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国内主流动力电池企业的专利情况分析报告

放大字体  缩小字体 时间:2017-10-13  来源:NE研究院  
世纪储能网讯:近几年来,随着电动汽车行业的火爆,动力电池作为电动汽车上面最为关键、成本也最高的零部件受到了行业内外的广泛关注,动力电池...
近几年来,随着电动汽车行业的火爆,动力电池作为电动汽车上面最为关键、成本也最高的零部件受到了行业内外的广泛关注,动力电池企业也因此从幕后慢慢转到了前台。笔者最近从公开的专利平台对国内几家主流电池厂商的近10年(2008-2017年)的专利申报情况进行了分析,以从侧面分析各家电池厂的研发实力。
 
1、  专利申报数量对比
 
从数据对比可以看出,比亚迪作为国内电池行业的领导者,前几年专利申报一直保持在高位,远远领先其他几家企业。但近两年,电池相关的专利申报数量大幅下滑,这说明比亚迪公司内部战略可能发生了变化,动力电池领域技术投入力度不大。
 
而电池领域的后起之秀——宁德时代,虽然从2012年开始才有专利开始申报,但申报数量逐年呈倍数增长。在2016年专利申报数达到了460,超过了其他几家电池企业。而国轩高科、沃特玛在专利申报方面也紧随其后,2016年的专利数量都在450左右。其专利实力与其市场规模基本匹配。
 
天津力神在2012年之前在专利申报方面一直处于领先地位,但是2012年后进入快速下降同道。直到2016年赢来了一个小高峰,可能是加大了汽车电池的研发投入。
 
而锂电池的另一家老牌企业——比克,则表现得没那么抢眼,电池相关的专利申报数量一直处于低位。
 
 
2、  不同专利类型对比分析
 
从不同专利类型来看,比克的专利质量最高,63%是发明专利。但是这些发明专利都集中在2011年之前,可能主要是针对消费电子领域的小电池研发。比亚迪的专利无论是在数量上还是质量上都处于领先地位。宁德时代的发明专利的比例在41%左右,实用新型专利比例稍高,这说明宁德时代最近几年电池处于大规模商业化时期,在结构改进、工艺改进方面下了很大功夫。
 
特别需要指出的是国轩高科,在专利数量一定的情况下,发明专利的比例达到了56%。仅2016年的发明专利就达到了249件,占了其所有发明专利的一半左右。这说明国轩高科可能在动力电池的材料方面投入了大量的研发资源,这些在技术研发方面的投入后续会在产品、市场上得到体现,大家可以持续关注。
 
 
3、  专利申请人分析
 
从这些公司的检索情况来看,大部分公司的技术都是母公司主导,但其它分公司或子公司也会有相应技术专利的申请只有沃特玛全部是由深圳沃特玛电池有限公司申请。
 
同时,我们也注意到,宁德时代与国轩高科都有和外面的高校机构联合进行技术开发,并申请相应的技术专利。比如,宁德时代就与清华大学、北航进行了相应的合作,国轩高科与中科大进行了合作。这种产学研开放合作的模式,也可能是这些后起之秀脱颖而出的原因之一。
 
 
通过对这些专利研究发现,国轩在新能源汽车的三电领域(电池、电机、电控)都有布局,而且在动力电池产业链的布局也非常全面,从上游的原材料(正极、负极、隔膜)到电池单体/模组/Pack和BMS,再到下游的电池回收等等。同时,还开发了服务于新能源车企的新能源车远程监控系统。如此为强大的研发投入和产业链布局会让国轩高科在这波新能源产业化浪潮中成为最大的受益者之一。
 
为了更全面的分析,我们在专利检索词里面去掉了电池这个关键词,只设定了“专利申请人-国轩高科 + 申请时间- 2016”检索条件,最后共检索出来555篇专利。其中发明专利292件,实用新型专利176件,外观设计专利87件。
 
 
1、  外观设计专利分析
 
国轩高科的外观设计专利的数量和比例都比其他几家高的多,其外观专利主要分为三类:1、电动汽车用电池箱;2、电动汽车高压配电盒;3、新能源汽车远程监控系统界面。从其专利的申报中我们可以发现,国轩高科的电池应用在了中巴、大巴以及电动乘用车和微型电动车领域。
 
