武汉中科先进材料科技有限公司

—锂离子电池正极材料及其前驱体—

专利导航报告

武汉中科先进材料科技有限公司

中部知光技术转移有限公司

2023年11月

摘 要

本报告根据武汉中科先进材料科技有限公司的需求，对锂离子电池正极材料及其前驱体技术相关专利进行分析。报告内容主要分为以下几个部分：锂离子电池正极材料及其前驱体技术全球专利分析、锂离子电池正极材料及其前驱体技术的一级技术分支专利分析（三元材料、磷酸铁锂、富锂锰基氧化物）、重要申请人专利分析（LG集团、宁德时代）、专利运营方案制定、专利导航以及布局和规划建议、专利导航项目成果应用，通过以上分析获得锂离子电池正极材料及其前驱体技术领域的技术热点和技术空白点等，并针对专利分析的结果提出专利导航和布局建议。

本报告第1章对锂离子电池正极材料及其前驱体技术的研究目的及方法、技术分解原则、以及本报告文献检索和数据处理的方式、相关事项和约定进行了简要阐述。

本报告第2章介绍了锂离子电池正极材料及其前驱体技术的发展概况，主要包括国内、国外锂离子电池正极材料及其前驱体技术总体发展情况。

本报告第3章对锂离子电池正极材料及其前驱体技术全球及国内专利进行分析，分析维度包括专利概况、申请趋势、申请区域、主要申请人、技术领域、全球专利布局，从而获取锂离子电池正极材料及其前驱体技术全球专利的详细情况。

本报告第4章章对锂离子电池正极材料及其前驱体技术的技术分支（三元材料、磷酸铁锂、富锂锰基氧化物）进行了系统分析，分析维度包括专利概况、申请趋势、申请区域、主要申请人、技术功效矩阵分析、重点专利分析，从而获取锂离子电池正极材料及其前驱体技术在各个技术分支中的技术发展情况及存在的重要核心专利。

本报告第5章~第6章分别对各重要申请人（LG集团、宁德时代）在锂离子电池正极材料及其前驱体技术专利进行了系统地分析，分析维度包括专利概况、申请趋势、申请区域、技术路线分析、重点专利分析等，从而获得重要申请人现阶段的研发情况。

本报告第7章对武汉中科先进材料科技有限公司所有专利依据P21专利价值评估模型，以事实数据为基础，综合数十项专利指标，全面考虑专利的法律、技术、市场等评估评估维度进行评估，给出不同级别专利的管理及运营方案。

本报告第8章提供高价值专利组合导航建议，先是针对专利分析的结果，对当前锂离子电池正极材料及其前驱体技术领域的专利信息进行总结、重要申请人专利研发方向总结，对当前锂离子电池正极材料及其前驱体技术领域的技术热点和技术空白点进行总结，并对项目团队未来的研发提出专利导航建议。

本报告第9章给出专利导航成果应用原则，包括知识产权管理完善规划、技术开发工作规划、产品保护工作规划。

本项目报告由中部知光技术转移有限公司专利分析团队共同完成。

我们衷心希望本项目能够为武汉中科先进材料科技有限公司锂离子电池正极材料及其前驱体技术项目研究组提供有益参考。由于时间和水平有限，研究范围未能覆盖锂离子电池正极材料及其前驱体技术的方方面面，且报告内容难免存在疏漏、不足或者偏颇，还望大家谅解并不吝批评指正。

第一章 研究概述

1.1 研究内容

本项目基于武汉中科先进材料科技有限公司的实际发展需求，选择以锂离子电池正极材料及其前驱体技术为本次专利导航的研究方向，以三元材料、磷酸铁锂、富锂锰基氧化物为重点技术进行专利分析研究。以了解全球、中国锂离子电池正极材料及其前驱体技术专利整体发展、布局态势，指导武汉中科先进材料科技有限公司提高创新研发起点，优化专利储备、布局，进而提高武汉中科先进材料科技有限公司锂离子电池正极材料及其前驱体技术、产品的市场竞争力。

1.2 技术分解表

结合调研情况，根据战略性新兴产业分类、国民经济分类和本报告的研究特点，确定本报告分析的锂离子电池正极材料及其前驱体技术的技术分解表如下：

表1-2-1 技术分解表

1.3 专利检索及数据处理

专利检索以智慧芽数据库(Patsnap数据库)检索数据为主。检索截止日为2023年11月8日，数据范围包括全球170个国家/地区。

各技术分支在检索中考虑数据库的特点，并根据技术特点确定最终检索策略。根据项目技术分支的相互独立性，采用“分—总”与“总—分”相结合的检索策略。对于技术分支，先全面检索、保证查全，再通过各种去噪方式(包括分类号去噪、关键词去噪以及人工阅读手工去噪)逐步剥离无关项，达到可接受的查准率。

在检索式的确定方面，主要遵循以下原则：

（1）根据项目分解表，对于各分支的关键技术，保留核心关键词，并进行充分扩展；

（2）其他关键词慎重取舍，对于每一个加入检索式或从检索式中去除的关键词，对其可能带来的噪声文献量进行判断评估；

（3）使用关键词时尽量减少使用带来歧义较多的关键词，尽量使用准确的逻辑运算符。

1.4 相关事项说明

1.4.1 术语约定及说明

1、同族专利

同一项发明在多个国家申请专利而产生的一组内容相同或基本相同的专利文献出版物，称为一个专利族或同族专利。从技术角度看，属于同一专利族的多件专利申请可视为同一项技术。

2、技术来源国

以专利申请优先权所涉及的专利技术原始国或地区。

3、申请日约定

以最早优先权日确定。

4、专利法律状态

有效：指专利处于授权状态，在法定保护期限内并按规定缴纳年费维持的专利；

审中：指目前专利局对该专利还没有做出授权、驳回等结论的正处于审查过程中的专利状态；

失效：指除了有权专利和审中的专利申请之外的其他专利申请，其包括专利权有效期届满或因费用终止等导致曾经获得的授权专利处于失效状态，也包括专利被驳回、视撤、实用新型无效等原因导致专利申请自始至终未获得专利权。

未确认：PCT申请或国外申请未更新法律状态。

PCT指定期满：包含两种情况，PCT进入指定国（指定期满）即已进入指定国，且已超出指定期限；PCT未进指定国（指定期满）即未进入任何指定国，且已超出指定期限。

PCT指定期内：PCT申请尚未超出进入国家指定期限。

1.4.2 相关名称约定

由于翻译或者存在子母公司、企业兼并等因素，在对专利申请人的表述上存在一定的差异。为了方便本项目的规范，以下对主要申请人名称进行统一。主要申请人名称约定见下表所示。

表1-4-1 主要申请人名称约定

第二章 锂离子电池正极材料及其前驱体技术发展情况

2.1 发展概述

锂离子电池是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li⁺从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。

图2-1-1 锂电池各模块组成图

在产业链中游，锂电池各模块组成如上图所示，其中，最值得关注的四个部分就是：正极、负极、隔膜和电解液。锂电池的正极材料和前驱体是构成锂电池的核心。

1、正极材料

正极材料一般可分为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料四类。正极材料是锂电池电化学性能的决定性因素，直接决定电池的能量密度及安全性，进而影响电池的综合性能。

目前，三元材料正极和LFP磷酸铁锂正极是两条主流正极材料。

三元材料正极一般是指镍盐、钴盐、锰盐三种成分进行不同比例调整组成的正极材料，因此称之为“三元”。有能量密度高，续航里程长的优点，但安全性相对较低，在高温作用下易发生燃烧或爆炸的现象。

