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、穩定的循環性能、環境友好和價格低廉等優點，是目前被廣泛關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，這是關于可充電橄欖石結構磷酸鐵鋰正極材料的第一個明確的核心專利。我國企業目前在磷酸鐵鋰開發方面仍落后于國際競爭對手。企業要在如今激烈的市場競爭中謀求發展，必須深層次地重視技術創新。專利是反映創新能力和創新速度的重要指標。本文分析了磷酸鐵鋰電池在中國的專利申請狀況，為相關企業和科研機構進一步研發和市場應用提供參考。 

2 數據分析 

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

2.1 磷酸鐵鋰電池技術發展趨勢 

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；至2007年之前，申請量仍然不足百件；2007-2010年專利申請量呈現快速增長趨勢，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，這一領域技術正處在高速持續發展之中。 

1997年J.B.Goodenough申請了第一個關于磷酸鐵鋰正極材料的美國專利，但在2001年才出現磷酸鐵鋰電池的中國專利申請。經過考察發現2001年的5件專利申請，申請人均為索尼株式會社，其內容均為LiFePO4/碳復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在中國申請了專利，這表明了索尼對尚未產業化的專利新技術具有十分敏銳的洞察力，也表現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明的、尚未被培育成才的技術種子，將它們培育成為成熟的、優秀的技術和產品。索尼是日本的代表性企業之一，日本十分重視生產技術開發的專利發展模式，這使得日本在許多重要工業品方面不僅產量大，而且質量較高，價格也由于產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的國內企業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。第一份授權的由國內企業申請的磷酸鐵鋰專利是北大先行科技產業有限公司于2004年2月20日申請的CN1559889A，最終于2006年10月18日獲得授權。由上述分析可見，中國企業對于新技術的敏感度有待提高。 

2.2 主要技術分析 

2.2.1 主要技術分布 

磷酸鐵鋰電池技術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)磷酸鐵鋰電池的結構及制備工藝，如正極配方、電池結構優化等；(3)磷酸鐵鋰電池的應用，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，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)磷酸鐵鋰的制造設備的改進，如加熱、球磨、干燥設備的改進等。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率低，導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率和比容量成為研究的重點。 

圖2 磷酸鐵鋰電池主要技術分布 

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，也是最容易實現產業化的方法之一，其缺點在于合成的磷酸鐵鋰粒徑較大，電化學性能不夠理想。磷酸鐵鋰材料制備的主要專利技術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、球磨時研磨的細度等；(3)燒結氣氛的控制；(4)燒結過程的控制：例如采用一次燒結或二次燒結，最佳燒結溫度的選擇等等。 

與傳統的固相法相比，液相法可以制備出顆粒細、純度高的粉體，合成溫度低，但通常制備工藝復雜，生產周期長，工業化生產的難度較大。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，沉淀物經過煅燒后得到目標產物；(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形成透明溶膠，調節pH并加熱形成凝膠，經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。通過控制反應的溫度，pH值反應時間和反應物濃度，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成的物質或者其他熱分解能夠產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、高效的優點。其中，控制微波輻射的能量、輻射時間是微波法的關鍵；(3)噴霧干燥技術主要是與液相法聯合使用，采用噴霧干燥技術處理前驅體溶液，調節進氣壓力、進料速度和前驅體溶液固含量來控制最終產物的粒度，使得所得產品粒度分布均勻，粒度大小可調。 

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，目前關注的重點仍然是固相法，其次是共沉淀法和噴霧干燥技術。 

