从专利角度分析锂电池隔膜材料的技术格局与发展趋势

　　摘要：随着科技水平日新月异的发展，消费电子产品广泛应用并且高频迭代，新能源汽车在政策驱动下迅速推广普及，锂电池作为绿色环保能源的价值凸显。隔膜是组成锂电池的四大关键材料之一，它将锂电池的正负极分开，防止短路，并且允许锂离子通过，保障锂电池充放电功能的实现。因此，隔膜对于锂电池的质量和安全性能有着重要的影响。本文将从专利角度分析锂电池隔膜材料的技术格局与发展趋势。

　　全文的专利统计来源于中科院化学所对德温特( DII) 数据库以及国家知识产权局专利检索与服务系统的检索，范围涵盖国内外锂电池隔膜在2005至2014年这十年来的专利情况。

　　日本几乎垄断锂电池隔膜的国际专利

　　在2005～2014年的十年内，锂电池隔膜的国际专利数量整体呈现增长的态势，年复合增长率达到17.60%，2010年增长达到了峰值—147件。我们可以推断这一年的锂电池隔膜技术有了重大突破，之后的几年之内一直稳步增长，如图1所示。

图1 2005～2014年锂电池隔膜专利数量及增长率

(来源：德温特DII数据库)

　　从锂电池隔膜的专利持有者来看，持有数量排名前十位为：旭化成、东丽、三星、松下、LG、东燃、积水化学、索尼、帝人和三菱化学。除去三星和LG来自韩国外，其余八家都来自日本，占前十位专利总申请数量的78%，日本在锂电池隔膜领域技术水平领先，几乎处于垄断地位。而国内没有一家企业能挤进前十。

图2 2005～2014年锂电池隔膜前十位专利持有者

(来源：德温特DII数据库)

　　国内锂电池隔膜专利由企业主导但起步较晚

　　通过对国内锂电池隔膜专利的统计，我们发现由企业申请的专利占比最大达到71%，其次才是大专院校占比20%，科研院所占比9%。并且，都集中在2010年之后。2005～2014国内锂电池隔膜专利数量如图3所示，国内锂电池隔膜专利持有者前十名如表1所示。整体上，国内的大专院校和科研院所的起步相比国外的要晚一些，国内企业最早也是通过代理国外锂电池隔膜企业的产品不断成长起来的，在最近几年才逐渐有了自主创新能力，短期内无法打破日本的技术垄断地位。

图3 2005～2014国内锂电池隔膜专利数量

(来源：国家知识产权局)

表1 国内锂电池隔膜专利持有者前十名

(来源：国家知识产权局)

　　隔膜材料种类多元化、复合化和结构形态调控是发展趋势

　　通过专利统计分析可以发现，虽然已经产业化的锂电池隔膜材料多为聚乙烯和聚丙烯类，但是一些性能更加优异的聚合物材料也逐渐在实验室中研发出来，如偏氟乙烯( PVDF)、聚酰亚胺( PI)、芳纶和纤维素等，隔膜材料的种类会朝着多元化的方向发展。

　　目前的研究工作已经聚焦在静电纺丝法，其特点是改变纺丝条件可对隔膜的形貌和孔隙率进行调控，从而获得更小的孔尺寸、更高的孔隙率和内部互通的开孔结构，这都有利于提高离子迁移率。可是此方法的缺点是生产效率低，成本高。但针对隔膜的结构形态调控还会不断优化进步。

　　另外，复合化也是隔膜材料性能提升的一个重要手段，单一的隔膜材料可能热稳定性差，机械强度不高，但是通过多层复合或添加无机颗粒都能改善这些性能的不足，还可以针对隔膜材料表面改性提高吸液率，降低内阻。

　　结语

　　通过对国内外锂电池隔膜十年来的专利情况的分析，我们认为日本企业技术水平领先，几乎处于垄断地位。国内锂电池隔膜企业起步较晚，但专利成果产出多于大专院校或科研院所。隔膜材料种类将朝着多元化的方向发展，不仅仅局限于聚乙烯和聚丙烯类。隔膜结构形态调控正在研发中，但目前要克服生产率低，成本高的劣势。未来隔膜材料复合化也是性能提升的重要手段。