而LFP磷酸铁锂正极材料具有比容量大、安全性高、性价比高以及循环寿命长等优点，被认为是最具应用前景的锂离子电池正极材料之一。

2、前驱体材料

前驱体材料号称锂电池正极材料的基因材料，决定正极材料的性能。

三元材料前驱体氢氧化镍钴锰/氢氧化镍钴铝的制备方法有三种。其一是控制结晶沉淀法，目前国内外主流三元前驱体企业均采用此方法；其二是金属合金熔融喷雾氧化法，此法工艺简单环保但易氧化不完全；其三是镍钴锰盐溶液喷雾焙烧法，用此方法可以制备镍钴锰的球形氧化物，工艺简单环保、成本低，但设备复杂，易腐蚀。

磷酸铁锂前驱体的合成目前有一步法和两步法。一步法即在同一个反应釜中进行磷酸铁的沉淀和晶型转化；二步法即将第一个反应釜中生成的黄色磷酸铁沉淀过滤后转移至另一个反应釜中。随着技术进步与产能扩张，磷酸铁的售价未来竞争激烈。此方法需要处理大量含硫酸铵或硫酸钠废水，环保处理成本较高¹。

市场上常见的锂离子电池正极材料和前驱体主要包括以下几种：

表2-1-1 锂离子电池正极材料和前驱体的种类

2.2 发展政策环境

近年来，中国锂电正极材料行业受到各级政府的高度重视和国家产业政策的重点支持。国家陆续出台了多项政策，鼓励锂电正极材料行业发展与创新，《锂离子电池行业规范条件(2021年本)》《2030年前碳达峰行动方案》《关于加快推动新型储能发展的指导意见》等产业政策为锂电正极材料行业的发展提供了明确、广阔的市场前景，为企业提供了良好的生产经营环境。

表2-2-1 2012-2022年中国锂离子电池正极材料及前驱体行业相关政策

2.3 市场规模及需求分析

1、全球

图2-3-1 2021全球锂电池正极材料结构

数据来源:起点研究

注：钴酸锂(LCO)、锰酸锂(LMO)、磷酸铁锂(LFP)以及三元正极材料(NCM及NCA)

2021年全球锂离子电池正极材料市场销售额达到了32亿美元，主要厂商有LG化学、容百科技、巴莫、当升等，其中三元材料总量69.4万吨，占比53.83%，磷酸铁锂出货量46.05万吨，占比35.73%。

图2-3-2 2020-2021全球锂电三元材料市场份额

数据来源:起点研究

三元材料生产企业主要分布在亚洲地区，市场分布较为分散，磷酸铁锂材料生产企业主要分布在中国，市场分布比较为集中，排名前五的企业市场占有率达67%，其中湖南裕能市场占比21%，排名第一。

图2-3-3 2020-2021全球锂电磷酸铁锂材料市场份额

数据来源:起点研究

目前全球锂离子电池正极材料市场规模已经达到数百亿美元，近几年年复合增长率超过15%。据市场研究机构预测，到2025年，全球锂离子电池市场将达到300亿美元，锂离子电池正极材料市场将占到整个锂离子电池市场的40%以上。其中，亚洲市场占据了全球市场的34.2%，欧洲市场占据了20.5%，北美市场占据了24.1%。

2、中国

随着下游新能源汽车行业和储能行业的快速发展，我国锂电池正极材料需求旺盛。为了满足旺盛的需求，近几年我国锂电池正极材料出货量不断增加，截至2022年，我国锂电池正极材料出货量达194.7万吨，较上年增长78%。

图2-3-4 2017-2022年我国锂电池正极材料出货量及增速

数据来源:观研报告网

其中，磷酸铁锂正极材料出货量114.2万吨，同比增长150.99%，在整个正极材料中的市场份额已经上升到58.65%；三元材料总体出货量为65.8万吨，同比增长55.92%；锰酸锂材料的出货量为6.9万吨，同比下降36.70%；钴酸锂材料的出货量为7.8万吨，同比下降26.42%。

图2-3-5 2017-2022年我国锂电池正极材料产值及增速

数据来源:观研报告网

锂电池正极材料出货量的增加随之带来的是产值的提升，市场规模持续扩大。截至2022年，我国锂电池正极材料的产值为4391.2亿元，同比增长209.4%。

图2-3-6 2019-2022年中国锂电池五大关键材料销售市场规模对比（亿元）

资料来源：EVTank，高工锂电(GGII)，平安证券研究所

图2-3-7 2019-2022年中国锂电池五大关键材料销售市场规模占比

资料来源：EVTank，高工锂电(GGII)，平安证券研究所

2022年国内三元材料、磷酸铁锂、负极材料、电解液、锂电铜箔、隔膜出货市场规模分别为2268.7、1655.9、755.4、650.0、390.4、176.5亿元，正极材料（包括三元材料和磷酸铁锂）占据绝对价值量最大值，市占率达到66.6%。

2019-2022年三元材料市占率保持相对稳定，市占率在40%左右；受销量
和单价齐增影响，磷酸铁锂占比大幅度提升，2022年提升至28.1%，同比上涨了16.6pcts；受正极材料价格大幅度涨价影响，负极、电解液、锂电铜箔、隔膜占比不同程度下降。

出货量：受益于动力电池在新能源汽车领域的运用，中国锂电正极材
料出货量保持高速增长势态。EVTank数据显示，2022年国内锂电正极材料出货量达到194.7万吨，同比增长78.0%。

出货结构：2021年磷酸铁锂材料出货量开始超过三元材料，成为出货量最多的锂电正极材料；2022年磷酸铁锂材料市占率进一步提升至58.7%，同比提升17.7pcts。三元材料降至33.8%，同比减小4.3%。

磷酸铁锂出货结构：目前主流产品以磷酸铁锂为主，磷酸锰铁锂多处于验证阶段，出货量较小，市场化进程有望提速。德方纳米、容百科技等企业均已投产磷酸锰铁锂新产品，国轩高科近期推出磷酸锰铁锂启晨电芯，能量密度高达190Wh/kg，装车后续航可达1000km，24年量产。

三元材料出货结构：高镍化趋势明显，2022年国内三元正极材料产量约为59.9万吨，其中高镍三元NCM811和NCA产量达到26.5万吨，总和占比达44.3%，较2021年提升7.1pcts。中镍三元NCM622市占率较2021年提升7.8pcts，主要由于长远锂科、南通瑞翔等企业高性价比中镍产品加速放量引起。

三元材料和磷酸铁锂市场份额逐渐扩大最主要归因于材料本身性能良好和应用领域快速发展两个因素。回顾正极材料发展历程，钴酸锂是第一代商业化的锂电池正极材料，其具有振实密度大、充放电稳定、工作电压高的优势，但循环性能和安全性能较差且原材料有限。在钴酸锂之后，研究最早的就是锰酸锂正极材料。锰储量丰富使得锰酸锂在原材料方面有明显的成本优势，并具有倍率性能好、安全性能佳等优势。但其较低的能量密度、较差的循环性能限制了它的下游应用，随后，碳酸铁锂和三元材料相继出现，它们在能量密度、安全性能、循环性能等方面有了较大改善，有效提升了材料的综合性能，成为行业的重大技术突破。

除了性能的不断完善使得磷酸铁锂和三元材料受到广泛青睐外，应用领域的快速发展也助力两者市占率不断提高。比较不同正极材料各应用领域发展速度可发现，钴酸锂和锰酸锂所应用的3C产品领域由于市场逐渐趋于饱和，2021-2026年复合增长率预计为6.5%，发展较为平稳。而磷酸铁锂和三元材料所适用的新能源乘用车领域在国家政策的支持下正在快速发展，2021-2026年复合增长率预计为50%左右，处于高速发展期。因此，磷酸铁锂和三元材料的市场需求将远大于钴酸锂和锰酸锂，渗透率不断提高。