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、中南大學、深圳市比克電池有限公司、彩虹集團公司、浙江大學、復旦大學、福建師范大學、河南聯合能源有限公司、山東海霸通訊設備有限公司。他們共申請了181件專利，占總數（795件）的22.7%，其中企業的專利申請量為91件，高校的專利申請量為90件，企業的專利申請量與高校申請量相當，這表明磷酸鐵鋰電池技術引起了企業和高校的同等重視，中國的電池企業研發能力增強，專利保護意識提高，企業正在加強研發經費的投入強度，逐步成為專利技術創新的主體。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備有限公司專利申請量僅為9件，占總數的比例為1.1%。這表明目前磷酸鐵鋰技術的專利申請離散度較大，尚未形成技術壟斷。排名前十名的申請人全部是國內申請人，可見，近年來國內對磷酸鐵鋰技術研發投入加大，取得了很多的研究成果。在此基礎上，高校應當更加注重基礎研究，為企業提供知識人才，加大知識產權保護力度，提高專利質量，加強專利成果的產業化；企業應當注重專利人才和專利技術的引進、消化、吸收，努力提高自身的專利技術創新水平和專利技術國際競爭力。 

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，這與各企業研發方向的調整有關；而對于高校而言，歷年的申請量基本保持穩定，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，因此能夠對某一研究方向進行持續穩定的研究。清華大學在2003年即申請了專利，比企業早2年，這與該校一貫的技術前瞻性密不可分；由圖5的數據上看，作為國內知名電池企業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的進一步開發，而此前一直沒有相關專利申請的彩虹集團公司卻厚積薄發，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，主要的技術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，而對于企業而言，也比較關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，對電池的整體構造研究較少；(3)企業主要更注重應用研究，因此更注重磷酸鐵鋰材料在電池中的應用情況，以得到性能更佳的電池產品。 

2.4 地域分析 

圖6是各省市專利申請量分析。可見，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經濟發達，創業投資環境好，擁有很多能源企業，而且上述區域的政府對專利技術成果較為重視，鼓勵自主創新；而北京作為中國科技文化的中心，擁有數量眾多的高等院校和研究機構，國家一直對這些院校和機構的基礎研究給予很大的重視，因此在區域創新上表現出很強的優勢。可見，政府對于其所在區域的專利發展起重要作用。要提高區域創新能力，需要政府采取有效措施，加大基礎研究的投入，關注企業專利技術的創新和生存發展，促進企業實施專利技術發展戰略。由圖6也可以看出，外國在中國的專利申請僅6.82%，這表明國外的企業或研究機構對磷酸鐵鋰電池技術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發展的建議 

目前，法國國家科學技術研究中心掌握著磷酸鐵鋰的原始專利核心技術，在世界范圍內，在磷酸鐵鋰電池領域，日本企業的申請量最高，在我國國內雖然也具有一定規模的專利申請量，但如何面對國外公司的專利壁壘，國內企業如何突出重圍，在競爭激烈的市場中擁有一席之地，制定合理的研發和專利策略是至關重要的。通過對磷酸鐵鋰電池技術的中國專利申請的統計分析，筆者認為高校、企業、政府三者互動，協同發展，才是最有效的專利戰略，為此，筆者給出如下幾個方面的建議：(1)高校應當加強實驗室建設，為發明創造提供重要基地；積極建立大學-企業專利技術研發中心，以此為企業營造專利技術研發平臺，為大學師生理論與實踐的緊密結合提供常設平臺，加快大學的專利成果轉化；高校具有科技和人才雙重優勢，應當注重培養高層次的復合型人才，用于知識產權服務和管理工作，加強知識產權保護工作；(2)中國企業需要大力發展研發機構，提高企業的研發能力；加強研發經費的投入強度，提高研發效率；加強專利外部合作，加強專利的國外和國際保護；(3)國家和政府應加大對技術研發的扶持力度，既要加大對研發的投入，也要加大對專利申請的扶持和資助；提高國民的專利意識；積極實施中小企業的專利促進戰略，關注中小企業的專利技術的創新和生存發展；引進國外發達國家的先進專利技術，積極進行消化吸收，并在此基礎上最終實現提高自主創新能力的目標。 

總之，在世界范圍內，我國企業在磷酸鐵鋰電池領域的專利保護與國外企業相比還比較薄弱，但是對于中國專利申請而言，國外企業進入中國的該領域的專利申請數量較少，我國企業應當抓住機遇，積極穩妥地開展該領域專利技術的保護，進一步提高專利申請的數量和質量，通過技術創新提升企業的核心競爭力，從而在市場競爭中立于不敗之地。