聚环氧乙烷基电解质专利申请态势.pdf

中国科技信息 2023 年第 19 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Oct.2023-30-专利分析本 文 以 聚 环 氧 乙 烷 基 电 解 质 为 研 究 领 域，通 过HimmPat 专利检索系统分析该领域全球专利申请态势及中国专利申请态势，检索结果中涉及简单同族则合并为一项专利申请。本文从申请趋势、受理局分布、主要申请人的角度分析该领域的专利技术分布特点，并列出部分重点专利文献，为相关领域的研究人员提供参考。全球专利申请态势分析全球专利申请量年变化趋势通过检索全球范围内涉及聚环氧乙烷基电解质的专利文献，按照申请年统计专利申请量，截取从 2003 年至 2022年时间段的数据。如图 1 所示，从趋势上，自 2003 年以来聚环氧乙烷基电解质领域的全球专利申请量整体上在波动中逐步上升。2003 年至 2011 年为缓慢发展期，期间每年的全球专利申请量为 100 多项。从 2012 年至 2017 年期间该领域的全球专利申请量在波动中稳步上升。2018 年至 2022年期间为该领域全球专利申请量的快速增长期，每年涉及聚环氧乙烷基电解质的专利的申请量都超过 400 项。可见近年来全球范围内聚环氧乙烷基电解质领域专利申请量活跃。全球专利申请受理局分布以受理局为入口，统计得到全球范围内聚环氧乙烷基电解质领域专利申请的数量分布，如图 2 所示。聚环氧乙烷基电解质领域全球专利申请中，中国（CN）的申请量为 2 725 项，占比 53%；韩国（KR）的申请量为 965 项，占比19%；美国（US）的申请量为823项，占比16%；日本（JP）的申请量为 280 项，占比 5%；世界知识产权组织（WO）的申请量为 218 项，占比 4%；其他局的申请量占比 3%。由此可见在该领域，全球范围内中国、韩国、美国、日本的专利申请最为活跃，这四个国家在聚环氧乙烷基电解质领域的申请量占该领域全球申请量的 90%以上。全球专利申请重点申请人情况分析以第一申请人为入口，统计得到全球范围内重点申请人情况，如图 3 所示。韩国的株式会社 LG 化学在该领域的专利申请量最多，为 451 项；其次，三星集团旗下的三星 SDI株式会社和三星电子株式会社的申请量总共为 235 项。韩国的电子部品研究院和光州科学技术院也具有一定申请量。美国的纳米技术仪器公司（NANOTEK INSTRUMENTS，INC.）在该领域的申请量为 97 项，环球石墨烯有限公司（GLOBAL GRAPHENE GROUP，INC.）的申请量为52 项。中国的中国科学院物理研究所和蜂巢能源科技股份有限公司在该领域的申请量分别为 40 项。由此可见，拥有该领域的全球专利申请的重点申请人较多的是韩国，而韩国在该领域中申请量靠前的申请人包括公司和研究院所。行业曲线开放度创新度生态度检索量持续度可替代度影响力行业关联度聚环氧乙烷基电解质专利申请态势钟丽敏 严逸飞钟丽敏 严逸飞（等同第一作者）国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心钟丽敏（1989），女，硕士，助理研究员，研究方向：电池材料；严逸飞（1987），硕士，助理研究员，研究方向：磁性材料。近年来，我国的新能源汽车产业迅速发展，新能源车企呈现蓬勃发展趋势。新能源汽车产业发展规划（20212035 年）中指出，发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路，是应对气候变化、推动绿色发展的战略举措。动力电池是新能源汽车的核心部件之一。而锂离子电池作为重要的动力电池在新能源汽车领域被广泛使用。由于锂离子电池易燃，因此如何提高锂离子电池的安全性一直是相关领域的研究热点。锂离子电池体系中，位于正负极之间承担锂离子传输的部分，对于液态的组分习惯上叫电解液，对于固态的组分习惯上叫电解质。电解质包括聚合物电解质，与液态电解液体系相比，其优势在于易燃性降低，能够提高电池安全性，并且对锂枝晶具有抑制效果。聚环氧乙烷（Polyethylene oxide，PEO）是研究最早且最为广泛的聚合物电解质基质材料，主要原因是聚环氧乙烷在无任何有机增塑剂的情况下亦能与锂盐形成稳定的络合物，具有较高的电导率，并且具有良好的机械性能、电化学稳定性与热稳定性。