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            鈷酸鋰正極材料相關專利分析論文

            發布時間:2022-05-06 13:48:47 文章來源:SCI論文網 我要評論














            SCI論文(www.0546wclm.com)

            摘  要 :鋰離子電池廣泛應用于汽車用動力電池、3C 電子產品等領域,鋰離子電池正極材料主要包括一元金屬鋰氧化物、二元 金屬鋰氧化物、三元金屬鋰氧化物、磷酸亞鐵鋰等,一元金屬鋰氧化物中的鈷酸鋰作為正極材料制作成的鋰電子電池具有體積 小、電量大、待機時間長等優勢,得到了廣泛應用。本文從國內外鈷酸鋰正極材料專利態勢出發,分析了國內外鈷酸鋰正極材料 的專利申請量、申請人、技術構成等內容。

            關鍵詞 :鈷酸鋰 ;制備 ;摻雜 ;包覆 ;摻雜 - 包覆

            鈷酸鋰是目前主要的正極材料之一。鈷酸鋰為層狀氧化物, 在鈷酸鋰結構中,氧原子為立方密堆積,鋰離子與鈷離子交替占 據著氧原子的八面體間隙空位,鋰離子與鈷離子被氧原子層分 開,在(111)晶格方向上呈層狀排列。鋰離子可以在外電場作用 下發生嵌入和脫嵌反應,在鋰離子電池充放電過程中,通過鋰離 子在其所在的平面上發生可逆的嵌入和脫嵌反應, 同時通過鈷離 子價態變化實現電荷補償, 從而保持鋰離子電池材料的電中性。

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            1  鈷酸鋰正極材料專利態勢分析

            1.1  中國鈷酸鋰正極材料專利態勢分析

            (1) 申請量分析

            本文的專利數據選自incopat數據庫,數據檢索范圍包括其 收錄的 120 個國家、地區和組織的專利數據,檢索時間范圍截止 至2021 年 9 月,檢索采取關鍵詞和分類號相結合的方式, 并且對 檢索結果進行了人工篩選。截止檢索日期, 在中國專利局共檢索 到 1552 件鈷酸鋰相關專利,圖 1 反映的是自2002 年以來在華鈷 酸鋰正極材料專利申請量趨勢, 從整體上看, 鈷酸鋰正極材料專 利申請量呈逐年遞增趨勢(2019 年至今尚有大量專利未公開, 所以2019 年以后的專利申請量不作考慮, 下同)。

            (2) 申請人分析

            圖2 給出了鈷酸鋰正極材料在華申請量排名前十的申請人 及其專利申請數量,其中有 9 家企業,1 所大學,前十名申請人均為中國本土申請人??梢?,在鈷酸鋰正極材料技術領域,企業 是技術研發的主力, 掌握著鈷酸鋰正極材料的最新技術。

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            從公開的專利上看,前三名的專利申請人申請的專利主要 集中在產品性能的提高上,如對鈷酸鋰正極材料進行摻雜、包 覆、摻雜 - 包覆,其中,摻雜技術主要采用離子摻雜上,如采用 鋁、鈦、鎂、鎳、鋯、錳等摻雜 ;包覆技術涉及的專利較少, 申請的專利如石墨烯包覆、鈦酸鋰包覆等 ;摻雜 -包覆主要集中在離 子摻雜、離子包覆技術上,如采用鋁摻雜鈦包覆、采用離子摻雜 鋁鎂硅包覆等;還涉及少部分生產裝置, 如燒結裝置、清洗裝置、 粉碎裝置、混料裝置等。

            中南大學在鈷酸鋰正極材料方面申請的專利主要集中在從 廢舊電池中回收正極材料、材料改性、生產裝置上,其中,材料 改性技術主要集中在包覆、摻雜 -包覆方面,包覆技術主要采用 金屬鹽、氧化物包覆,金屬鹽如磷酸鹽、鈦酸鹽、鈷酸鹽等,氧 化物如二氧化錫等;摻雜 -包覆主要包括離子摻雜、聚合物包覆。

            湖南邦普循環科技有限公司、廣東邦普循環科技有限公司、 湖南邦普汽車循環有限公司均隸屬于邦普集團,邦普集團創立 于2005 年 12 月,是一家主要從事再生資源的企業。三家企業的 專利多為共同申請人,三家企業在鈷酸鋰正極材料方面申請的 專利主要集中在燒結裝置、材料改性、廢舊電池回收上,其中, 材料改性方面主要包括包覆、摻雜 -包覆,包覆技術主要包括氧 化物或氫氧化物或鹽包覆、硼化物包覆, 氧化物或氫氧化物或鹽 包覆如Al、Ti、Co、Mg、Sn 的納米級氧化物、納米級氫氧化物或 鹽,硼化物如硼酸、四硼酸鋰、氧化硼、磷酸硼、二硼化鈦或偏 硼酸鈦中的至少一種 ;摻雜 -包覆技術主要包括金屬元素摻雜、 尖晶石結構的包覆層,如包覆層的化學式為鋰鎳錳M 的氧化物, 其 中 M 為 Zr、Co、Cu、Fe、Cr、La、Y、Sc、Nd、Ce、Pr、Tm、Lu 中的一種或多種。

