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近日，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所和浙江省石墨烯制造業(yè)創(chuàng)新中心聯(lián)合中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟等發(fā)布了《2021石墨烯儲能領(lǐng)域應(yīng)用專利分析報告》。

報告顯示，自2003年至今，全球在石墨烯儲能領(lǐng)域應(yīng)用相關(guān)專利共計6415件。受2010年石墨烯發(fā)現(xiàn)者獲得諾貝爾獎的鼓舞和帶動，此后全球范圍內(nèi)掀起了石墨烯研究的熱潮，大量的研究團隊涌進石墨烯儲能領(lǐng)域，石墨烯在儲能領(lǐng)域應(yīng)用的相關(guān)專利申請進入快車道，2018年相關(guān)專利申請量為1136件，達到歷年最高點。

其中，我國是全球在石墨烯儲能領(lǐng)域應(yīng)用研究最為活躍的國家，我國申請人在石墨烯儲能應(yīng)用領(lǐng)域?qū)＠暾埩孔疃啵急冗_82.3%。然而，我國在石墨烯儲能應(yīng)用領(lǐng)域的專利申請主要以高校和科研單位為主。因此，從側(cè)面可以看出，目前石墨烯大規(guī)模應(yīng)用于儲能領(lǐng)域仍然未到時機。

專利申請數(shù)量排名第二、第三的為美國、韓國，占比分別為7.3%和4.9%。日本、中國、德國、印度也申請了一定數(shù)量的相關(guān)專利。

報告還分析稱，在技術(shù)層面上，鋰離子電池和超級電容器是石墨烯應(yīng)用最為廣泛的儲能體系。其中石墨烯與硅基材料、金屬氧化物復(fù)合是鋰離子電池負極材料領(lǐng)域研究最為集中的技術(shù)分支，側(cè)面說明其技術(shù)優(yōu)勢和工業(yè)大規(guī)模應(yīng)用的可行性；石墨烯及其衍生物、石墨烯復(fù)合其他碳基材料、石墨烯復(fù)合金屬氧化物作為超級電容器電極材料的相關(guān)研究也較為密集，未來或可成為石墨烯在超級電容器領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的重要方向；另外，石墨烯作為鋰離子電池導(dǎo)電添加劑相關(guān)研究也相對較多。

在實際產(chǎn)業(yè)化進展來看，前述將石墨烯應(yīng)用于電極材料技術(shù)均處于研究或小批量量產(chǎn)階段，石墨烯導(dǎo)電添加劑則是在儲能領(lǐng)域目前最為成熟的產(chǎn)品之一。

具體來看，石墨烯在鋰離子電池領(lǐng)域應(yīng)用共有專利申請3694件。從2012年開始，相關(guān)專利申請量快速增長；2018年當(dāng)年專利申請達到峰值，申請量達到688件；2019年之后，申請量增長放緩。可見，將石墨烯應(yīng)用于鋰離子電池在近些年備受關(guān)注。

報告顯示，石墨烯在鋰離子電池領(lǐng)域應(yīng)用專利申請人中，中國是主要專利技術(shù)來源國，申請總量達3073件，占比83.2%，其次為美國、韓國、日本，分別占比6.4%、4.1%、4.1%?？v觀整個鋰離子電池材料領(lǐng)域，日本、韓國兩國占有技術(shù)優(yōu)勢并擁有可觀的專利儲量。然而在石墨烯應(yīng)用于鋰離子電池這一技術(shù)路線中，日韓兩國則顯得較為謹慎，在該領(lǐng)域的專利申請量遠低于中國。

報告還提到，從專利申請人來看，石墨烯鋰離子電池相關(guān)專利擁有量較多的企業(yè)按照主營業(yè)務(wù)可以分為兩類，一類企業(yè)鋰離子電池并非其主營業(yè)務(wù)，這類企業(yè)重視知識產(chǎn)權(quán)布局和運營，試圖通過石墨烯這種新興材料在鋰電池領(lǐng)域應(yīng)用，在該領(lǐng)域取得技術(shù)突破，建立專利壁壘。這類企業(yè)有由張博增、扎木·阿茹娜共同創(chuàng)辦的美國納米技術(shù)儀器公司及全球石墨烯公司、成都新柯力化工科技有限公司、株式會社半導(dǎo)體能源研究所和東麗集團等。

