2 Lithium-ion battery energy storage system patent applicant type analysis

首批（1978—1991年）對鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術產(chǎn)生興趣的，大部分是美國申請人（占比高達37%），其次是日本申請人（占比19%），然后還有一些德國申請人以及來自以色列、丹麥、加拿大、奧地利的申請人。

④查詢銷售記錄。如果能詢問到設備的銷售處和購買的大致時間，通過銷售商可以查到銷售記錄，進而查到設備型號。

在鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術開始逐步發(fā)展期間，有來自多達32 個國家或地區(qū)的申請人就該類技術進行了專利布局（1146 件專利申請）。這1146 件相關技術專利申請中，有254 件是來自中國（包括中國大陸地區(qū)、中國臺灣地區(qū)和中國香港地區(qū)）的申請人遞交的專利申請（21.6%）。這其中有322 件是來自日本的申請人遞交的，有258 件是來自美國的申請人。橫向比對來看，在1992—2009年期間，國內(nèi)有一大批科研骨干和實力企業(yè)就鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術進行了研究開發(fā)，中國的鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術實力在國際舞臺上逐步具有分量。同時，在此期間，日本申請人的技術創(chuàng)新度或?qū)＠季忠庾R開始超越了美國申請人。

伴隨著全球?qū)π履茉撮_發(fā)的重視，以及鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術的應用逐步明朗化，有多達40個國家或地區(qū)都開始大力發(fā)展該類技術（至今為止共計3976 件專利申請）。這3976 件專利申請中，有超過一半（57%）的專利申請是來自中國的申請人（2112 件），剩余的專利申請中，有495 件專利申請是日本申請人，487 件專利申請是美國申請人以及173 件專利申請是德國申請人。同樣橫向比對來看，這幾年間，中國在鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術方面的實力或者布局意識已經(jīng)遠遠反超美國及日本等國。

總體來說，從數(shù)量上來看，現(xiàn)有涉及鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術的專利申請中，有52%是國內(nèi)申請人的專利布局，有48%是國外科研機構或企業(yè)遞交的專利申請。從發(fā)展趨勢來看，鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術最初是國外（主要是美國和日本）最先興起的，并在技術發(fā)展的初期階段一直是行業(yè)技術的領導者，中國的相關技術的發(fā)展起步較晚（首次申請于1997年），但后續(xù)爆發(fā)式集中加強了相關科研以及專利布局（2012 至今），現(xiàn)階段中國已經(jīng)反超了美國和日本成為該類技術發(fā)展的主力軍。

2.3 申請人排名分析

隨著鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術的應用明朗化，該類技術受到了各國學者和企業(yè)的關注，基于上一節(jié)對各國家/地區(qū)申請人情況的分析，下文我們將針對排名靠前的申請人進行具體分析。

如圖3所示為全球涉及鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術專利申請人排名情況。占據(jù)榜首的是國內(nèi)某電網(wǎng)公司甲（以下簡稱電網(wǎng)甲），其針對鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術進行了128 件專利布局；其后，博世（德國）針對該類技術進行了57 件專利布局；接著，日立和索尼兩家日本公司分別在該技術領域進行了43 和41 件專利布局。除這四位申請人以外，其余的十五位申請人之間申請量差距微小，排名競爭激烈，基本都處在二十件量級上下。此外，這十五位申請人中，有6 位是日本的企業(yè)（電裝、豐田、松下、三星、日本電氣、三菱），有5 位則是來自中國的企業(yè)（聯(lián)想、天津力神、德賽電池、國內(nèi)某電網(wǎng)公司乙（以下簡稱電網(wǎng)乙）和高校（清華大學），以及3 位來自美國的企業(yè)（通用電氣、特斯拉、A123 系統(tǒng)）和1 位來自德國的企業(yè)。

圖3 鋰離子電池儲能系統(tǒng)專利申請人排名分析Fig.3 Lithium-ion battery energy storage system patent applicant ranking analysis

基于上述分析可知，鋰離子電池儲能系統(tǒng)的相關專利布局主要來自電力行業(yè)、電池行業(yè)、汽車企業(yè)、高校及科研機構。相比于高?；蚩蒲袡C構，企業(yè)的專利布局分析不能僅依從數(shù)量上所體現(xiàn)的深度，還要結合其從重點細分技術上的廣度進行橫向?qū)Ρ取?/p>