2.4 产业链及产业竞争格局

1、产业链

正极材料是锂离子电池最为关键的原材料，锂电池正极材料上游为锂、钴、镍等矿物原材料，结合导电剂、粘结剂等制成前驱体。前驱体经过一定工艺合成后制得中游正极材料，应用于不同的领域。锂电池正极材料是锂电池电化学性能的决定性因素，对电池的能量密度及安全性能起主导作用，且正极材料的成本占比也较高。下游锂电池制造领域主要分为动力锂电池、消费锂电池与储能锂电池，最终应用于新能源汽车、手机、便捷式电脑与储电站等领域。

图2-4-1 锂电池正极材料产业链

资料来源：前瞻产业研究院，英大证券研究所

锂电池正极材料上游为锂、钴、镍等矿物原材料，结合导电剂、粘结剂等制成前驱体。前驱体经过一定工艺合成后制得正极材料，应用于不同的领域。下游锂电池制造领域主要分为动力锂电池、消费锂电池与储能锂电池，最终应用于新能源汽车、手机、便捷式电脑与储电站等领域。

1. 竞争格局

（1）全球锂电池正极材料龙头企业主要聚集在中、日、韩

全球正极材料的生产主要集中在中日韩三国，其中三元材料的核心专利则主要集中在美国3M公司。日本正极材料企业一直占据全球的技术高端，且主要供应给日本锂电企业，日本正极材料企业和锂电池企业具备明显的共生机制，双方在共同研发、商务协作上具备很强的合作性。

韩国的正极材料企业主要依赖三星SDI和LG化学的扶持，技术得到快速发展，ECOPRO成为SDI采购NCA的主要供应商，L&F的正极材料产销量在全球市场也排在前列。

中国正极材料厂商受益于国内新能源汽车的快速发展产能迅速扩张，具有一定的成本价格优势，同时学习韩系技术和管理经验，持续提升国际竞争力，但产品质量较日韩企业仍有差距。

表2-4-1 全球锂电池正极材料主要企业分布

资料来源：前瞻产业研究院

根据企业公开资料，2019年比利时的优美科(Umicore)与日本的住友金属(Sumitomo SMM)为全球锂电池正极材料领域产能布局最大的两大公司。从整体区域来看，统计到的11家中国企业的锂电池正极材料产能占全球的比例合计高达37%，可见，中国是全球正极材料主要的产能集中地。

随着锂电池正极材料市场规模的持续扩大，越来越多企业想从该市场中分一杯羹。再加上行业进入门槛较低，市场竞争尤为激烈。随着技术的不断创新，率先掌握先进技术的企业例如湖南裕能、德方纳米、天津巴莫等逐渐拥有主导地位，行业集中度进一步提升。2022年我国锂电池正极材料CR10大约为60%，较上年增长6.2个百分点。其中，前十企业中磷酸铁锂企业数量上升到6家，而三元材料企业数量下降到4家。湖南裕能以接近15%的总体市场份额排名第一，以三元材料和钴酸锂为主的天津巴莫总体出货量份额占比5%左右，排名第三。

（2）铁锂正极竞争：湖南裕能龙头地位坚实，第二梯队竞争激烈

图2-4-2 2023年Q1国内磷酸铁锂材料企业竞争格局（按产量）

资料来源：鑫椤资讯，公司年报及季报，Wind，平安证券研究所

湖南裕能龙头地位稳固，公司2021-2023Q1年产量占比分别为26.2%、29.0%、32.6%，稳步提升，主要得益于两大股东宁德时代与比亚迪的需求量稳增。

行业集中度提升，磷酸铁锂正极材料CR4产量集中度总体呈上升趋势，2021-2023Q1磷酸铁锂材料产量CR4分别为62.3%、62.3%、64.5%。

第二梯队竞争激烈。德方纳米2021-2023Q1产量占比分别为20.9%、15.9%、18.7%，2023Q1占比上涨2.8pcts。2023Q1磷酸铁锂产量排名第三至第五名分别为融通高科、安达科技、万润新能，产量接近，竞争激烈。前十中，金堂时代是新进入者，2023Q1产量跃居第六，为宁德时代全资子公司。

（3）三元正极竞争：容百科技龙头地位稳固，行业集中度逐年提升

图2-4-3 2023年Q1国内三元正极材料企业竞争格局

资料来源：鑫椤资讯，公司年报，平安证券研究所

容百科技龙头地位稳固，2021-2023Q1国内三元正极材料产量占比分别达到12.4%、15.5%、22.6%，2023年Q1产量占比提升7.1%，主营产品为NCM811，下游市场需求稳健，在整体市场淡季仍保持高需求量。头部企业市场占比拉大，竞争市场进一步加剧。

三元正极行业集中度逐年提升，CR4由2021年的44.9%上升至2023Q1的56.8%。

正极材料企业多有国资背景企业。正极材料具备投资门槛高（万吨投资额高达3.3-6.5亿元）、流动资金要求高（材料成本占比超90%，且资源型企业要求账期短）特征，存在多家国资控股上市企业，包括当升科技、长远锂科、振华新材、厦钨新能等。

2.5 未来发展趋势

1、磷酸锰铁锂是磷酸铁锂升级方向

目前磷酸铁锂和三元正极材料无法同时兼顾低成本、高安全性、长循环寿命和高能量密度，行业也在不停地探索新正极材料以期能同时兼顾这些优点。磷酸锰铁锂（LMFP）作为磷酸铁锂的升级版，磷酸锰铁锂是在磷酸铁锂的基础上掺杂一定比例的锰（Mn）而形成的新型磷酸盐类锂离子电池正极材料。与磷酸铁锂相比，磷酸锰铁锂具有更高的电压平台，能量密度可以比其高出15%左右，且保留了磷酸铁锂电芯的安全性及低成本特性。

1）磷酸锰铁锂的制备工艺及性能优化路径

制备方法与磷酸铁锂类似，主要有固相法和液相法。磷酸锰铁锂的制备方法可分为固相法和液相法两大类，其中，高温固相法、共沉淀法、喷雾干燥法工艺简单，适用于大规模生产，但高温固相法相比于共沉淀法、喷雾干燥法，其产品质量稍差。磷酸锰铁锂与磷酸铁锂均属于磷酸盐系材料，因此制备工艺和使用设备类似，主要区别是磷酸锰铁锂需补充锰源，烧结的温度和工艺稍有改变。

磷酸锰铁锂材料尚有不足，须通过改性技术改善。磷酸锰铁锂过去受限于其较低的导电性能与倍率性能，商业化的进程缓慢。随着碳包覆、纳米化等改性技术的进步，一定程度改善了其导电性，磷酸锰铁锂产业化进程开始加速。磷酸锰铁锂制备工艺与现有磷酸铁锂生产体系区别不大，主要需要通过包覆、掺杂、纳米化等改性技术来解决其电导率较低的问题，两者成本差异也在可接受范围之内。

碳包覆：有效提升材料导电性能和循环性能。①将导电材料包覆在磷酸铁锂材料表面，形成有效的锂离子扩散通道，提高导电率；②防止磷酸锰铁锂颗粒团聚，提升均一性，提高电导率、稳定性。③抑制一部分锰离子的析出，提高电池循环寿命。在实际应用中，碳材料是进行包覆时的首选材料。

纳米化：改善倍率性能和低温性能。纳米化主要通过机械球磨、控制煅烧温度等方法来减小材料晶体粒径。①减小材料颗粒的尺寸可以缩短离子的扩散路径，提高电导率从而提升倍率放电性能；②减小晶体粒径提升了材料的比表面积，增大与电解液的接触界面，降低电极界面阻抗，改善循环寿命、低温性能等电化学性能。

