磷酸铁锂电池专利分析报告
一、前言
随着能源问题日益受到关注，新能源替代成为当今的热门话题之一，例如锂离子电池就被应用在手机、数码相机甚至电动汽车等多种领域，而磷酸铁锂（LiFePO4）电池则是锂离子中受到关注最多的类别之一。采用磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料的电池被称为磷酸铁锂电池，其由于自身的优势被广泛应用于混合动力汽车、电动工具、电动自行车、电动助力车、发电储能装置等各个领域。磷酸铁锂电池具有寿命长、使用安全、可大电流快速充电、耐高温、容量大、无记忆效应、体积小、重量轻和绿色环保等多方面特点，它是一类新型的锂离子电池用正极材料，特别适用于动力电池。磷酸铁锂电池的出现是锂离子电池材料的一项重大突破，成为各国竞相研究的热点。目前磷酸铁锂产品正处于行业的萌芽阶段，而中国环境问题突出，能源问题紧张，因此磷酸铁锂产品潜在市场巨大，磷酸铁锂作为一个新兴的、具有战略投资价值的产业，非常值得企业和研究机构去关注。
本文作者旨在就实践中所遇到的对磷酸铁锂电池在中国、美国范围内专利申请情况做技术方面的宏观分析，对该技术领域的发展脉络和技术竞争情况，从专利的角度作出分析和说明，希望对国内企业和研发机构能起到抛砖引玉的作用。
二、检索说明
本次专利检索分析，使用的是中国国家知识产权局和美国专利商标局的专利数据库。中国国家知识产权局的专利数据库，其数据每周更新一次，提供自1985年以来在中国申请的发明专利和实用新型的说明书全文，以及1998年以来在中国申请的外观专利说明书全文；并提供名称、摘要、分类号、申请人、发明人等检索方式。美国专利商标局USPTO提供1976年以来到最近一周发布的美国专利全文，以及1790年——1975年的专利全文扫描图像。它提供布尔检索、高级检索和专利号检索三种方式，其检索范围包括著录项目、权利要求和专利说明书正文。但1790年——1975年间的专利智能通过专利号和美国专利分类号检索。
本次专利检索分析，我们使用滚雪球的方法进行检索。通过初步检索，阅读
专利文献，进一步确定检索词的同义词，并确定分类号，然后确定完整的检索式。我们首先在中国国家知识产权局的专利数据库进行初步检索。通过使用检索词“磷酸铁锂电池”进行初步检索，我们找到一些专利文献。通过阅读这些专利文献中的部分摘要内容，我们发现“磷酸铁锂电池”的专利技术主要集中在H01M、C01B、C01D三个技术领域内；并且，在确定技术领域以后，我们发现在上述技术领域内，磷酸铁锂是作为锂电池的正极材料使用的；因此，我们可以将检索词“磷酸铁锂电池”进一步精简为“磷酸铁锂”。同时，我们还找到了磷酸铁锂电池专利技术中的关键点“磷酸铁锂”的化学式——LiFePO4。在美国专利商标局进行初步检索时，我们使用检索词“lithium iron phosphate battery”。其初步检索结果，经初步分析发现，技术领域与在国内初步检索结果一致；不过，我们发现在某些专利文献中，“磷酸铁锂”的化学式还可以用LiMPO4代替；并且检索词中，我们也可以省略“battery”一词，同时，也存在“iron”一词被“ferrous”代替的情形。
因此，我们的检索式主要包括关键词和分类号；其中，中国国家知识产权局专利数据库使用的检索式为，关键词是“磷酸铁锂”，分类号为“H01M、C01B”；在美国专利商标局使用的检索式是ABST/“lithium iron phosphate”or “lithium ferrous phosphate” or LiFePO4 or LiMPO4 and ICL/C01B or C01D。
本次专利分析报告由冷冰、刘华松、邬剑星和郑程达四人共同完成。其中，四人共同确定检索途径和检索表达式，郑程达和邬剑星负责数据收集工作，刘华松和冷冰负责数据分析工作。
三、专利分析
1、技术发展趋势
通过在中国国家知识产权局和美国专利商标局的专利数据库中的检索（时间范围1963年—2011年11月），对检索结果进行分析，最早的磷酸铁锂专利申请出现在1980年，直到2000年以前的专利申请量都很少，每年的申请量均为个位数，2000年专利申请量大幅上升，在这一年内达到16件，是1999年的3倍之多，2000－2004年的专利申请量有小幅波动，但总体表现平稳，从2005年开始专利申请量呈快速增长趋势，到2007年为一个专利申请的小高峰，达到110件之多；从2008年开始，专利申请量呈现小幅波动，总体上平稳上升。由于发明专利申请18个月
后公开，所以2010年和2011年的申请有一部分尚未公开，图1中2010年和2011年的数据还不能反应当年真实的专利申请量。从图1中可以看出，磷酸铁锂电池领域专利申请量尚未出现峰值，表明这一领域技术为新兴技术，正处在高速持续发展之中。