如表2所述的鋰離子電池儲能系統(tǒng)專利重點申請人技術分布情況，在基礎技術方面，如用于電池組的充電或去極化或用于由電池組向負載供電的裝置（H02J7/00）技術和用于測試蓄電池或電池的電氣狀況的儀器（G01R31/36）技術，絕大部分重點申請人都有一定深度的專利布局。

申請量第一的電網(wǎng)甲，在基礎技術以外，還針對應用有變換裝置的電池組在網(wǎng)絡中平衡負載的裝置（H02J3/32）技術和由兩個或兩個以上發(fā)電機、變換器或變壓器對1 個網(wǎng)絡并聯(lián)饋電的裝置（H02J3/38）技術進行了重點布局，同時其還針對涉及應用有變換裝置的電池組在網(wǎng)絡中平衡負載的裝置（H02J3/32）技術、涉及由兩個或兩個以上發(fā)電機、變換器或變壓器對1 個網(wǎng)絡并聯(lián)饋電的裝置（H02J3/38）技術和涉及兼用有光敏電池的蓄電池和其他直流電源的網(wǎng)絡中的并聯(lián)運行（H02J7/35）技術進行了一定的專利布局。

排名第二的博世，同樣除針對基礎技術外，還有針對其他技術，如與測量、試驗或指示情況的裝置相組合的蓄電池（H01M10/48）技術等，進行了專利布局。橫向比對而言，索尼公司除在基礎技術以外，則較集中的著力于針對用變換器從交流干線為電池組充電的（H02J7/02）技術和涉及用變換器從交流干線為電池組充電的充電電流或電壓的調(diào)節(jié)（H02J7/04）技術進行專利布局。同樣是來自日本的電力行業(yè)，日立公司在鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術領域的專利布局策略則表現(xiàn)為深度不足，但范圍較廣。

表2 鋰離子電池儲能系統(tǒng)專利重點申請人技術分布情況表Table 2 Lithium-ion battery energy storage system patents focus on the applicant technology distribution table

2.4 地域分布分析

圖4 鋰離子電池儲能系統(tǒng)專利申請人國別排名分析Fig.4 Lithium-ion battery energy storage system patent applicant country ranking analysis

圖5 鋰離子電池儲能系統(tǒng)專利來源國、目標國分析Fig.5 Lithium ion battery energy storage system patent country of origin, target country analysis

圖6 鋰離子電池儲能系統(tǒng)國內(nèi)專利申請人省市地域分布Fig.6 Lithium-ion battery energy storage system of domestic patent applicants provinces and cities in the geographical distribution

由于通過專利對技術實現(xiàn)的保護存在明顯的地域性，通過對鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術的地域性專利布局情況進行分析，可以側面反映出該技術的目標市場方向，結合申請人所屬國別，又可以側面得知該技術的市場化程度。本小節(jié)將針對申請人所屬國別，并結合相關專利地域分布情況，對鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術進行深度分析。

首先，如圖4 所示，現(xiàn)有的3976 件相關專利是由多達40 個國家/地區(qū)的申請人遞交的，其中，有2283 件專利的申請人是來自中國，其中包括160件專利申請人來自中國臺灣地區(qū)，1 件專利申請人來自中國香港地區(qū)，而其余的1752 件專利，有50%的專利申請人是來自日本（508 件）和美國（499件），以及少部分德國（194 件）、韓國（171 件）。

基于上述分析可知，中國、日本和美國是鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術的科研與創(chuàng)新集中地區(qū)，中國、日本和美國的企業(yè)或科研機構也都是該類技術的領先者。那么結合這些實力國家的企業(yè)或科研機構的專利布局目標來看，在技術強國中，中國籍申請人布局目標主要針對的是本國區(qū)域內(nèi)，針對海外國家/地區(qū)的專利布局占其整體比例較低（美國專利商標局占4%，日本特許廳占2%）；相對而言，日本籍和美國籍申請人針對海外國家/地區(qū)的專利布局意識則較高，其中，日本籍的重點集中在美國地區(qū)（美國專利商標局占24%），美國籍的重點則分散在中國和日本地區(qū)（中國國家知識產(chǎn)權局占17%，日本特許廳占11%）。