离子掺杂：有效改善电化学性能。掺杂原子可选择不同的半径，小半径原子掺入晶体后晶格间距会变小，锂离子的扩散通道会变短，提升锂离子传递效率；大半径原子经过原位掺杂替代晶体中的原子，使晶格间距变大，利于更多的锂离子通过，也会提升锂离子的传递效率。以重庆长安新能源汽车科技有限公司发布的专利为例，掺杂镁、镍金属离子，可以提高磷酸锰铁锂正极的导电性，从而提升倍率性能；同时获得更高的比容量，循环性能更好。

磷酸锰铁锂与其它材料混合：磷酸铁锰铁锂和其他材料复合，有望取长补短，综合不同材料的优势。①与三元材料复合，改善倍率性能、循环寿命和安全性。②添加导电剂（碳纳米管、炭黑、SuperP-Li及导电石墨等），提高电子电导率、提高锂离子迁移速率以提高充放电效率和循环寿命、改善低温特性等；③添加补锂剂，通过过量的锂元素来提升电化学性能。

2）产业化前夕，多企业布局

磷酸锰铁锂综合了磷酸铁锂和三元材料的优点，且生产工艺与磷酸铁锂相似，生产企业学习成本低，随着产能释放、工艺优化以及改性技术的发展，磷酸锰铁锂竞争优势不断强化，通过替代部分磷酸铁锂需求以及通过与三元材料形成复合材料而不断提高渗透率。磷酸锰铁锂的需求领域主要来自于电动两轮车、中低端电动车以及储能领域。

多重优势使磷酸锰铁锂愈发受到市场青睐。目前，电池企业、正极材料厂商正积极布局磷酸锰铁锂产能，经历一两年左右的认证周期和生产放量后，磷酸锰铁锂将步入产业化进程。随着国内多个磷酸锰铁锂材料项目的建成投产，以及头部电池企业应用带动，目前整体来看，随着产品验证以及项目的建设，2023年或是磷酸锰铁锂批量化生产和应用节点。动力电池企业方面，目前拥有磷酸锰铁锂技术储备的电池厂商包括：宁德时代、比亚迪、国轩高科等，主要以专利技术研发、投资布局为主。

2、三元正极技术不断迭代

高镍、高压、单晶化是三元材料未来的技术升级路径。产业新周期下，电池能量密度、安全性能等方面要求愈发严苛，同时随着锂电原材料价格跳涨，降本增效呼声渐高，催生出对三元正极能量密度、安全性能、成本性价比的进一步探索。根据能量密度公式，在同样质量下为实现能量密度的提升，主要通过提升材料的充电电压上限（高电压化）与提升镍含量（高镍化）来提高三元正极材料的能量密度。同时单晶化可以提高锂电池的体积容量，提升锂电池的安全性。高镍化、高电压化、单晶化成为三元材料未来的发展趋势。

1）高镍化：高镍三元将成为主流

在三元材料成本构成中，钴材料成本占比较大。为降低锂电池成本，正极材料将向着高镍、低钴或无钴化的方向发展。以目前市场产品型号为例，从3系到8系三元材料，镍含量持续提升，钴含量一直在降低，在提升锂电池能量密度的同时，有效降低三元材料对钴金属的依赖，满足降低锂电池成本和新能源汽车长续航里程的需求。

高镍三元工艺复杂，具有较高的技术壁垒。从制备工艺来看，三元正极材料主要通过烧结法制备，在获得中间产物三元前驱体后，通过添加锂盐，经过混料装钵、烧结、粉碎、筛分、除铁等步骤，制成三元正极成品。与低镍和中低镍三元相比，高镍三元材料以8系前驱体和氢氧化锂为原材料，需要经过三次烧结，每吨生产需要128个工时，在原材料要求和工艺复杂程度方面均高于低镍和中低镍三元材料。

高镍化趋势下，三元材料企业均积极布局高镍三元领域。目前高镍产品的销售市场以境外住友金属矿山、韩国Ecopro，境内容百科技为主。国内已有部分企业能够实现批量化生产8系NCM及NCA正极材料，代表性企业包括容百科技、巴莫科技、当升科技、杉杉能源、长远锂科等，境外则包括住友金属矿山、韩国Ecopro、BASFToda、日亚化学以及韩国L&F等，其中住友以及Ecopro与容百科技规模同处万吨级别，其余都是千吨级的出货量。

高镍化方向上来看，镍含量越高，同等电压条件下比容量越高，但镍离子与锂离子半径接近，其结构发生阳离子混排可能性也越高，容易导致材料的比容量降低，倍率性能减弱，材料表面稳定性的降低也更易引发安全问题。同时，8系以上的高镍三元正极材料的工艺流程对于窑炉设备、匣钵、反应气氛等均有特殊的要求，往往涉及多次烧结，在保障产品的批次稳定性和一致性上实现难度更大。目前，行业主要通过掺杂、表面包覆等技术方法对材料进行改性，以使得高镍三元材料在热稳定性得到增强的同时减少应用过程中所发生的副反应。

预计2025年高镍三元将成为主流，出货量达173万吨。当前市场NCM811技术基本成熟，宁德时代、松下、LG新能源、三星SDI等厂商均已实现大规模量产。为满足更高能量密度需求并降低钴含量，更多厂商选择开发9系NCM电池。9系NCM能量密度可超300Wh/kg，并且钴含量降低至5%-10%。根据容百科技问询函回复公告援引GGII及高工锂电网数据，2020年全球高镍三元出货量约14万吨，约占三元整体出货量的33%，预计2025年高镍三元出货量将达173万吨，占三元整体出货量的比例将达到58%。

2）高电压化：综合性能优越，应用提速

除高镍化外，高压化也可增加电池能量密度。高电压化路线是以中镍三元材料为基础，通过提高其电压平台使得正极材料在更高电压下脱出更多的锂离子，从而实现更高比容量和平均放电电压，进而达到提升能量密度的目的。从当前实际应用的主要产品来看，高电压Ni6系典型产品（Ni65）的实际能量密度735.15Wh/kg已与Ni8系典型产品的739.32Wh/kg接近。同时，由于高电压材料的镍含量相对较低，生产工艺不如高镍三元复杂，因此高电压化正极材料在提升能量密度的同时还兼具了一定的安全性改善。

凭借优越的综合性能，高电压化三元材料市场日渐打开，主要正极厂商、部分电池企业入局此领域，并加速其应用。正极厂商方面，厦钨新能开发出新款4.4V高电压6系三元材料，并成功应用到续航里程超过1000公里的电动车上；长远锂科高电压4.3V和4.35V三元正极材料已批量用于动力电池领域，4.4V三元正极材料逐步应用于数码电池领域。电池厂商方面，中创新航于2020年在全球率先采用高电压三元电池材料技术量产590模组电池；其高电压快充三元锂电芯还将搭载于Smart精灵#1，其能量密度达到250Wh/kg以上的行业领先水平，支持150kW超级快充、100kW快充及7.2kW慢充，且在保持80%容量的前提下，可支持10年30万公里的使用寿命。

但目前高电压三元正极材料还面临着一系列挑战。高电压下，由于锂离子大量脱出，三元正极材料容易出现晶体结构稳定性差、离子混排、不可逆相变等一系列问题，从而造成电池循环寿命短、热稳定性低、电解液消耗等宏观电池失效行为。需通过金属离子掺杂、构建人工包覆层、匹配高电压电解液及添加剂等手段，对上述系列问题进行抑制。

三元高镍化/高电压化推动瓦时成本下降。从成本端来看，高镍三元正极材料往超高镍化发展，钴金属的使用减少，而高电压三元正极材料依托更高的电压平台可实现在同样中镍材料成本体系下能量密度的提升，两者在进一步提升电池能量密度的同时，也带来了三元锂电池瓦时成本的有效降低。