第二類是以鋰離子電池為主營業(yè)務(wù)，申請人有合肥國軒高科動力能源有限公司、株式會社LG化學(xué)、三星集團。值得注意的是，在鋰電池材料領(lǐng)域?qū)＠暾垟?shù)量一向靠前的申請人，如豐田、松下、索尼、三菱、博世等企業(yè)并未出現(xiàn)在上述分析的重要專利申請人中。可見，對于將石墨烯應(yīng)用于鋰離子電池這項技術(shù)，各大鋰離子電池企業(yè)態(tài)度各異，部分企業(yè)試圖通過石墨烯的應(yīng)用實現(xiàn)新的技術(shù)突破，而部分企業(yè)則對此項技術(shù)持觀望態(tài)度。

為推動我國在石墨烯儲能領(lǐng)域應(yīng)用的專利技術(shù)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為市場優(yōu)勢，報告建議，還可以從以下兩點作進一步完善和提升：

一是政府部門應(yīng)多舉措強化公眾知識產(chǎn)權(quán)意識。教育主管部門應(yīng)增加知識產(chǎn)權(quán)課程在高等教育尤其是研究生教育課程中的比重，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)，提高未來研發(fā)人員的知識產(chǎn)權(quán)認知水平；地方政府部門應(yīng)大力加強知識產(chǎn)權(quán)宣傳力度、拓寬宣傳渠道，通過組織培訓(xùn)、講座、大型論壇等形式，加強研發(fā)主體單位最高管理者在知識產(chǎn)權(quán)管理方面的主體意識，增加知識產(chǎn)權(quán)管理人員專業(yè)水平。在宣傳方向上，要注意糾正公眾對知識產(chǎn)權(quán)的重保護輕運用、重數(shù)量輕質(zhì)量等錯誤觀念。另外，鑒于政府的政策導(dǎo)向?qū)＠l(fā)展走向起著舉足輕重的作用，建議政府部門在引導(dǎo)和培育高價值專利產(chǎn)出時，制定更為科學(xué)合理的評估指標(biāo)。

二是研發(fā)主體應(yīng)將專利戰(zhàn)略與研發(fā)、市場緊密結(jié)合。在技術(shù)研發(fā)全過程中，通過對相關(guān)專利技術(shù)信息的跟蹤和解讀，了解行業(yè)的發(fā)展動態(tài)和熱點技術(shù)，制定和調(diào)整技術(shù)開發(fā)策略，合理進行專利規(guī)避。重視專利申請和布局，“產(chǎn)品未動，專利先行”，在石墨烯應(yīng)用于儲能領(lǐng)域這一新的技術(shù)賽道上，研發(fā)主體應(yīng)圍繞核心產(chǎn)品構(gòu)建自身的專利技術(shù)壁壘，為后續(xù)激烈的市場競爭奠定基礎(chǔ)。積極強化海外專利布局，通過有效而全面的專利布局為自身產(chǎn)品進入海外市場保駕護航。

石墨烯電池商業(yè)化規(guī)模

由于石墨烯基固態(tài)柔性鋰電池當(dāng)前處于實驗室階段，尚未實現(xiàn)商業(yè)化規(guī)模量產(chǎn)，市場暫未大范圍應(yīng)用。

因為石墨烯基固態(tài)柔性鋰電池和傳統(tǒng)業(yè)態(tài)鋰電池存在替換關(guān)系，根據(jù)動力電池和消費鋰電池市場規(guī)模估算石墨烯基固態(tài)柔性鋰電池潛在的市場規(guī)模。

分別假設(shè)石墨烯基固態(tài)柔性鋰電池2025年在動力電池市場滲透率為3%、5%、7%、10%的情景；消費電池市場相對門檻較低，預(yù)計滲透率分別為6%、8%、10%、15%，測算出2025年石墨烯基固態(tài)柔性鋰電池市場規(guī)模最高可達302.5億元，2020-2025E年復(fù)合增長率高達85.5%。

從固態(tài)電池到石墨烯基鋰電池，利用石墨烯材料離子電導(dǎo)率和電子遷移率較高的特性解決固態(tài)電池發(fā)展的技術(shù)難點，構(gòu)建以石墨烯為框架的固態(tài)柔性快充鋰電池，將給鋰電池市場打開新局面

固態(tài)鋰電池將是鋰電池實現(xiàn)能量密度突破的發(fā)展必經(jīng)之路。利用石墨烯材料離子電導(dǎo)率和電子遷移率較高的特性，構(gòu)建以石墨烯為框架的全固態(tài)鋰電池固態(tài)電解質(zhì)，將實現(xiàn)界面難題的突破。

利用石墨烯薄膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)電池金屬作為高導(dǎo)電集流體，制備可快速充放電的固態(tài)柔性鋰離子電池，具備柔性、安全、快充、高能量密度等競爭優(yōu)勢。同時，石墨烯作為集流體可促進電子傳輸和提高彎折時電極材料的穩(wěn)定性，即便是反復(fù)地彎曲、折疊和拉伸也無損，對于智能穿戴產(chǎn)品、柔性手機產(chǎn)品來說是不可替代的零部件。此外，固態(tài)電解質(zhì)具備耐高溫安全性能，因而具備剛性市場需求。