-31-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Oct.2023中国科技信息 2023 年第 19 期专利分析中国专利申请态势分析中国专利申请量年变化趋势以向中国国家知识产权局专利局提交并公开的检索得到的涉及聚环氧乙烷基电解质领域的专利申请为研究对象，对聚环氧乙烷基电解质领域在中国的整体申请状况进行统计与分析，此部分数据统称为中国专利申请。按照申请年统计专利申请量，截取从 2003 年至 2022 年时间段的数据，共 2 725 项。如图 4 所示，从趋势上，自 2003 年以来聚环氧乙烷基电解质领域的专利申请量整体上在波动中逐步上升。2003 年至 2011 年为缓慢发展期，期间每年的中国专利申请量不足 100 项。从 2012 年至 2017 年期间该领域的中国专利申请量在波动中稳步上升。2018 年至 2022 年期间，每图 3 聚环氧乙烷基电解质全球专利申请重点申请人统计图 2 聚环氧乙烷基电解质全球专利申请受理局分布图图 1 聚环氧乙烷基电解质全球专利申请量年变化趋势图年涉及聚环氧乙烷基电解质的中国专利的申请量都超过 200项。结合图 1，可见近年来全球范围内聚环氧乙烷基电解质领域专利申请量的上涨主要来源于中国专利申请量。中国专利申请重点申请人情况分析以第一申请人为入口，统计得到中国专利申请重点申请人情况，如图 5 所示。在该领域株式会社 LG 化学的专利申请量最多，为 141 项；其次，中国科学院物理研究所和蜂巢能源科技股份有限公司在该领域的申请量分别为 40 项。珠海冠宇电池股份有限公司在该领域的申请量为 33 项。该领域的中国专利申请重点申请人还包括华中科技大学、中南大学、清华大学这三所高校，比亚迪股份有限公司、万向一二三股份公司、成都新柯力化工科技有限公司这三家国内公司，以及三星 SDI 株式会社。从图 5 中可以看出中国国内在该领域申请量较多的申请人主要是公司和高校。重要专利分析以重点申请人、同族情况、被引证次数为依据，获得聚环氧乙烷基电解质领域部分重要专利文献，列举如下：专利文献 WO2007021151A1 公开了一种包含低共熔混合物的电解质和使用该电解质的电化学装置，该电解质包含浸渍有低共熔混合物的聚合物或凝胶聚合物，聚合物可选自聚环氧乙烷，低共熔混合物由含酰胺基的化合物和无锂的可电离盐形成，电解质可以进一步包含可电离的锂盐；由于低共熔混合物具有优异的热稳定性和化学稳定性，因此可以解决电解质的蒸发，耗尽和着火的问题。专利文献US20140377670A1 公开了一种锂离子传导保护膜，包括锂阳极保护层、锂离子传导层和交联硅烷组分，交联硅烷组分在膜的锂阳极保护层和锂离子传导层之间交联，锂阳极保护层是氧化石墨烯（GO）层，锂离子传导层包括聚环氧乙烷（PEO）层；使用逐层组装工艺生产锂离子传导保护膜，在基板的第一面上设置包括交联硅烷组分的第一聚环氧乙烷（PEO）层，在第一 PEO 层上设置氧化石墨烯（GO）层，在GO层上设置包括交联硅烷组分的第二聚环氧乙烷（PEO）层，在第二 PEO 层上设置聚（丙烯酸）（PAA）层；该膜起锂离子传导保护膜的作用，可将锂空气电池中的锂阳极与阴极的正电化学隔离开，从而防止锂枝晶的不良生长。专利文献 KR20170050561A 公开了一种具有半互穿聚合物网络结构的聚合物电解质，其包含重均分子量（Mw）为 1 000 000 至 8 000 000 的基于聚环氧乙烷（PEO）的聚合物和锂盐，并通过可交联单体使基于聚环氧乙烷的聚合物交联而形成半互穿聚合物网络结构（semi-IPN）；当将该聚合物图 4 聚环氧乙烷基电解质中国专利申请量年变化趋势图中国科技信息 2023 年第 19 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Oct.2023-32-专利分析电解质应用于全固态电池时，在提高机械强度的同时将离子电导率维持在当前水平，从而减轻了由锂枝晶生长引起的微短路现象。专利文献 KR20170116464A 公开了一种复合固体电解质、保护性阴极和包括其的锂电池及其制造方法，该复合固体电解质在锂离子传导性固体电解质的表面上包括含聚合物的电解质涂层，并且该聚合物的电解质涂层包括基于环氧烷的链段的离子传导聚合物，离子导电聚合物例如聚环氧乙烷，聚环氧丙烷等。