3）单晶化：两条发展路线并行，市场需求快速增长

从晶体结构方面划分，三元正极材料可以分为单晶型和多晶型三元正极材料。单晶指由一个晶核在各个方向上均衡生长起来的晶体，其内部结构基本上是一个完整的晶格，而多晶是由很多取向不同的单晶颗粒结合而成，其整个晶体结构中不是由同一晶格所贯穿，常规的多晶三元正极材料是以二次球形颗粒团聚形式而存在。单晶技术通过使用特殊前驱体及烧结工艺，实现三元正极材料形成晶体的特殊结构，在保持现有的容量和充放电平台的基础上，设法提高正极材料的单晶粒度，从而提高其振实密度，提高锂电池的体积容量，并大幅度地提升锂电池的安全性，使锂电池的品质得到大幅度提升。

国外以多晶三元技术为主，国内单晶三元和多晶三元技术并行。单晶三元材料的研究已久，但由于早期对材料体系的研发路线和专利储备的侧重，海外日韩系电池厂的主流三元材料基本以多晶三元材料为主，并由国内头部正极材料企业逐步导入国内市场。2009年振华新材在国内较早推出一次颗粒大单晶NCM523产品，而后厦钨新能、长远锂科等头部正极企业相继突破单晶制作工艺。2017年下半年，随着宁德时代等头部电池企业开始将其应用于在动力电池，单晶材料逐步实现在国内市场放量。

单晶化有两条发展路线。一是，中低镍单晶路线。大单晶产品负载电压更高，国内部分中低镍单晶材料通过高电压可与多晶高镍能量密度相当，如Ni55、NCM613等产品贵金属含量更低，产品在满足能量密度同时具有更高性价比。二是，高镍单晶路线。高镍环境下三元材料稳定性欠佳，单晶化学性质稳定，具有更好的循环性能，相应掺杂可提升高镍三元材料的安全性能。

单晶化打破了能量密度高和热稳定性差的两难困境。与团聚颗粒相比，单晶颗粒由于比表面积小，压实密度高，即使经过多次充放电，也不会像团聚材料出现裂痕，因此电池的循环寿命长，稳定性好，解决了高镍材料热稳定性差的问题。此外，单晶材料与电解液的界面反应少，高电压下，团聚材料的产气问题有明显改善。电池产气导致鼓胀和变形，还会使得极片之间贴合不紧，引起电池性能的衰降，影响循环寿命。

单晶化方向上来看，大单晶三元正极材料的生产与合成需要克服大单晶对容量及功率性能的负面影响，同时需解决直流内阻大的问题。目前，行业主要通过掺杂和表面改性技术，以降低产品游离锂、改善材料调浆稳定性，降低直流内阻，提高单晶三元材料在高温、高镍和高电压环境下的循环稳定性。

单晶三元正极材料渗透率逐步提升。2017年国内单晶三元正极材料产量不足万吨。进入2018年以后，国内单晶三元材料产量迅速增长，年产量跃升至4.9万吨左右，其中90%以上的单晶三元材料应用在动力电池领域。2020年由于比亚迪全系切换磷酸铁锂刀片电池6系单晶三元市占率有所降低。随着下游动力电池企业的逐步导入，2021年国内单晶三元总产量跃升至14.4万吨，同比增长89.5%。未来随着单晶颗粒制备工艺不断突破，其倍率性能和容量短板或将得到解决，单晶三元材料有望持续放量。

3、降本诉求下行业一体化趋势明显

正极材料作为锂离子电池原材料成本中占比最高的环节，其成本占到总成本的30-60%，成为锂电池降本的重点。对于锂电池生产厂商而言，原材料外采的成本远高于自供，因此以宁德时代、LG化学、国轩高科、亿纬锂能等为代表的电池厂商纵向深化一体化布局正极材料，以自建或合资方式建立正极材料产线，实现材料降本及保供，行业一体化趋势明显。

磷酸铁锂正极产业链前端涉及磷、铁、锂等不可或缺资源，一体化布局将有助于改善磷酸铁锂成本，同时磷化工行业有其自身的环保及技术壁垒，锂电材料厂商联手磷化工企业扩建磷酸铁锂正极项目有助于降低风险，发挥各自擅长。例如国轩高科子公司国轩科宏投产其自主研发的单体电芯能量密度≥210Wh/kg的高性能磷酸铁锂正极材料，主要应用于高端新能源汽车及储能产品。

三元材料产业链上游前驱体材料涉及镍、钴等关键矿产资源，由于全球钴、镍等资源分布集中，为保障原料供应稳定和降低成本，三元材料头部厂商都在积极布局正极材料一体化，自建三元前驱体，并深化和产业链前端镍、钴资源厂商的合作。例如宁德时代纳入容百科技、长远锂科、巴莫科技、振华新材、杉杉能源、厦钨新能等多家三元材料供应商，还与其控股子公司广东邦普出资36亿元成立合资公司，从事正极材料及相关资源的投资和经营，并由其控股子公司宁德邦普投资91亿元建设年产10万吨三元材料及前驱体项目。

第三章 锂离子电池正极材料及其前驱体技术全球专利分析

3.1 全球专利情况分析

3.1.1 法律状态分析

截至检索截止日，通过智慧芽数据库检索和筛选，全球累计申请锂离子电池正极材料及其前驱体技术相关专利19798件，发明专利占比96.74%，实用新型专利占比3.26%。

为了解锂离子电池正极材料及其前驱体技术全球创新动态，以下对锂离子电池正极材料及其前驱体技术全球专利申请的法律状态情况进行分析，结果如下图所示。

图3-1-1 锂离子电池正极材料及其前驱体技术专利法律状态

从上图中可以看出，全球锂离子电池正极材料及其前驱体技术相关专利中，有效专利7112件，约占总数35.92%；失效专利5772件，约占总数29.15%；审中专利5737件，约占总数28.98%；PCT专利1108件，约占总数5.60%。

对失效专利进行进一步分析可知，48.94%因驳回而失效、29.44%因撤回而失效、13.87%因未缴年费而失效，可见，失效专利多因专利不具备可专利性而失效。

由此可以看出，锂离子电池正极材料及其前驱体技术相关专利主要以创新性更高的发明专利为主，审中专利占比相对较高（28.98%），可见该领域申请人专利申请热情较高，后续申请人需重点关注专利质量的提升。

3.1.2 申请趋势分析

1、全球专利变化趋势

为了解全球锂离子电池正极材料及其前驱体技术创新动态，以下对锂离子电池正极材料及其前驱体技术近二十年全球专利申请及授权趋势进行分析，结果如下图所示。

图3-1-2 锂离子电池正极材料及其前驱体技术全球专利申请和授权趋势

由于专利公开的滞后性，近两年的专利申请数据仅供参考。从上图中可以看出，近二十年全球锂离子电池正极材料及其前驱体技术相关专利申请呈现较为平稳的增长趋势，处在技术发展成长期，专利申请量及申请人数量都逐年增加。

2、技术分支专利变化趋势

为了解三元材料、磷酸铁锂、富锂锰基氧化物的创新动态，以下对三元材料、磷酸铁锂、富锂锰基氧化物技术分支全球专利申请量近二十年随年份变化的趋势情况进行对比分析，结果如下图所示。

图3-1-3 锂离子电池正极材料及其前驱体技术分支全球专利申请趋势

由于专利公开的滞后性，2022年和2023年专利申请数据仅供参考。从上图3-1-3中可以看出：三元材料相关专利申请整体呈现增长趋势，2010-2018年间专利申请量增速明显；磷酸铁锂相关专利申请整体呈现增长趋势，2020年以前增速较慢，之后增速较大；富锂锰基氧化物相关专利申请较少，2018年、2021年有超过10件的专利申请，其他年份专利申请量在2件上下波动。