石墨烯通過阻止金屬氧化物納米粒子的團聚，且具有很強的相容性從而很好地彌補金屬氧化的不足。石墨烯基金屬氧化物復(fù)合使得兩者的優(yōu)勢性能產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，復(fù)合物充分利用了活性組分的優(yōu)勢，進而提高材料的電化學(xué)性能和穩(wěn)定性。因此，鋰離子電池具備高電量、高能量密度和穩(wěn)定的循環(huán)性等優(yōu)勢，電池的商業(yè)化潛力強勁。

隨著可穿戴設(shè)備、柔性手機等新型電子產(chǎn)品興起，消費鋰電池下游應(yīng)用范圍越來越廣，石墨烯基固態(tài)柔性電池賦能新應(yīng)用，新興應(yīng)用市場持續(xù)活躍，新興消費級電池市場有望迎來發(fā)展紅利。

兩輪電動車鋰電池率先實現(xiàn)石墨烯商用

在2014年時，雅迪在國內(nèi)電動車的領(lǐng)先地位可能還沒有如今這般龍頭地位明顯，但是秉承“技術(shù)導(dǎo)向”的雅迪，就已經(jīng)意識到了電動車電池的重要性。

當(dāng)時行業(yè)普遍選擇都是鉛酸電池，與鋰電池相比就是，最大的優(yōu)點就是成本具有競爭優(yōu)勢，并且安全性更好。不過，冬季續(xù)航縮水嚴重，也是普通鉛酸電池代表性的弱點。

而雅迪集團，機緣巧合之下，了解到了石墨烯電池概念，應(yīng)用于大容量儲能裝置，便萌生了將其與鉛酸電池結(jié)合起來的想法。

選擇了這一技術(shù)路線之后，雅迪便投入到了石墨烯電池的研究當(dāng)中，通過無數(shù)次在實驗室中的實驗，雅迪也終于拿出了初代石墨烯電池解決方案。

從2014年開始進行石墨烯電池研發(fā)以來，雅迪如今已經(jīng)在石墨烯電池領(lǐng)域深耕了7年。這7年間也是不斷開花結(jié)果，助力雅迪電動車登上國內(nèi)電動二輪車行業(yè)龍頭的水平。

此次發(fā)布的第三代石墨烯電池，在夏冬極端季節(jié)充放電方面性能優(yōu)異，冬季續(xù)航不衰減，夏季高溫不會充不滿。而且充放電性能穩(wěn)定可靠。這是因為第三代雅迪石墨烯電池升級石墨烯材料，采用高活性電解質(zhì)，帶來了更強的動力性能表現(xiàn)。

為了直觀展示三代石墨烯電池的低溫性能，雅迪又在一次挑戰(zhàn)極限，將電池在冰庫中冷凍超72小時，電池被完全冰凍。

為何要在冰庫中冷凍，而不是直接在低溫環(huán)境下騎行。原因很容易理解，為了在這里為大家展示。至于實車測試，雅迪的第三代石墨烯電池，首搭車型冠能二代E8，也在國內(nèi)最北的地方漠河，進行過數(shù)月的冬季測試，結(jié)果與在此展示的數(shù)據(jù)一致。雅迪三代石墨烯電池，最低溫度-20℃仍能夠正常放電，并且保持相對滿電的電池狀態(tài)。

天能新近發(fā)布的T9-MAX極電石墨烯電池，重新定義高端電動兩輪車用鉛蓄電池，率先引領(lǐng)行業(yè)向科技為導(dǎo)向的高端化前行。

T9-MAX極電石墨烯電池的發(fā)布徹底填補了行業(yè)缺乏科技型動力鉛電的空白，推動行業(yè)向更高端邁進。

在科技含量上，T9-MAX極電石墨烯電池率先啟用車規(guī)級鉛電技術(shù)——第一代PowerDurable耐用核心技術(shù)系統(tǒng)，通過能量緩釋技術(shù)、納米碳纖制備技術(shù)、五連智造技術(shù)，為產(chǎn)品在續(xù)航、使用壽命、耐低溫性能等方面的突破提供充足、可靠的技術(shù)支撐。

在性能卓越程度上，T9-MAX極電石墨烯電池在70%DOD狀態(tài)下充放電能達到1300次以上，遠超普通石墨烯電池；1C充電下一小時可充85%以上電量，同樣蓋過了普通石墨烯電池。