图1 磷酸铁锂电池专利申请量
140120100申请数量1108052258895728060402001643518162019971998199920002001200220032004200520062007200820092010年份
2、技术领域
技术领域分析一般是从国际专利分类表（International Patent Classifi -cation，简称IPC）入手进行分析，国际专利分类表是所有实用技术领域专利文献的分类工具，世界上绝大多数实施专利制度的国家都采用IPC对专利文献进行分类，对每一件发明专利或实用新型专利赋予分类号；即使是美国，在采用自己独立的分类系统的同时，也提供了美国分类号与国际分类号之间的转换工具。因此，IPC分类是技术领域分析的重要工具。
当一件专利申请涉及不同技术领域时，往往会给该申请赋予不同的IPC分类号，其中该专利所涉及的最主要的技术分类为第一个分类，即主分类，其余的为副分类。在涉及众多技术领域时，只有这样才能全面表示该专利的技术内容。因此，在本报告中，涉及技术领域分析的部分同时包含了主分类号和副分类号。
根据从中国知识产权局和美国专利商标局的专利数据库中采集的1963年到
2011年的专利申请数据可以得出，该领域共有622件专利申请，涉及522个IPC小组。取数据排名前10个IPC小组，它们所包括的专利数量之和为1650个，占总数（约3150左右）的52％，参见表1。
从表1中可以看出，磷酸铁锂电池专利技术主要集中在由活性材料组成的电极领域H01M 4/00、二次电磁领域H01M 10/00以及磷的化合物领域C01B 25/00，其中，H01M 4/00所属技术领域专利量达到848件，约占总数的27.77%；H01M 10/00所属技术领域专利量达到，约占总数的10.89%；C01B 25/00所属技术领域专利量达到，约占总数的12.97%。由此，我们可以看出，磷酸铁锂电池专利技术中，H01M 4/58所属技术领域是最重要的发展领域，其次是C01B 25/00所属技术领域，再次是H01M 10/00所属技术领域。
表1 磷酸铁锂电池专利重点技术（前10）
IPC号 H01M 4/58 技术领域 电极；由活性材料组成的或包括活性材料的电极；作为活性物质、活性体、活性液体的材料的选择；除氧化物之外的无机化合物的 磷；其化合物 磷；其化合物；磷的含氧酸；其盐类；磷酸盐；含两种以上金属或金属和铵 二次电池；及其制造；H01M10/06至H01M10/34各组未包含的蓄电池；带有有机电解质的 电极；由活性材料组成或包括活性材料的电极 二次电池；及其制造；H01M10/06至H01M10/34各组未包含的蓄电池 电极；由活性材料组成或包括活性材料的电极；作为活性物质、活性体、活性液体的材料的选择；无机氧化物或氢氧化物的 电极；由活性材料组成或包括活性材料的电极；一般制造方法 电极；由活性材料组成或包括活性材料的电极；在活性物质中非活性材料成分的选择，例如胶合剂、填料 锂的化合物 专利量/件 353 C01B25/00 C01B25/45 H01M10/40 216 195 193 H01M-4/02 H01M10/36 H01M-4/48 161 152 140 H01M-4/04 H01M-4/62 129 65 C01D15/00
46 3、中美两国专利数量比较
图2 中美两国磷酸铁锂电池专利数量柱状图
申请量500450400350300250200150100500453169中国美国
从1963－2011年在中国知识产权局和美国专利商标局专利数据库采集的专利数据来看，在分析中考虑了同族专利的情况。其专利申请总量为622件，其中，中国专利申请量有453件，美国专利申请量有169件，如图2所示。
从专利数量上来看，中国专利量接近美国专利量3倍。由此可见，中国比美国更重视磷酸铁锂电池技术发展，中国的磷酸铁锂电池的技术发展更快。这有可能与美国的汽车能源政策有关，因为美国注重发展生物能源来减少对石油的依赖。
4、主要申请人
在1963－2011年从中国知识产权局和美国专利商标局的专利数据库采集的数据中，我们也考虑到了共同申请人的情况及同一公司不同的书写形式。专利申请量前8名的申请人申请了158件专利，占总数（622件）的25.4％，如表2所示。这表明该领域的专利技术主要集中在这8个申请人手中，它们是该技术领域中强有力的竞争者。比如清华大学、中南大学、比亚迪公司、A123 systems、VALENCE、索尼株式会社、LG化学公司、三洋电气株式会社；他们的专利申请量柱状图，如图3 所示。
表2 磷酸铁锂电池领域专利主要申请人