返回
顶部
我们已发送验证链接到您的邮箱,请查收并验证
没收到验证邮件?请确认邮箱是否正确或 重新发送邮件
确定
产业IP运营科技情报资本审查员说法官说首席知识产权官G40领袖新锐+专利商标版权法律Oversea榜单晨报董图推广产品公司活动政策律所

硅-碳复合锂离子电池负极材料的专利技术分析

科技情报
豆豆5个月前
硅-碳复合锂离子电池负极材料的专利技术分析

硅-碳复合锂离子电池负极材料的专利技术分析

#本文由作者授权发布,未经作者许可,禁止转载,文章不代表IPRdaily立场#


发布:IPRdaily中文网(IPRdaily.cn)

供稿:方象知产研究院

原标题:硅-碳复合锂离子电池负极材料的专利技术浅析


硅具有已知负极材料中最高的理论容量(高达4200mAh/g,远超石墨负极的372mAh/g)、较低的脱锂电位和更好的安全性能,作为锂离子电池负极材料极具潜力;硅-碳复合材料因具有良好的电子通道和促使SEI膜稳定生长的环境,有望成为新一代高能量密度锂离子电池负极材料。


内容提要:


    1.硅碳复合材料是目前最有前途的锂离子电池负极材料。

    2.硅碳复合方式多种多样。

    3.什么形式复合的硅-碳复合材料最具发展前途?


自从被日本索尼公司于1990年成功开发以来,锂离子电池因其高放电电压平台、高能量密度、长循环寿命以及无记忆效应等优点,且在缓解经济发展和能源短缺的问题上存在巨大潜力,因而在电子产品、电动工具和电动汽车等多个领域都获得了广泛的应用。


负极活性材料是制约锂离子电池性能的关键因素之一。目前商业化锂离子电池负极材料可以简单分为碳质材料和非碳质材料,其中碳质材料包括石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、碳纳米管、碳纤维、石墨烯和富勒烯等;非碳质材料包括钛酸锂、硅基材料、锡基材料和合金等。


1、硅-碳复合材料作为锂离子电池负极材料前景广阔


硅具有已知负极材料中最高的理论容量(高达4200mAh/g,远超石墨负极的372mAh/g)、较低的脱锂电位和更好的安全性能,作为锂离子电池负极材料极具潜力。但是由于其巨大的体积效应以及不稳定的表面固体电解质界面(Solid Electrolyte Interphase,SEI)膜而容易导致电化学性能的恶化,因此,通常将硅粉纳米化或者硅碳复合化,以改善硅基负极材料的循环性能,提高其在循环过程中的结构稳定性。


在生产应用上,松下将10%的硅加入到传统石墨负极材料中,已经实现含硅碳负极材料的18650电池的量产,能量密度达到了550mAh/g以上;而特斯拉已经将这种硅碳负极电池应用于其纯电动汽车中。国内,硅碳材料还处于产业化前期,但已有深圳贝瑞特、上海杉杉和天津力神等厂家开始小规模生产。总体上,硅-碳复合材料因具有良好的电子通道和促使SEI膜稳定生长的环境,有望成为新一代高能量密度锂离子电池负极材料。


硅-碳复合锂离子电池负极材料的专利技术分析

图1 硅-碳复合负极材料全球专利申请量趋势

方象知产研究院整理


从图1的硅-碳复合负极材料全球专利申请量趋势图可以看出,伴随着锂离子电池的成功开发,硅-碳复合负极材料实际上在1993年就已经开始有人研究了。全球专利申请量在1999年有所增加,并持续了几年比较平稳的申请状态后减少从2008年开始重新上升,并很快进入了急剧上升阶段(2017年因为数据统计的滞后而尚未完全包括,所以不予讨论。下同)。这表明硅-碳复合负极材料的研发技术在经过较长的技术萌芽期之后,逐步缓慢发展,又陷入了短暂的瓶颈期,随后才进入了技术的快速成长期,这与现阶段硅-碳复合负极材料在市场上日渐成为开发热点是相吻合的。


