全球退役动力电池回收技术专利布局
发布时间：2021-10-11
来源：姑苏实验室G2116项目组 作者：战略规划部 陈晨日
随着国际对电池关键材料的战略部署逐步明确、我国对动力电池回收的日益重视，相关企业需要提前布局国内外专利，避免受到专利技术壁垒的不利影响。
本文作者基于patsnap专利检索平台，通过关键词及国际专利分类（IPC）号结合的方法对退役动力电池再生利用相关的五个技术分支：放电预处理、拆解、浸出、金属分离提取、前驱体合成[1]进行专利检索分析，并进行趋势、区域、申请人、技术分支等分析，结果表明：
1）现阶段退役电池回收技术处于萌芽期，集中度较高，预计在近年将步入成长期。总体上，退役电池回收技术的未来发展前景良好，现阶段开展技术研发，可储备较多的基础技术专利。
2）中国市场及中国申请人是退役电池回收技术的主要国家和申请人，但中国申请人的国际布局较少，国外申请人更具全球视野，未来开拓国际市场，可能存在技术壁垒。未来中国专利权人应积极在日本、韩国、欧洲、美国布局，强化全球市场的专利布局。
3）中国的高校科研院所、企业都具有较多的专利申请，研发主体分布均衡，不仅具有理论研究也有实际应用研究，并且梯队的持续研发能力较强。但从申请量上，国内企业与住友金属仍有差距。
4）技术分支上，拆解技术是近年的主要申请方向。中国市场的拆解技术专利量多于金属分离提取技术，而在其他国家和地区金属分离提取技术的专利量大于拆解技术。在放电技术上，丰田汽车排名第一，金属分离提取技术上，住友金属具有绝对的优势。我国企业仍需加强放电、金属分离提取技术的专利布局。
5）在金属分离提取技术的细分领域，主要为三元锂电池技术，未来几年也将以三元锂电池、磷酸铁锂电池的专利布局为主。
01专利发展趋势分析
趋势分析是为了揭示专利申请人各年度申请专利数量的趋势变化，从而反映出申请时间与技术发展情况。
从2001年开始的退役电池回收技术专利申请量（项）随时间的变化曲线如图1所示。
图1：退役电池回收技术全球专利申请趋势
从图1可以看出，总体呈上升趋势。
在2018年年申请量达到1065项，2019年年申请量达到1053项。在2013年年申请量达到419项为其中一个峰值，这是由于四川师范大学在2013年进行了多达166项的专利“恶意申请”，若排除其影响，可以发现，从2001年至今，退役电池回收技术专利量年均增长率保持在30%左右，申请量呈现不断上升趋势。
进一步地排除2013年数据的干扰后，通过对每年的专利量和申请人数量分析，形成如图2所示的专利技术生命周期图，横坐标为专利数量，纵坐标为申请人数量，数据点为申请年。发展至今，相关技术的申请人数量增长态势较为平缓，研究和开发主要集中在少数申请人，而专利数量增加较为快速，通过匹配对照图（虚线），现阶段专利技术处于萌芽期，集中度较高。根据近几年退役电池的不断增加，到2025年动力电池的理论退役量将达到94.48GW?h，年复合增长率为47.16%[2]，并且各国对于动力电池及回收技术的重视[3]，预计在近年将步入成长期。总体上，退役电池回收技术的未来发展前景良好，现阶段开展技术研发，可储备较多的基础技术专利。
图2：退役电池回收技术的专利技术生命周期图
02专利区域分析
通过区域分析，明确优势国及我国的总体竞争态势。
从市场区域来看，有56%的专利布局在中国，其次是日本（10%）和美国（6%）；从技术来源国来看，有55%的专利由中国申请人申请，其次是日本（15%）和美国（5%）。
图3：退役电池回收技术市场布局流向
结合市场区域与技术来源国，分析专利技术市场布局流向，如图3所示，对比中、美、日、韩、欧五个国家或地区的技术市场布局，各国申请人主要布局本国，其中中国申请人的专利布局较多，但多集中在本国，在欧洲只布局4件，在日本布局13件，相对较少；而日本申请人的全球布局较为合理，虽然其总量上不如中国申请人，但其在本国国内布局808件的基础上，在美国布局129件、在中国布局101件、在欧洲布局80件。
可以看出，相对地，国外申请人比中国申请人更具全球视野，将会成为中国申请人国际布局的主要竞争对手，相关技术也可能成为中国申请人开拓国际市场的技术壁垒。未来中国专利权人应积极在日本、韩国、欧洲、美国等区域布局，强化全球市场的专利布局。
03主要专利申请人分析
图4：退役电池回收技术主要申请人排名】
如图4，按照所属申请人（专利权人）的专利数量统计的申请人排名情况，反映不同申请人对退役电池回收技术的研究情况和技术水平，体现技术领域的竞争者分布，科研水平和技术专业性。
可以发现创新成果积累较多的专利申请人为住友金属、中南大学、邦普循环、格林美、国轩高科、中科院过程所、JX金属等。另外从申请人国别和申请人类型可知，日本企业住友金属以157项专利申请排名第一，此外日本企业还有JX金属和丰田汽车；中国的高校科研院所如中南大学、中科院过程所、昆明理工大学、兰州理工大学等；中国企业有邦普循环、格林美、国轩高科、豪鹏科技等。