3.1.3 竞争格局分析

为了解锂离子电池正极材料及其前驱体技术创新区域，以下对锂离子电池正极材料及其前驱体技术全球专利申请的主要技术来源国及其分布情况进行分析，结果如下图所示。

图3-1-4 锂离子电池正极材料及其前驱体技术专利技术来源国

从上图中可以看出，在锂离子电池正极材料及其前驱体技术来源国方面，中国、韩国、日本排名前三位，占比分别为74.07%、8.61%、7.83%。可见，中国是锂离子电池正极材料及其前驱体相关技术领域专利申请量最大的区域。

为了解全球锂离子电池正极材料及其前驱体技术创新国家/区域，以下对锂离子电池正极材料及其前驱体技术全球专利申请布局的主要国家/区域分布情况进行分析，结果如下图所示。

图3-1-5 锂离子电池正极材料及其前驱体技术专利申请区域

从上图中可以看出，全球锂离子电池正极材料及其前驱体技术相关专利中，中国、美国、韩国、日本是专利布局最多的国家，这三个国家的专利布局量占全球专利总量的80%以上，可见中国、美国、韩国、日本是锂离子电池正极材料及其前驱体技术领域的重要市场国。

3.1.4 优势竞争者分析

为了解全球锂离子电池正极材料及其前驱体技术创新主体现状，以下对锂离子电池正极材料及其前驱体技术全球专利申请量排名前十五的申请人分布情况进行分析，结果如下图所示。

图3-1-6 锂离子电池正极材料及其前驱体技术全球专利申请量排名前十五申请人

从上图中可以看出，全球锂离子电池正极材料及其前驱体技术相关专利申请量排名前十五的申请人包括宁德时代（中国）、LG（韩国）、住友（日本）、国轩高科（中国）、中国科学院（中国）、比亚迪（中国）、新能源科技（中国）、中南大学（中国）、蜂巢能源科技（中国）、亿纬锂能（中国）、POSCO（韩国）、三星（韩国）、格林美（中国）、长沙聚能充新能源有限公司（中国）、巴斯夫（德国）。包括10个中国申请人、3个韩国申请人、1个日本申请人，1个德国申请人。

综合分析可知，中国在锂离子电池正极材料及其前驱体技术领域市场竞争活跃度较高且创新实力较强。

3.1.5 发明人分析

为了解锂离子电池正极材料及其前驱体技术领域的发明人分布情况，以下对锂离子电池正极材料及其前驱体技术全球专利拥有量排名前十五的发明人分布情况进行分析，结果如下表所示。

表3-1-1 锂离子电池正极材料及其前驱体技术领域专利申请量排名前十五的发明人情况

由上表分析可知，锂离子电池正极材料及其前驱体技术领域专利申请量排名前十五的发明人中大部分来自宁德时代新能源科技股份有限公司旗下公司，如湖南邦普循环科技有限公司、广东邦普循环科技有限公司、湖南邦普汽车循环有限公司，可见宁德时代发明人在该领域的创新实力较强。

3.1.6 技术分支分析

1、IPC分布

为了解锂离子电池正极材料及其前驱体技术领域的创新技术分布情况，对该技术的全球相关专利进行IPC分类分析，结果如下图所示。

表3-1-2 锂离子电池正极材料及其前驱体技术专利IPC分布及释义

根据以上分析可知，从IPC分类角度来看，锂离子电池正极材料及其前驱体技术领域的专利主要集中在H01M10/0525摇椅式电池，即其两个电极均插入或嵌入有锂的电池；锂离子电池（占比23.70%）、H01M4/525插入或嵌入轻金属且含铁、钴或镍的混合氧化物或氢氧化物的（占比15.62%）、H01M4/505插入或嵌入轻金属且含锰的混合氧化物或氢氧化物（占比13.64%）。

2、技术分支

根据技术分解表，以下对锂离子电池正极材料及其前驱体技术相关专利申请二级技术分支分布情况进行分析，结果如下图所示。

图3-1-7 锂离子电池正极材料及其前驱体技术专利申请技术分支分布

从上图中可以看出，在锂离子电池正极材料及其前驱体技术全球专利申请中，三元材料领域相关专利相对占比较高。

3.1.7 小结

结合上述情况，锂离子电池正极材料及其前驱体技术全球专利分析的主要结论如下：

1、全球累计申请锂离子电池正极材料及其前驱体技术相关专利19798件，发明专利占比96.74%，实用新型专利占比3.26%；

2、锂离子电池正极材料及其前驱体技术相关专利主要以创新性更高的发明专利为主，审中专利占比相对较高（28.98%），可见该领域申请人专利申请热情较高，后续申请人需重点关注专利质量的提升；

3、近二十年全球锂离子电池正极材料及其前驱体技术相关专利申请呈现较为平稳的增长趋势，处在技术发展成长期，专利申请量及申请人数量都逐年增加；

三元材料相关专利申请整体呈现增长趋势，2010-2018年间专利申请量增速明显，2018年之间专利申请量增速平缓；磷酸铁锂相关专利申请整体呈现增长趋势，2020年以前增速较慢，之后增速较大；富锂锰基氧化物相关专利申请较少，2018年、2021年有超过10件的专利申请，其他年份专利申请量在2件上下波动。

4、在锂离子电池正极材料及其前驱体技术来源国方面，中国、韩国、日本排名前三位，占比分别为74.07%、8.61%、7.83%。可见，中国在锂离子电池正极材料及其前驱体相关技术领域具有较为明显的技术优势；

5、全球锂离子电池正极材料及其前驱体技术相关专利中，中国、美国、韩国、日本是专利布局最多的国家，这三个国家的专利布局量占全球专利总量的80%以上，可见中国、美国、韩国、日本是锂离子电池正极材料及其前驱体技术领域的重要市场国；

6、中国在锂离子电池正极材料及其前驱体技术领域市场竞争活跃度较高且创新实力较强；

7、锂离子电池正极材料及其前驱体技术领域专利申请量排名前十五的发明人中大部分来自宁德时代新能源科技股份有限公司旗下公司，如湖南邦普循环科技有限公司、广东邦普循环科技有限公司、湖南邦普汽车循环有限公司。

8、锂离子电池正极材料及其前驱体技术领域的专利主要集中在H01M10/0525摇椅式电池，即其两个电极均插入或嵌入有锂的电池；锂离子电池（占比23.70%）、H01M4/525插入或嵌入轻金属且含铁、钴或镍的混合氧化物或氢氧化物的（占比15.62%）、H01M4/505插入或嵌入轻金属且含锰的混合氧化物或氢氧化物（占比13.64%）；

从技术分支来看，三元材料领域相关专利相对占比较高。

3.2 中国专利情况分析

3.2.1 法律状态分析

截至检索截止日，通过智慧芽数据库检索和筛选，锂离子电池正极材料及其前驱体技术在中国累计申请相关专利13439件，发明专利占比95.42%，实用新型专利占比4.58%。

为了解锂离子电池正极材料及其前驱体技术中国专利创新动态，以下对锂离子电池正极材料及其前驱体技术中国专利申请的法律状态情况进行分析，结果如下图所示。

图3-2-1 锂离子电池正极材料及其前驱体技术专利法律状态

从上图中可以看出，锂离子电池正极材料及其前驱体技术相关中国专利中，失效专利4448件，约占总数33.1%；有效专利4811，约占总数35.8%；审中专利4180件，约占总数31.1%。

和全球专利相比来看，中国专利中发明专利占比低于全球专利，但审中专利占比高于全球，可见，虽然中国专利发明占比低于全球，但申请人对中国专利的申请热情显著高于全球。

3.2.2 申请趋势分析

1、中国专利变化趋势

为了解锂离子电池正极材料及其前驱体技术中国专利的创新动态，以下对锂离子电池正极材料及其前驱体技术近二十年中国专利申请及授权趋势进行分析，结果如下图所示。

图3-2-2 锂离子电池正极材料及其前驱体技术中国专利申请和授权趋势

由于专利公开的滞后性，2023年专利申请数据仅供参考。从上图中可以看出，2004-2010年间中国专利处于低位平稳发展，年均专利申请量100件左右；2016-2022年间中国专利处于增长阶段，且2020-2022年间专利总量增势明显。