硅-碳复合锂离子电池负极材料的专利技术分析

图2 硅-碳复合负极材料的中国专利申请量趋势

方象知产研究院整理


国内的硅-碳复合负极材料的专利申请起步较晚(图2),三星(还是国外企业)在1999年申请了第一篇,又在2001年布局了第二篇。第一篇真正意义上由国内发明人申请的关于硅-碳复合负极材料的专利是2002年由中科院上海微系统与信息技术研究所申请的。随后国内的专利申请量同全球的专利申请量变化趋势一样,经历了萌芽期、缓慢发展期和快速发展期后,从2014年开始进入了急剧上升阶段。专利申请量增长迅猛,很快超过了其它国家而跃居全球第一,占据了全球专利申请量的约半壁江山(图3),是第二名美国的两倍多。这说明国内的研究单位和生产厂家一方面是为了解决锂离子电池负极材料性能不足的问题,一方面也是为了紧跟世界领先技术的发展步伐,从而加大了对硅-碳复合负极材料的开发。


硅-碳复合锂离子电池负极材料的专利技术分析

图3 硅-碳复合负极材料的国家申请量占比

方象知产研究院整理


2、硅-碳复合方式多种多样


硅-碳复合负极材料因为硅材料(单质硅、氧化硅、硅化物、硅合金等)和碳质材料(石墨、软碳、硬碳、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、富勒烯等)的物质形式不同而有多种复合方式,可以简单地分为碳-硅复合、石墨-硅复合、碳纤维-硅复合、碳纳米管-硅复合、石墨烯-硅复合、碳-氧化硅复合、以及掺杂改性的硅碳复合材料等。


硅-碳复合锂离子电池负极材料的专利技术分析

图4 几种硅-碳复合负极材料的历年专利申请趋势

方象知产研究院整理


硅-碳复合锂离子电池负极材料的专利技术分析

图5 几种硅-碳复合负极材料的专利申请量对比

方象知产研究院整理


从上图可以看出硅-碳的专利申请量是最多的,这与碳材料是石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维等碳质材料的总称有关,并且有的专利往往同时涵盖多种碳材料。硅-石墨复合材料和硅-碳材料的专利申请起始时间差不多都是1993年。只是硅-石墨复合材料申请量很小,但是在经过较长的技术萌芽期之后,也开始进入了稳步发展期,近几年依然是处于上升的趋势,总的申请量也非常大,说明石墨材料作为最早商业化的锂离子电池负极材料,依然有其研究开发的价值。


图中还可以明显地看出硅-碳纳米管、硅-碳纤维和硅-石墨烯复合材料的专利申请较硅-碳和硅-石墨晚一些,不过一直在持续发展。特别是石墨烯作为碳材料与硅复合的技术尽管起步比碳和石墨晚的多,但很快就进入了技术发展期,专利申请量快速增加,总量逼近硅-石墨的申请量。这与石墨烯自从2004年被发现以来,迅速成为世界上最火的研究热点之一,席卷包括锂离子电池在内的多个领域有关。


3、从专利引用量看硅-碳材料的复合方式


硅-碳材料具体复合的方式复杂,从重点专利的角度(考虑专利被引用量以及具体内容)来做一些初步分析。


硅-碳复合锂离子电池负极材料的专利技术分析

表1 全球范围专利被引用量前10名的复合方式

(注:专利被引用量排序针对专利内容有所变动)

方象知产研究院整理


从表1中可以看出,这些被高频率引用的专利主要集中在碳或石墨包覆硅的复合结构技术,再联系这些专利普遍是在2000年~2010年间申请的,可见一开始研究人员考虑直接通过碳包覆来改变硅的结构稳定性,这种方法是初见成效的,所以为后面的研发者所模仿和频繁引用。


4、三星硅-碳复合改造技术或供国内硅-碳负极材料开发参考


硅-碳复合锂离子电池负极材料的专利技术分析

图6 硅-碳复合负极材料的全球标准申请人专利申请量对比

方象知产研究院整理


硅-碳复合锂离子电池负极材料的专利技术分析

表2 三星电子的硅-碳复合负极材料重点专利总结

(注:专利被引用量排序针对专利内容有所变动)

