石墨烯在储能领域应用的专利分析

doi:10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0323

摘要/Abstract

摘要：

为研究石墨烯在储能领域研究开发的知识产权现状，以锂离子电池、超级电容器、锂硫电池、锂空气电池、锂金属电池、钠离子电池、铅炭电池等电化学储能体系为切入点，对石墨烯在储能领域应用技术进行专利检索，并从全球专利申请趋势、主要来源国家、各结构部件中应用专利分布、重要专利申请人等方面进行了详尽的分析。以期为我国石墨烯储能技术创新及产业发展规划等提供有价值的参考。

关键词: 专利, 石墨烯, 储能, 锂电池, 超级电容器

Abstract:

This study takes electrochemical energy storage systems (e.g., lithium-ion batteries, supercapacitors, lithium-sulfur batteries, lithium-air batteries, lithium-metal batteries, sodium-ion batteries, and lead carbon batteries) as the starting point to conduct a patent search on graphene applications and understand the current status of the patenting activity of graphene applications in the energy storage field. This paper also presents a detailed analysis of the global patent application trends, main source countries, applied patent distribution in various structural components, and important patent applicants. The results of this study are expected to provide a valuable reference for China's graphene energy storage technology innovation and industrial development planning.

Key words: patent, graphene, energy storage, lithium batteries, supercapacitors

中图分类号:

G 306

韩雪, 邓伟, 周旭峰, 刘兆平. 石墨烯在储能领域应用的专利分析[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(1): 335-349.

Xue HAN, Wei DENG, Xufeng ZHOU, Zhaopin LIU. Patenting activity of graphene for energy storage[J]. Energy Storage Science and Technology, 2022, 11(1): 335-349.

图/表 40

表1

表2

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

图9

图10

图11

表3

表4

图12

图13

图14

图15

图16

图17

图18

表5

表6

图19

图20

图21

表7

图22

图23

表8

图24

图25

表9

图26

图27

表10

图28

图29

表11

参考文献 18

1	LEE C, WEI X, KYSAR J W, et al. Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer graphene[J]. Science, 2008, 321(5887): 385-388.
2	CHAE H K, SIBERIO-PÉREZ D Y, KIM J, et al. A route to high surface area, porosity and inclusion of large molecules in crystals[J]. Nature, 2004, 427(6974): 523-527.
3	ZHANG Y, TAN Y W, STORMER H L, et al. Experimental observation of the quantum Hall effect and Berry's phase in graphene[J]. Nature, 2005, 438(7065): 201-204.
4	黄澍, 王玮, 王康丽, 等. 石墨烯在化学储能中的研究进展[J]. 储能科学与技术, 2014, 3(2): 85-95.
	HUANG S, WANG W, WANG K L, et al. Recent progress about graphene for chemical energy storage applications[J]. Energy Storage Science and Technology, 2014, 3(2): 85-95.
5	车子璠, 张辰, 安琴友, 等. 我国石墨烯发展现状及展望[J]. 中国基础科学, 2020, 22(4): 56-62.
	CHE Z F, ZHANG C, AN Q Y, et al. Status and prospects of the graphene R & D in China[J]. China Basic Science, 2020, 22(4): 56-62.
6	韩雪, 马经博, 周旭峰, 等. 2019全球石墨烯技术专利分析[J]. 新材料产业, 2019(11): 2-10.
7	刘毅, 李岱素. 面向科技情报的专利分析研究综述及应用建议[J]. 科技管理研究, 2018, 38(22): 155-160.
	LIU Y, LI D S. A review of S & T information-oriented patent analysis and applications[J]. Science and Technology Management Research, 2018, 38(22): 155-160.
8	化信. 全球首条石墨烯生产线落户宁波[J]. 化工新型材料, 2013, 41(5): 187.
9	曹亮, 王安安, 艾立华, 等. 石墨烯在锂离子电池材料性能优化中的应用[J]. 中国有色金属学报, 2016, 26(4): 807-820.
	CAO L, WANG A A, AI L H, et al. Application of graphene in performance optimization of lithium ion battery materials[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2016, 26(4): 807-820.
10	王云飞, 初志勇, 管泉, 等. 基于专利分析的动力型锂离子电池发展态势分析[J]. 现代情报, 2015, 35(6): 102-106.
	WANG Y F, CHU Z Y, GUAN Q, et al. Development trends analysis of power lithium-ion battery based on patents analysis[J]. Journal of Modern Information, 2015, 35(6): 102-106.
11	EL-KADY M F, SHAO Y L, KANER R B. Graphene for batteries, supercapacitors and beyond[J]. Nature Reviews Materials, 2016, 1: doi: 10.1038/natrewmats.2016.33.
12	王鑫, 靳军宝, 郑玉荣, 等. 基于DⅡ的超级电容器专利技术国际态势分析[J]. 储能科学与技术, 2019, 8(1): 201-208.
	WANG X, JIN J B, ZHENG Y R, et al. Analyses of international patents on DII based supercapacitors[J]. Energy Storage Science and Technology, 2019, 8(1): 201-208.
13	刘勇志, 王勇, 王聪伟, 等. 石墨烯应用于锂硫电池的研究进展[J]. 新型炭材料, 2020, 35(1): 1-11.
	LIU Y Z, WANG Y, WANG C W, et al. Recent advances in graphene materials used in Li-S batteries[J]. New Carbon Materials, 2020, 35(1): 1-11.
14	陈雨晴, 杨晓飞, 于滢, 等. 锂硫电池关键材料与技术的研究进展[J]. 储能科学与技术, 2017, 6(2): 169-189.
	CHEN Y Q, YANG X F, YU Y, et al. Key materials and technology research progress of lithium-sulfur batteries[J]. Energy Storage Science and Technology, 2017, 6(2): 169-189.
15	张毅俊. 金属锂负极的改性及其电化学性能的研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2017.
	ZHANG Y J. Modification of metallic lithium anodes and their electrochemical performances for secondary lithium batteries[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2017.
16	叶飞鹏, 王莉, 连芳, 等. 钠离子电池研究进展[J]. 化工进展, 2013, 32(8): 1789-1795.
	YE F P, WANG L, LIAN F, et al. Advance in Na-ion batteries[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2013, 32(8): 1789-1795.
17	王乐莹, 张浩, 曹高萍, 等. 炭材料在铅炭电池负极中的应用综述[J]. 电池, 2017, 47(4): 244-247.
	WANG L Y, ZHANG H, CAO G P, et al. A review of carbon materials for the negative plates of lead-carbon battery[J]. Battery Bimonthly, 2017, 47(4): 244-247.
18	中国石墨烯产业技术创新战略联盟. 2019全球石墨烯产业研究报告[R]. 2019.