专利文献 US20180166759A1公开了一种用于可再充电锂电池的固态电解质，其包括传导锂离子的聚合物基质或黏合剂和分散在聚合物基质或黏合剂中或由其化学键合的传导锂离子的无机物质，其中传导锂离子的聚合物包含磺化聚合物与选自聚环氧乙烷（PEO）的组合，传导锂离子的无机物质选自钠传导性物质或钠盐与锂传导性物质或锂盐的混合物，并且其中聚合物基质或黏合剂的量为电解质组合物的 1%体积至 99%体积；该发明通过独特的混合型固态电解质赋予该电池以高度的安全性，以防止在各种锂金属电池和锂离子电池中潜在的锂金属枝晶引起的内部短路和热失控问题。专利文献 CN101599558A 公开了一种相转变电解质及其制备方法和应用，该电解质包含聚合物、锂盐、含酰胺官能团的有机化合物、无机氧化物，聚合物可选自聚环氧乙烷；该电解质在温度低于相转变温度时为固体，电导率较低，具有较高的热学和化学稳定性，当温度高于相转变温度时为液体，电导率较高。专利文献CN111883826A 公开了一种电解质材料及其制备方法和应用，电解质材料包括核体和包覆在核体外的壳体，所述核体包括阻燃剂颗粒，所述壳体包括离子导电聚合物，所述聚合物电解质包括聚氧化乙烯（PEO）；该发明使用离子导电聚合物材料包覆阻燃剂形成一种核壳材料，将此材料添加到电极极片中，电池遇到安全性问题，电池会由于内短路发热，在发热过程中，离子导电聚合物电解质融化破裂，释放出阻燃剂，阻燃剂发挥阻燃作用，在短时间内阻止电池热失控，在正常使用状态下，阻燃剂被聚合物电解质包裹，不会影响电池的循环性能和倍率性能，从而具有优异的电化学性能，同时还具有提高压实密度以及降低负极膨胀的作用。专利文献 CN110534800A 公开了一种低成本批量化制备有机-无机复合固态电解质的方法，将干燥好的锂盐和聚合物固态电解质预混合，所述聚合物固态电解质可选为聚氧化乙烯（PEO）；设置密炼机的程序，将锂盐和聚合物固态电解质预混物投入喂料，待锂盐完全溶在聚合物固态电解质中，加入干燥好的无机填料，密炼机按程序运行，混合密炼；密炼结束后，从密炼机取料并成膜；该发明克服了溶剂浇注法成本高、效率低、环境污染、纳米粒子团聚和残余溶剂影响的问题，同时避免了可能的副反应，杜绝了纳米颗粒因为表面能的差异在溶剂中可能发生的团聚现象，且不需干燥。结语近年来聚环氧乙烷基电解质领域的专利申请量在波动中上升，近几年申请量增长较大。申请量主要集中在中国、韩国、美国。中国国内的重点申请人较多为公司及高校。韩国在该领域中申请量靠前的申请人包括公司和研究院所。对我国而言，面对新能源汽车产业的发展需要，提高新能源汽车的安全性能，尤其是动力电池易燃的问题是该行业的一个关注重点。聚合物电解质相比液态的电解液安全性能更高，掌握聚环氧乙烷基电解质的相关技术能有助于解决锂离子电池易燃的问题。基于我国在该领域的专利重点申请人情况，可以充分利用高校及科研院所的研究优势，促进企业与高校及科研院所的合作，将专利技术应用于相关产业的发展中。表 1 聚环氧乙烷基电解质领域部分重要专利序号专利公开号申请年份申请人发明人被引证次数 同族数量同族国家/地区1WO2007021151A12006株式会社 LG 化学OH，Jae-Seung；LEE，Byoung-Bae；PARK，Jae-Duk；PARK，Ji-Won9821WOCNTW USKRAUEPJP IN2US20140377670A12013三星电子株式会社Mariya Khiterer；Paula T.Hammond；Sun Hwa Lee359USKR3KR20170050561A2015株式会社 LG 化学KOH Dong Wook；PARK Eun Kyung；CHAE Jong Hyun；YANG Doo Kyung172KR4KR20170116464A2016三星电子株式会社；三星 SDI 株式会社Yonggun Lee；Nobuyuki Imanishi；Osamu Yamamoto45KRUSJP5US20180166759A12016纳米技术仪器公司Aruna Zhamu；Bor Z.Jang4610USWOCNKRJP6CN101599558A2008中国科学院物理研究所谢彬，李泓，黄学杰，陈立泉122CN7CN111883826A2020蜂巢能源科技有限公司吕文彬，邓素祥，陈少杰57CNWOEPJPKR8CN110534800A2019清华大学汪长安，黄泽亚，张健，童荣傲102CN图 5 聚环氧乙烷基电解质中国专利申请重点申请人统计