方象知产研究院整理


三星电子是全球硅-碳复合负极材料专利申请量最多的企业(图6)。三星电子在碳包覆硅的复合结构上进一步改善技术,发展了以石墨、单质硅和碳为主的共同复合方式,较多的采用了三层包覆或者嵌入复合结构,并且扩大了碳材料和硅材料的范围,使用了各种碳材料、硅氧化物、硅合金、硅纳米线和硅纳米粒子等,对性能的改进也较多的体现在容量提升和保持以及充放电效率提高上(表2),这或许可以为国内的硅-碳复合负极材料的研究生产提供参考。



发布:IPRdaily中文网(IPRdaily.cn)

供稿:方象知产研究院

编辑:IPRdaily赵珍          校对:IPRdaily纵横君


推荐阅读



硅-碳复合锂离子电池负极材料的专利技术分析

链接未来!「2018全球区块链知识产权峰会」重磅来袭!


硅-碳复合锂离子电池负极材料的专利技术分析

2018年“中国好专利”评选工作正式开启(报名通道)


硅-碳复合锂离子电池负极材料的专利技术分析

6月15日!IPCOC 2018中国知识产权商业化运营大会即将举办(议程)!


硅-碳复合锂离子电池负极材料的专利技术分析

2018中国·海淀高价值专利培育大赛正式开启!(报名详情)


“投稿”请投邮箱“iprdaily@163.com”


硅-碳复合锂离子电池负极材料的专利技术分析

「关于IPRdaily」


IPRdaily成立于2014年,是全球影响力的知识产权媒体+产业服务平台,致力于连接全球知识产权人,用户汇聚了中国、美国、德国、俄罗斯、以色列、澳大利亚、新加坡、日本、韩国等15个国家和地区的高科技公司、成长型科技企业IP高管、研发人员、法务、政府机构、律所、事务所、科研院校等全球近50多万产业用户(国内25万+海外30万);同时拥有近百万条高质量的技术资源+专利资源,通过媒体构建全球知识产权资产信息第一入口。2016年获启赋资本领投和天使汇跟投的Pre-A轮融资。

(英文官网:iprdaily.com  中文官网:iprdaily.cn) 


硅-碳复合锂离子电池负极材料的专利技术分析

本文来自方象知产研究院并经IPRdaily.cn中文网编辑。转载此文章须经权利人同意,并附上出处与作者信息。文章不代表IPRdaily.cn立场,如若转载,请注明出处:“http://www.iprdaily.cn/”

豆豆投稿作者
共发表文章3981
最近文章
关键词
首席知识产权官 世界知识产权日 美國專利訴訟管理策略 大数据 软件著作权登记 专利商标 商标注册人 人工智能 版权登记代理 如何快速获得美国专利授权? 材料科学 申请注册商标 软件著作权 虚拟现实与增强现实 专利侵权纠纷行政处理 专利预警 知识产权 全球视野 中国商标 版权保护中心 智能硬件 新材料 新一代信息技术产业 躲过商标转让的陷阱 航空航天装备 乐天 产业 海洋工程装备及高技术船舶 著作权 电子版权 医药及高性能医疗器械 中国专利年报 游戏动漫 条例 国际专利 商标 实用新型专利 专利费用 专利管理 出版管理条例 版权商标 知识产权侵权 商标审查协作中心 法律和政策 企业商标布局 新商标审查「不规范汉字」审理标准 专利机构排名 商标分类 专利检索 申请商标注册 法规 行业 法律常识 设计专利 2016知识产权行业分析 发明专利申请 国家商标总局 电影版权 专利申请 香港知识产权 国防知识产权 国际版权交易 十件 版权 顾问 版权登记 发明专利 亚洲知识产权 版权归属 商标办理 商标申请 美国专利局 ip 共享单车 一带一路商标 融资 驰名商标保护 知识产权工程师 授权 音乐的版权 专利 商标数据 知识产权局 知识产权法 专利小白 商标是什么 商标注册 知识产权网 中超 商标审查 维权 律所 专利代理人 知识产权案例 专利运营 现代产业
本文来自于iprdaily,永久保存地址为http://www.iprdaily.cn/article_19166.html,发布时间为2018-06-12 10:46:10

文章不错,犒劳下辛苦的作者吧

    我也说两句
    还可以输入140个字
    我要评论
    回复
    还可以输入 70 个字
    请选择打赏金额