检索要素	关键词	IPC分类号
锂离子	锂；Lithium；Li-ion	—
锂金属	锂金属；Li-metal；Lithium-metal	—
锂空气	锂空；锂氧；Lithium-air；Li-O₂；Li-air	—
锂硫	锂硫；Lithium-sulfur；Li-S	—
钠离子	钠；Sodium-ion	—
铅炭	铅酸；铅蓄；铅碳；铅炭；lead-acid；lead-storage；lead-carbon	—
电池	电池；cell；battery；batteries；accumulator；accumulateur	H01M4；H01M10
石墨烯	石墨烯；graphene	—

申请人(机构)	类型	所属国家	申请量/件
美国纳米技术仪器公司&全球石墨烯公司&扎木·阿茹娜&张博增 (Nanoteck Instruments Inc & Global Graphene Group Inc & ZHAMU ARUNA&JANG BOR Z)	企业	美国	59
中南大学	高校	中国	52
株式会社半导体能源研究所	企业	日本	51
浙江大学	高校	中国	49
陕西科技大学	高校	中国	48
天津大学	高校	中国	42
合肥国轩高科动力能源有限公司	企业	中国	40
上海交通大学	高校	中国	37
上海大学	高校	中国	33
成都新柯力化工科技有限公司	企业	中国	31
哈尔滨工业大学	高校	中国	27
翻译株式会社LG化学	企业	韩国	27
三星集团	企业	韩国	25
复旦大学	高校	中国	24
东丽公司	企业	日本	23
山东星火科学技术研究院	科研院所	中国	23
中国科学院过程工程研究所	科研院所	中国	21
中国科学院宁波材料技术与工程研究所	科研院所	中国	20
广东工业大学	高校	中国	20
武汉理工大学	高校	中国	19

申请人(机构)	类型	所属国家	申请量/件
株式会社半导体能源研究所	企业	日本	53
美国纳米技术仪器公司&全球石墨烯公司&扎木·阿茹娜&张博增 (Nanoteck Instruments Inc & Global Graphere Group Inc & ZHAMU ARUNA & JANG BORZ)	企业	美国	29
东丽公司	企业	日本	25
株式会社LG化学	企业	韩国	17
日本电气株式会社	企业	日本	17
三星集团	企业	韩国	16
鸿富锦精密工业(深圳)有限公司	企业	中国	11
清华大学	高校	中国	11
巴特尔纪念研究院	科研院所	美国	10
西北大学	高校	美国	6

申请人(机构)	所属国家	类型	申请量/件
美国纳米技术仪器公司&全球石墨烯公司&扎木·阿茹娜&张博增 (Nanoteck Instruments Inc & Global Graphene Group Inc & ZHAMU ARUNA&JANG BOR Z)	美国	企业	36
哈尔滨工业大学	中国	高校	29
东华大学	中国	高校	25
福州大学	中国	高校	23
浙江大学	中国	高校	22
江苏大学	中国	高校	19
加利福尼亚大学	美国	高校	18
北京化工大学	中国	高校	16
天津大学	中国	高校	16
广东工业大学	中国	高校	15
山东欧铂新材料有限公司	中国	企业	15
同济大学	中国	高校	15
电子科技大学	中国	高校	14
华南理工大学	中国	高校	14
中国科学院宁波材料技术与工程研究所	中国	科研院所	14
复旦大学	中国	高校	13
桂林理工大学	中国	高校	13
山东理工大学	中国	高校	13
上海应用技术大学	中国	高校	13
武汉工程大学	中国	高校	13

申请人(机构)	所属国家	类型	申请量/件
美国纳米技术仪器公司&全球石墨烯公司&扎木·阿茹娜&张博增 (Nanoteck Instruments Inc & Global Graphene Group Inc & ZHAMU ARUNA&JANG BOR Z)	美国	企业	13
加利福尼亚大学	美国	高校	11
巴斯夫公司	德国	企业	6
德克萨斯大学系统	美国	高校	5
三星集团	韩国	企业	5