            寧德新能源科技有限公司在鈷酸鋰正極材料方面申請的專 利主要集中在材料改性方面,主要包括包覆、摻雜 -包覆,包覆 技術包括氧化物包覆、有機物包覆、氟化物包覆,氧化物包括含 有 Zr、Hf、Sn、Ti、Mg、Ca、Sr、Ba、La等金屬的氧化物 ;氟化物 如MeFx, Me=Al,Mg, Co 以及Ni 中的一種 ;有機物如通式為 X-R-CnFaClb 的有機物,其中 R 為烴基,X 為硅氧烷基。摻雜 - 包 覆技術主要包括金屬元素摻雜、金屬元素包覆,摻雜元素如Al、 Mg、Y、Ni、Mn、La 中的一種或幾種, 包覆元素如Mg、Al、Zr、 Ti、Ni、Mn、Y、Nb 中的一種或幾種。
            深圳市比克電池有限公司在鈷酸鋰正極材料方面申請的專 利主要集中在正極材料的制備方法、正極材料包覆方面,其中, 包覆技術包括碳包覆、氧化物包覆、鈷酸鋰包覆等,氧化物如 Al2O3 或MgO 等。

            北京當升材料科技股份有限公司在鈷酸鋰正極材料方面申 請的專利主要集中在絡合劑法制備正極材料、正極材料包覆方 面,其中,包覆技術主要采用高分子聚合物包覆,如硅氧鍵高分 子聚合物、磷氧鍵高分子聚合物、硼氧鍵高分子聚合物包覆等。

            (3)技術構成

            表 1 給出了國內鈷酸鋰正極材料專利申請的 IPC 分類號 及其專利數量,從表 1 可以看出,國內鈷酸鋰正極材料專利申 請的技術領域主要集中在電極(H01M4)、二次電池及其制造 (H01M10)、鈷的化合物(C01G51) 幾個方面。

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            1.2  國外鈷酸鋰正極材料專利態勢分析

            (1) 申請量分析
            截止檢索日期,在其他國家專利局共檢索到 1433 件鈷酸鋰 正極材料的專利申請, 圖 3 為國外鈷酸鋰正極材料專利申請量趨 勢,從圖 3 可以看出,2002 年至今國外申請鈷酸鋰專利的數量呈 波動趨勢。

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            表2 給出了國外鈷酸鋰正極材料主要申請國家及其專利申 請量情況, 可以看出, 國外申請鈷酸鋰的國家主要是日本、韓國、 美國。
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            (2) 申請人分析

            圖 4 給出了鈷酸鋰正極材料國外申請量排名前十的申請人 及其專利申請數量,其中韓國企業2 家、日本企業2 家、中國企 業 3 家(其中 2 家公司隸屬于同一集團)、美國企業 3 家。中國企 業中,京東方集團主要向世界知識產權組織和歐洲專利局進行 專利申報,技術主要集中在發光器件方面 ;湖南杉杉能源科技 有限公司向日本、韓國、世界知識產權組織、中國、歐洲專利局、 美國均進行了專利申請,技術主要集中在鈷酸鋰正極材料包覆 及摻雜方面。

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            (3)技術構成

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            表 3 給出了國外鈷酸鋰正極材料專利申請的 IPC 分類號及 其專利數量,從表 5 可以看出,國外鈷酸鋰正極材料專利申請的技術領域主要集中在電極(H01M4)、鈷的化合物(C01G51)、二 次電池及其制造(H01M10)、鎳的化合物(C01G53)、使用有機 材料作有源部分或使用有機材料與其他材料的組合作有源部分 的固態器件及專門適用于制造或處理這些器件或其部件的工藝 方法或設備(H01L51) 幾個方面。

            1.3  鈷酸鋰正極材料專利分析結論

            (1)國外開展鈷酸鋰正極材料的研究早于國內

            2002 年至今國外申請鈷酸鋰專利的數量呈波動趨勢,而且 從國外申請鈷酸鋰的重點專利中也可以得知,國外開展鈷酸鋰 正極材料的研究較早,在上世紀八十年代,國外已有較為成熟 的鈷酸鋰正極材料的制備及改性方法。國外申請鈷酸鋰正極材 料專利的國家主要是日本、韓國、美國。而我國對鈷酸鋰正極材 料的研發處于快速發展階段是2009 年以后,因此建議緊盯日本、 韓國、美國等國家的鈷酸鋰相關企業,如韓國的LG 化學公司、 日本的索尼公司、日本的松下電器工業公司、美國的頗爾公司 等,研究這些重點企業的專利申請, 從而進行相關專利布局。

            (2)國外鈷酸鋰正極材料專利申請的技術領域范圍大于國內

            國內鈷酸鋰正極材料專利申請的技術領域主要集中在電極 (H01M4)、二次電池及其制造(H01M10)、鈷的化合物(C01G51) 幾個方面 ;而國外鈷酸鋰正極材料專利申請的技術領域不僅包 括以上幾個方面,還包括鎳的化合物(C01G53)、使用有機材料 作有源部分或使用有機材料與其他材料的組合作有源部分的固 態器件及專門適用于制造或處理這些器件或其部件的工藝方法 或設備(H01L51)兩個方面,即國外還注重使用鎳進行摻雜或包 覆鈷酸鋰正極材料的研究,而且注重鈷酸鋰正極材料在有機材 料中的應用。因此建議擴大鈷酸鋰正極材料研究領域, 進行多方 面的技術研究及專利布局。

            (3)國內各研發機構之間知識產權的合作并不密切

            從公開的國內專利數據上看,國內鈷酸鋰正極材料專利申 請的技術領域主要集中在對鈷酸鋰正極材料進行改性、從廢舊 電池中回收正極材料、生產裝置的設計及改進等幾個方面, 有些 企業的研究重點相同, 為避免重復研究, 建議各研發機構之間加 強知識產權交流, 減少研發時間及成本。


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            本文標簽: 鈷酸鋰 ,制備 ,摻雜 ,包覆

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