授权率方面，近年来随着国内相关技术的提升，中国专利授权率略低于全球。

2、技术分支专利变化趋势

为了解锂离子电池正极材料及其前驱体技术分支的创新动态，以下对锂离子电池正极材料及其前驱体技术分支中国专利申请量近二十多年随年份变化的趋势情况进行对比分析，结果如下图所示。

图3-2-3 锂离子电池正极材料及其前驱体技术各技术分支中国专利申请趋势

由于专利公开的滞后性，2023年专利申请数据仅供参考。从上图中可以看出，三元材料在2009年以前处于缓慢增长的趋势，2015年后呈现爆发式增长；磷酸铁锂在2018年前专利申请增长较慢，2019年后呈现迅猛增长；富锂锰基氧化物从2018年开始呈现快速增长的趋势，其中在2022年达到顶峰（14件）。

3.2.3 竞争格局分析

为了解锂离子电池正极材料及其前驱体技术创新区域，以下对锂离子电池正极材料及其前驱体技术中国专利申请的主要技术来源国及其分布情况进行分析，结果如下图所示。

图3-2-4 锂离子电池正极材料及其前驱体技术中国专利技术来源国

从上图中可以看出，在锂离子电池正极材料及其前驱体技术来源国方面，中国、韩国、日本排名前三位，其中，中国申请人在中国申请的专利占比超过90%，可见，中国专利主要是中国本土申请人申请。

图3-2-5 锂离子电池正极材料及其前驱体技术中国专利各省市分布

从上图中可以看出，在锂离子电池正极材料及其前驱体技术中国专利省市分布方面，广东相关专利申请的量较多，其次是江苏、湖南、浙江等，总体而言，在经济相对更发达的广东、江苏、浙江、北京、湖北、安徽相关专利申请更多。

3.2.4 优势竞争者分析

为了解中国锂离子电池正极材料及其前驱体技术创新主体现状，以下对锂离子电池正极材料及其前驱体技术中国专利申请量排名前十五的申请人分布情况进行分析，结果如下图所示。

图3-2-6 锂离子电池正极材料及其前驱体技术中国专利申请量排名前十五申请人

从上图中可以看出，中国锂离子电池正极材料及其前驱体技术相关专利申请量排名靠前的申请人包括宁德时代（组）、国轩高科（组）、中国科学院（组）、

中南大学、亿纬锂能（组）、格林美（组）、蜂巢能源科技（组）、长沙聚能充新能源有限公司、新能源科技（组）、比亚迪(组)。排名前三的申请人专利量靠前主要是因为其对锂离子电池正极材料及其前驱体技术研发较强导致的。

分析可知，在中国申请专利的基本为中国锂电领域的大型企业，其中，宁德时代（组）、国轩高科（组）、中国科学院（组）专利申请量较其他申请人多，表明宁德时代（组）、国轩高科（组）、中国科学院（组）在锂离子电池正极材料及其前驱体技术方面的研发投入与企业研发活跃度较高。

3.2.5 发明人分析

为了解锂离子电池正极材料及其前驱体技术领域中国专利的发明人分布情况，以下对锂离子电池正极材料及其前驱体技术中国专利拥有量排名前十五的发明人分布情况进行分析，结果如下表所示。

表3-2-1 锂离子电池正极材料及其前驱体技术领域中国专利申请量排名前十五的发明人

由上表分析可知，锂离子电池正极材料及其前驱体技术领域中国专利申请量排名前十五的发明人大部分来自宁德时代（5个）、长沙聚能充新能源有限公司（2个），其中全球专利中宁德时代也有多个发明人上榜前十五，可见，宁德时代不论是在全球还是在中国市场，都十分注重专利布局。

3.2.6 技术分支分析

1、IPC分布

为了解锂离子电池正极材料及其前驱体技术领域的创新技术分布情况，对该技术的中国专利进行IPC分类分析，结果如下图所示。

图3-2-7 锂离子电池正极材料及其前驱体技术专利IPC分布

根据上图分析可知，从IPC分类角度来看，锂离子电池正极材料及其前驱体技术领域的中国专利主要集中在H01M10/0525两个电极均插入或嵌入有锂的电池、H01M4/525插入或嵌入轻金属且含铁、钴或镍的混合氧化物、H01M4/505插入或嵌入轻金属且含锰的混合氧化物或氢氧化物、H01M4/62在活性物质中非活性材料成分的选择、H01M4/36作为活性物质、活性体、活性液体的材料的选择。

2、技术分支

根据技术分解表，以下对锂离子电池正极材料及其前驱体技术相关专利申请二级技术分支分布情况进行分析，结果如下图所示。

图3-2-8 锂离子电池正极材料及其前驱体技术专利申请技术分支分布

从上图中可以看出，在锂离子电池正极材料及其前驱体技术中国专利申请中，三元材料领域相关专利相对占比较高，这与全球专利的布局一致，磷酸铁锂占比31.64%,富锂锰基氧化物占比0.33%。

3.2.7 小结

结合上述情况，锂离子电池正极材料及其前驱体技术中国专利分析的主要结论如下：

1、和全球专利相比来看，中国专利中发明专利占比低于全球专利，但审中专利占比高于全球，可见，虽然中国专利发明占比低于全球，但申请人对中国专利的申请热情显著高于全球；

2、2004-2010年间中国专利处于低位发展，年均专利申请量100件左右；2016-2022年间中国专利增长较快，且2020-2022年间专利总量增势明显。授权率方面，近年来随着国内相关技术的提升，中国专利授权率略低于全球；

3、在锂离子电池正极材料及其前驱体技术技术来源国方面，中国、韩国、日本排名前三位，其中，中国申请人在中国申请的专利占比超过90%，可见，中国专利主要是本地申请人申请。在锂离子电池正极材料及其前驱体技术中国专利省市分布方面，广东相关专利申请的量较多，其次是江苏、湖南、浙江等，总体而言，在经济相对更发达的长三角和珠三角相关专利申请更多；

4、在中国申请专利的基本为中国锂电领域的大型企业，其中，宁德时代（组）、国轩高科（组）、中国科学院（组）专利申请量较其他申请人多，表明宁德时代（组）、国轩高科（组）、中国科学院（组）在锂离子电池正极材料及其前驱体技术方面的研发投入与企业研发活跃度较高；

5、锂离子电池正极材料及其前驱体技术领域中国专利申请量排名前十五的发明人大部分来自宁德时代（5个）、长沙聚能充新能源有限公司（2个），其中全球专利中宁德时代也有多个发明人上榜前十五，可见，宁德时代不论是在全球还是在中国市场，都十分注重专利布局；

6、锂离子电池正极材料及其前驱体技术领域的中国专利主要集中在H01M10/0525两个电极均插入或嵌入有锂的电池、H01M4/525插入或嵌入轻金属且含铁、钴或镍的混合氧化物、H01M4/505插入或嵌入轻金属且含锰的混合氧化物或氢氧化物、H01M4/62在活性物质中非活性材料成分的选择、H01M4/36作为活性物质、活性体、活性液体的材料的选择。在锂离子电池正极材料及其前驱体技术中国专利申请中，三元材料领域相关专利相对占比较高，这与全球专利的布局一致，磷酸铁锂占比31.64%,富锂锰基氧化物占比0.33%。

第四章 锂离子电池正极材料及其前驱体关键技术专利分析

4.1 三元材料

4.1.1 法律状态分析

截至检索截止日，通过智慧芽数据库检索和筛选，全球累计申请三元材料相关专利14370件，发明专利占比98.12%，实用新型专利占比1.88%；其中中国专利9615件。