其余，如德國籍、韓國籍、法國籍申請人的海外專利布局策略則為首要針對美國地區(qū)，其次針對中國地區(qū)。

此外，巴哈馬籍申請人的海外專利布局則集中在日本特許廳（日本特許廳占82%）。

由此可見，中國地區(qū)、美國地區(qū)和日本地區(qū)是鋰離子電池儲能技術的未來市場，現(xiàn)階段日本籍和美國籍申請人的技術海外市場布局意識較高。此外，對于企業(yè)來說，海外布局的觸發(fā)點往往是產(chǎn)品/技術的出口，故推測日本籍和美國籍申請人布局的相關技術市場化程度略高。

中國作為全球最大的鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術專利產(chǎn)出國，其專利技術的研究與創(chuàng)新人才的具體分布情況如圖6 所示。專利產(chǎn)出量最高的是廣東?。?13 件），這413 件專利共涉及196 位申請人，其次是北京市（253 件），共涉及148 位申請人，然后是江蘇?。?53 件），共涉及118 位申請人。三個省市的總專利量占中國相關專利的近一半（45%），由此可見該類技術的相關研究與創(chuàng)新主要集中在經(jīng)濟發(fā)展較快的地區(qū)，同時涉及該類技術的企業(yè)或科研機構集中度也相當高。

2.5 技術構成分析

圖7 鋰離子電池儲能系統(tǒng)專利技術構成分析Fig.7 Lithium-ion battery energy storage system patented technology component analysis

圖8 鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術發(fā)展趨勢Fig.8 Lithium-ion battery energy storage system technology trends

如圖7所述的鋰離子電池儲能系統(tǒng)專利技術構成情況，在核心技術方面，如用于電池組的充電或去極化或用于由電池組向負載供電的裝置（H02J7/00）技術（1578 件）和用于測試蓄電池或電池的電氣狀況的儀器（G01R31/36）技術（308件）,專利布局的密度較大，申請人之間的競爭較激烈。相比較而言，一些基礎技術，如二次半電池充電或放電方法及裝置（H01M10/44）技術（159件）和用變換器從交流干線為電池組充電的充電電流或電壓的調(diào)節(jié)（H02J7/04）技術（110 件），專利布局密度較低，推測為鋰離子電池儲能系統(tǒng)的技術發(fā)展速度較快、更新迭代較頻繁導致。然而，隨著基礎技術和核心技術的專利布局競爭加劇，圍繞基礎技術和核心技術的測試與維護技術，如用變換器從交流干線為電池組充電的（H02J7/02）技術（159件），與測量、試驗或指示情況的裝置相組合的蓄電池（H01M10/48）技術（84 件）和使用或維護二次電池或二次半電池的方法及裝置（H01M10/42）技術（143 件），開始逐步受到了申請人的關注，推測該類技術為本領域熱門技術。此外，結合申請人排名分析有三種技術，應用有變換裝置的電池組在網(wǎng)絡中平衡負載的裝置（H02J3/32）技術（85件）、由兩個或兩個以上發(fā)電機、變換器或變壓器對1 個網(wǎng)絡并聯(lián)饋電的裝置（H02J3/38）技術（100件）和兼用有光敏電池的蓄電池和其他直流電源的網(wǎng)絡中的并聯(lián)運行（H02J7/35）技術（91 件），受到了電網(wǎng)甲的高度重視，推測將來可能為新一代熱門技術。

其余排名較靠前的細分技術專利布局情況為：有78 件專利是關于兼用蓄電池和其他直流電源的網(wǎng)絡中的并聯(lián)運行（H02J7/34）技術；有73 件專利是關于用于電池組的，用于蓄電池的（H02H7/18）技術；有68 件專利是關于存儲電能的系統(tǒng)（H02J15/00）技術；有49 件專利是關于結構上與充電設備相聯(lián)接的蓄電池（H01M10/46）技術；有48 件專利是關于只用半導體器件實現(xiàn)用變換器從交流干線為電池組充電的電流或電壓的調(diào)節(jié)（H02J7/10）技術；有43 件專利是關于用儲能方法在網(wǎng)絡中平衡負載的裝置（H02J3/28）技術；有40 件專利是關于安裝架、懸掛裝置、減震器、搬運或輸送裝置、保持裝置（H01M2/10）技術；有39 件專利是關于帶有自動轉(zhuǎn)換的從正常電源斷開并連到備用電源的配電系統(tǒng)（H02J9/06）技術；有32 件專利是關于交流干線或交流配電網(wǎng)絡的電路裝置（H02J3/00）技術；有24 件專利是關于用于緊急或備用電源的回路裝置，例如用于緊急照明（H02J9/00）技術。