大巴电池箱
 
 
中巴电池箱
 
 
微型电动车电池箱
 
 
电动乘用车电池箱
 
 
2、  实用新型专利分析
 
实用新型专利主要集中在工装设备和电池结构,因为时间关系,不做深入的分析。
 
3、  发明专利分析
 
国轩高科2016年申报的所有发明专利可以分成两个大类:一类是跟动力电池研发、生产相关的专利,一类是动力电池回收相关的专利。
 
 
跟电池研发、生产相关的发明专利中,又可以分成材料、工艺、结构、工装设备、检测方法等几大类,其中材料专利的数量最多,这与笔者当初猜测有大量材料相关的专利是吻合的。
 
但出人意料的是,工装设备的专利数量仅在材料专利之后,这说明国轩高科内部有庞大的设备开发团队。
 
工艺专利中,多次出现了叠片卷绕式电池的制作方法来提高电芯的生产速度和质量。这说明国轩的动力电池可能以方形为主,这种工艺相比圆柱卷绕式电芯的制作在自动化程度和效率方面确实存在一定的差距。另外,国轩还申请了少量固态电池相关的制备专利,说明国轩的研发团队在固态电池等前瞻技术领域也有一定的投入。
 
结构专利中,主要是两大类:一类是改善三元电池安全性能的盖板设计,另一类是跟动力电池散热或加热相关的专利。
 
有意思的是,在国轩的所有发明专利里面,出现了三篇电机相关的专利。可见除了动力电池,在电机电控领域,国轩高科也有涉及。
 
 
笔者对所有的材料发明专利进行了分析和分类,发现其中正极材料的专利最多,有42篇。其次是隔膜专利,共14篇。负极材料相关专利12篇。而电解液只有4篇。另外还有少量的溶剂、导电剂、集流体、石墨烯等专利。从中我们可以发现,国轩在材料的自主研发方面主要布局在正极、负极和隔膜。
 
具体到正极材料的布局,国轩高科重点布局磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、三元材料。同时笔者发现多篇四元正极材料专利(镍钴镁钛/镍钴铝钛),比三元再多一元,是不是性能可以更上一个台阶,不知道何时可以商业化应用,后续我们会继续跟踪。
 
在负极材料方面,国轩重点布局硅基负极和钒酸锂材料。
 
在隔膜方面,国轩重点布局陶瓷隔膜。
 
 
通过检索2016年宁德时代申请的所有专利,发现中国申请专利553件,同时还有国际申请专利6件。而在国内申请的专利中,发明专利188件,实用新型专利349件,外观专利10件,这与上一期中国轩高科发明专利和外观设计专利偏多的情况有很大的不一样。
 
 
1、  外观设计专利分析
 
宁德时代申报的外观专利仅10篇,虽然数量很少,但是也可以发现一些有价值的内容。 比如有两款不同形状的电池包,我们推测应该分别应用于PHEV和EV车型。同时,除了汽车动力电池之外,宁德时代在储能电池领域也有很多布局,从设计专利里面我们就发现了应用于储能的充电站和充电柜。
 
 
T型动力的电池包(推测应用于PHEV车型)
 
 
土字形动力电池包(推测应用于EV车型)
 
以下是宁德时代储能系统专利图,可以以实现电网的移峰填谷和调峰调频等功能,还可以给电动车充电
 
 
2、  实用新型专利分析
 
宁德时代2016年申请的实用新型专利主要集中在结构和工装设备方面,其中结构专利占62%。
 
 
我们对结构专利进行了进一步的研究,发现其中单体相关的结构专利最多,其中以顶盖结构专利为主。其次是模组相关的专利,pack相关的结构专利紧随其后。这表明宁德时代单体、模组和pack方面的研究都比较重视。
 
从内容来看,我们发现结构专利主要集中在以下几个方面:1、通过优化结构来提升电池的安全性能,比如防短路、过充安全等;2、通过优化结构来提升电池的高低温性能以及循环寿命;3、通过优化结构和工艺来提高电池的能量密度
 
 
3、  发明专利分析
 
不同于国轩高科大量材料相关的发明专利,宁德时代的发明专利也以结构类专利居多。这表明宁德时代2016年的重点可能不在于新材料体系的开发,而在于产品的量产,以及更多衍生产品的开发。通过修改结果或者工艺,快速开发出更多不同型号的产品。
 
2016年宁德时代申请的材料相关发明专利共38篇。四大主材中,电解液专利最多,有22篇。而正极材料只有3篇,负极专利数量为零。这表示宁德时代的重心还是在产品方面,而在产业链的上游-材料领域暂无布局,以外购为主。未来随着电池高能量密度化的趋势越来越明显,不知道宁德时代电池材料完全外购的模式是否为限制其开发进程。 

 

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