总体上，国内企业、高?？蒲性核加薪锨渴盗Γ谂琶牡谝惶荻雍偷诙荻佣加兄泄母咝Ｔ核推笠?，说明在退役电池回收技术领域中国的研发主体分布均衡，不仅具有理论研究也有实际应用研究，并且梯队的持续研发能力较强。但从申请量上，国内企业与住友金属仍有差距。
04专利技术分支分析
通过分析退役电池回收技术的放电、拆解、浸出、金属分离提取、前驱体合成等五个技术分支的专利情况，了解退役电池回收技术各分支的创新热度。
图5：退役电池回收分支技术专利申请趋势
如图5所示，退役电池回收分支技术专利占比及申请趋势。
从数量上看，主要以拆解、金属分离提取技术为主，拆解技术申请量为3374项，占比47.12%，金属分离提取技术申请量为3264项，占比45.59%，之后是浸出、前驱体合成、放电技术。
从趋势上看，排除2013年四川师范大学的异常，五个技术分支的专利都呈上升趋势。在2008年前，五个技术分支数量平缓，从2009年开始，拆解、金属分离提取技术的专利申请量增加快速，2014年开始放电、浸出、前驱体合成技术的专利申请量增加明显。在2009-2015年间，金属分离提取的专利申请量逐年大于拆解专利，而在2016-2019年间，拆解的专利量逐年大于金属分离提取，并且近年的申请量大大领先其他技术分支。
退役电池回收技术由于电池的种类、规格多样，其中电池由壳体、正极、负极、电解液、隔膜等组成，拆解难度大，并且也为了减少环境污染，提高再生资源综合利用水平，拆解属于退役电池回收技术的基础，其设备集成度高，属于退役电池回收产业化前的关键技术。
图6：退役电池回收分支技术市场布局情况
如图6所示，退役电池回收分支技术市场布局情况。
从数量上看，在各个技术分支上，中国市场的专利量都大于其他国家，尤其在拆解、金属分离提取技术上。
从各个技术分支的相对比例上可以看出，中国市场的拆解技术大于金属分离提取技术，而在其他国家和地区，如日本、美国、韩国、欧专局、世界知识产权组织，一般是金属分离提取技术的专利量大于拆解技术。
图7：退役电池回收分支技术申请人情况
从具体的各个技术分支的申请人来看（图7），尽管在各个技术领域，中国区域专利量都远远大于其他国家和地区，但从申请人来看，主要研发主体上，中国申请人在各个技术领域并不具有绝对优势。
在放电技术上，排名第一位丰田汽车；在拆解技术上，国内主要企业格林美、邦普循环、国轩高科处于领先地位，而日本的JX金属、住友金属也有一定的专利量布局；在浸出技术上，国内主要集中在中南大学、中科院过程所等高校院所，之后是邦普循环和日本的JX金属、住友金属；金属分离提取技术上，住友金属具有绝对的优势，之后是中南大学和JX金属，而国内企业邦普循环和格林美也具有一定的专利布局，国内各高校院所在此领域也具有一定量的专利布局；在前驱体合成领域，主要为国内企业和高校院所。
05金属分离提取专利分支分析
金属分离提取，通过分析其不同的电池类型，分为三元锂电池、磷酸铁锂电池、铅酸电池。根据提取有价金属的情况，其中三元锂电池还包括钴酸锂电池、锰酸锂电池等包括钴、锰、镍等金属的电池。
图8：金属分离提取的技术分支专利申请趋势
如图8所示，在金属分离提取技术上，主要为三元锂电池，2825项，占比为73.02%，其次是磷酸铁锂电池、铅酸电池。
三元锂电池作为现有电动汽车的主要动力电池，也是电池退役潮的主力电池，全球技术也主要集中在如何回收三元锂电池。磷酸铁锂电池作为公交、大巴车等客车的主力动力电池，寿命约为8年，未来几年必将出现爆发式的动力电池退役潮，虽然其回收价值不如三元锂电池，主要价值为锂的回收，但采用高温修复法的全组分回收技术路线可以实现锂、铁、磷元素的高回收率[4]。
根据行业专利现状分析，我国企业与高校院所应进一步推进退役电池回收技术的研发，加强产学研相结合，扩大国际布局与技术分支的完善，推动中国退役动力电池回收技术领域的持续健康发展，以落实“双碳”战略，加快能源转型。
参考文献：
[1] 卫寿平,孙杰,周添,李吉刚,曹焕露.废旧锂离子电池中金属材料回收技术研究进展[J].储能科学与技术,2017,6(06):1196-1207.
[2] 李建林,李雅欣,郭丽军.退役动力电池梯次利用发展态势与政策体系研究[J].分布式能源,2021,6(03):32-37.
[3] 杨红斌.用于新能源汽车的锂离子动力电池研究进展[J].世界科技研究与发展,2020,42(01):79-86.
[4] 陈永珍,黎华玲,宋文吉,涂小琳,冯自平.废旧磷酸铁锂电池回收技术研究进展[J].储能科学与技术,2019,8(02):237-247.
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