如圖8鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術發(fā)展趨勢所示，核心技術用于電池組的充電或去極化或用于由電池組向負載供電的裝置（H02J7/00）技術和用于測試蓄電池或電池的電氣狀況的儀器（G01R31/36）技術，及基礎技術用變換器從交流干線為電池組充電的充電電流或電壓的調(diào)節(jié)（H02J7/04）技術都起步較早，在1990年及以前就開始發(fā)展。而基礎技術二次半電池充電或放電方法及裝置（H01M10/44）技術的發(fā)展雖遲了一步，但在1991—2010年間發(fā)展較迅速，2011年后則小幅度回落，此外與該基礎技術發(fā)展趨勢相同的還有熱門技術用變換器從交流干線為電池組充電的（H02J7/02）技術。與此同時，與測量、試驗或指示情況的裝置相組合的蓄電池（H01M10/48）技術和使用或維護二次電池或二次半電池的方法及裝置（H01M10/42）技術作為另外兩個熱門技術方向，初期發(fā)展緩慢，后續(xù)發(fā)展迅猛，且后者環(huán)比增加率較可觀。其余的三個新興技術：應用有變換裝置的電池組在網(wǎng)絡中平衡負載的裝置（H02J3/32）技術、由兩個或兩個以上發(fā)電機、變換器或變壓器對1 個網(wǎng)絡并聯(lián)饋電的裝置（H02J3/38）技術和兼用有光敏電池的蓄電池和其他直流電源的網(wǎng)絡中的并聯(lián)運行（H02J7/35）技術，其發(fā)展主要集中在2011年以后。

3 結 論

專利信息對于預測一項技術的發(fā)展趨勢、分析研究潛在市場具有一定的價值，但僅通過專利信息并不能準確判斷研發(fā)機構的技術領先性，這是專利情報研究的局限所在。本研究基于專利分析的角度，對鋰離子電池儲能技術的發(fā)展態(tài)勢進行了分析研究，得出如下結論供相關領域研究者、決策者及企業(yè)參考。

2010年至今，全球?qū)︿囯x子儲能系統(tǒng)技術提高重視，年專利申請量呈爆發(fā)式增長，67%的專利來自國內(nèi)申請人，中國起步較晚，但現(xiàn)階段已經(jīng)反超了美國和日本成為該類技術發(fā)展的主力軍。尤其是電動汽車的出現(xiàn)，將驅(qū)動鋰電成本快速下降，從長遠期看，鋰離子電池的上升空間極大，市場份額也將爆發(fā)式增長。但一方面應關注國內(nèi)外相關企業(yè)的專利布局情況，提前做好侵權風險的規(guī)避及應對，另外，應汲取其技術思路，輔助自身技術研發(fā)，并做好成果保護。

該領域重點申請人都針對基礎技術，如用于電池組的充電或去極化或用于由電池組向負載供電的裝置（H02J7/00）技術和用于測試蓄電池或電池的電氣狀況的儀器（G01R31/36）技術，進行了重點專利布局?？梢?，電池組和供配電裝置系統(tǒng)一直是該技術研發(fā)領域的熱點。

隨著基礎技術和核心技術的專利布局競爭加劇，圍繞基礎技術和核心技術的測試與維護技術，如用變換器從交流干線為電池組充電的（H02J7/02）技術，與測量、試驗或指示情況的裝置相組合的蓄電池（H01M10/48）技術和使用或維護二次電池或二次半電池的方法及裝置（H01M10/42）技術，開始逐步受到了申請人的關注，推測該類技術為本領域熱門技術。

應用有變換裝置的電池組在網(wǎng)絡中平衡負載的裝置（H02J3/32）技術、由兩個或兩個以上發(fā)電機、變換器或變壓器對1 個網(wǎng)絡并聯(lián)饋電的裝置（H02J3/38）技術和兼用有光敏電池的蓄電池和其他直流電源的網(wǎng)絡中的并聯(lián)運行（H02J7/35）技術，受到了電網(wǎng)甲的高度重視，推測將來可能為新一代熱門技術。

綜上，隨著鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術的發(fā)展及需求市場的變化，技術研發(fā)逐漸多元化，高能量密度、高功率密度、高循環(huán)壽命、安全性是未來技術發(fā)展方向。