为了解三元材料全球创新动态，以下对三元材料全球专利申请的法律状态情况进行分析，结果如下图所示。

图4-1-1 三元材料专利法律状态

从上图中可以看出，全球三元材料相关专利中，失效专利3993件，约占总数27.79%；有效专利5199件，约占总数36.18%；审中专利4341件，约占总数30.21%；PCT专利807件，约占总数5.62%。

进一步分析可知，失效的3993件专利中，驳回、撤回的为3428件，占比85.85%；未缴年费的386件，占比9.6%。由此可以看出，三元材料领域不但具有明显的专利数量优势，申请人在该领域的专利申请热情也相对较高（审中专利占比30.21%）。后续还需在有效专利维持及提升专利质量方面持续努力。

4.1.2 申请趋势分析

1、全球和中国专利变化趋势

为了解全球三元材料创新动态，以下对三元材料近二十年全球和中国专利申请及授权趋势进行分析，结果如下图所示。

图4-1-2 三元材料全球专利申请和授权趋势

图4-1-3 三元材料中国专利申请和授权趋势

由于专利公开的滞后性，2023年专利申请数据仅供参考。从上图中可以对比看出，全球和中国专利都呈现一定增长态势，且增长态势基本一致；此外，全球及中国专利申请量的高点则集中在2022年，其中全球在2022年的专利申请总数为1829件，中国在2022年的专利申请总数为1401件，2019年全球三元材料专利较前年减少，可能由于市场波动。

授权率方面，近年来随着国内相关技术的提升，中国专利授权率略高于全球。

2、技术分支专利变化趋势

为了解三元材料技术分支的创新动态，以下对三元材料技术分支全球专利申请量近二十多年随年份变化的趋势情况进行对比分析，结果如下图所示。

图4-1-4 三元材料技术分支专利申请趋势

由于专利公开的滞后性，2023年专利申请数据仅供参考。从上图可以看出，高镍NCM及高镍NCA均在2013年开始申请，其中高镍NCM从2016年开始迅猛增长，在2021年专利申请量达到20件以上；高镍NCA从2017年开始增长迅速，其中在2021年专利申请量达10件。表明高镍NCM较高镍NCA的研发热情高。相较于其他三元材料，高镍NCM与高镍NCA的专利申请量较少，表明在三元材料中高镍NCM与高镍NCA研发投入较少。

4.1.3 竞争格局分析

为了解三元材料创新区域，以下对三元材料全球专利申请的主要技术来源国及其分布情况进行分析，结果如下图所示。

图4-1-5 三元材料专利技术来源国

从上图中可以看出，在三元材料技术来源国方面，中国、日本、韩国排名前三位；三元材料最重要的技术来源是中国本土申请人，占比71.58%。

为了解全球三元材料创新国家/区域，以下对三元材料全球专利申请的主要国家/区域分布情况进行分析，结果如下图所示。

图4-1-6 三元材料专利申请布局区域

从上图中可以看出，全球三元材料相关专利中，在中国布局的专利数量最多，占比66.91%；美国次之，再次是日本、韩国、欧洲等，表明中国、美国、日本是三元材料领域的重要市场国。

图4-1-7 三元材料中国专利各省市分布

从上图中可以看出，在三元材料中国专利省市分布方面，广东相关专利申请的量最多，其次还包括江苏、湖南、浙江、北京等，总体而言，在经济相对更发达的广东、江苏、湖南、浙江相关专利申请更多，这可能与当地经济发展较快，知识产权保护意识较强相关。

4.1.4 优势竞争者分析

1、全球主要创新主体分布

为了解全球三元材料创新主体现状，以下对三元材料全球专利申请量排名前十五的申请人分布情况进行分析，结果如下图所示。

图4-1-8 三元材料全球专利申请量排名前十五申请人

从上图中可以看出，全球三元材料相关专利申请量排名前十的申请人包括LG(组)（韩国）、宁德时代（组）、住友(组)（日本）、中国科学院(组)、新能源科技（组）、国轩高科（组）、中南大学、POSCO（组）、三星(组)（韩国）、格林美（组），其中，7个中国申请人，2个韩国申请人，1个日本申请人。LG(组)（韩国）、宁德时代（组）、住友(组)（日本）三元材料专利申请量较多，可能由于其相关产品研发实力较强，知识产权保护意识较强，产品市场竞争力较强。分析可知，中国在三元材料领域市场竞争活跃度较高且创新实力较强。

2、中国主要创新主体分布

为了解中国三元材料创新主体现状，以下对三元材料中国专利申请量排名前十五的申请人分布情况进行分析，结果如下图所示。

图4-1-9 三元材料中国专利申请量排名前十五申请人

从上图中可以看出，中国三元材料相关专利申请量排名前十的申请人包括中国科学院(组)、宁德时代（组）、国轩高科（组）、中南大学、格林美（组）、

长沙聚能充新能源有限公司、新能源科技（组）、蜂巢能源科技（组）、亿纬锂能（组）、冠宇电池（组），中国三元材料相关专利申请人全为中国申请人，从申请类型来看，只有两家高校院所，其余全为企业申请人，表明，中国三元材料企业竞争较为激烈。

进一步分析可知，在中国进行专利申请的申请人均为国内大型企业，表明中国企业在三元材料方面的研发投入与企业研发活跃度均较高。

4.1.5 技术分支分析

1、IPC分布

为了解三元材料领域的创新技术分布情况，对该技术的全球相关专利进行IPC分类分析，结果如下图所示。

图4-1-10 三元材料专利IPC分布

根据上图分析可知，从IPC分类角度来看，三元材料领域的专利主要集中在H01M10/0525两个电极均插入或嵌入有锂的电池、H01M4/525插入或嵌入轻金属且含铁、H01M4/36作为活性物质、活性体、活性液体的材料的选择、H01M4/62在活性物质中非活性材料成分的选择、C01G53/00镍的化合物。

2、技术分支

根据技术分解表，以下对三元材料相关专利申请二级技术分支分布情况进行分析，结果如下图所示。

图4-1-11 三元材料专利申请技术分支分布

从上图中可以看出，在三元材料全球专利申请中，高镍NCM及高镍NCA只占三元材料总数的0.85%，占比较少，高镍NCM专利保有量是高镍NCA专利量的2倍以上。

4.1.6 技术功效矩阵分析

在三元材料相关专利中综合考虑技术相关性、被引次数、同族数量、重要法律事件发生情况等筛选出重点专利后，得到以下技术功效矩阵图：

图4-1-12 全球三元材料领域技术功效矩阵

从上图中可以看出，三元材料领域主要技术方向包括：摇椅式电池、含铁钴或镍的混合氧化物、含锰的混合氧化物、活性物质、非活性材料成分、镍的化合物、混合物的电极、嵌入轻金属的混合氧化物、无机化合物、构造或制造、锂蓄电池、制造方法、非水电解质蓄电池的电极、添加剂、二次电池或二次半电池。

三元材料领域主要的技术效果包括：提高循环性能、成本低、提高电化学性能、提高安全性、操作方便、提高倍率性能、提高能量密度、提高稳定性、提高导电性、提高容量。

重点技术方向为摇椅式电池；重点技术效果为提高循环性能。

技术热点为改进摇椅式电池实现循环性能的提高。

目前在三元材料领域，研究较少或尚未涉及的方向为：

1. 通过改进锂蓄电池、电池制造方法、二次电池或二次半电池实现循环性能的提高；

2. 通过改进锂蓄电池、添加剂实现成本低；

3. 通过改进锂蓄电池、非水解质蓄电池的电极、二次电池或二次半电池提高电化学性能。

4.1.7 重点专利列表

在三元材料领域综合考虑技术相似性、申请人影响力、专利被引用关系、技术先进性等筛选出以下相关专利，专利清单具体见下表：

表4-1-1 三元材料重点专利列表