动力电池主材正极材料、负极材料、电解液、隔膜专利浅析

知情郎·眼｜侃透公司专利事儿

很多朋友关注动力电池产业链。

那些做电池行业尽调的机构也希望能从全局了解下行业最新技术动态。

(资料图片仅供参考)

下面是中国汽车动力电池产业创新联盟、《中国企业家》杂志做的中国动力电池投资概要图。

对整个动力电池行当做了全景式的分析以及哪些机构投资了哪些标杆性企业。

知情郎对动力电池核心部分做了下专利量解读，看看国内哪些企业有相应的技术实力！

简单说，动力电池上游——原材料：镍钴、锰、锂、石墨、硅等；

动力电池主材：电池正极材料，电池负极材料，电解液，隔膜；

电力电池辅材：导电剂、添加剂、铝箔、铜箔等；

之后就是电芯、电池模组、电池管理系统、电池外壳、电池包架构这些东西。

01电池主材分析

动力电池主材：电池正极材料，电池负极材料，电解液，隔膜。

电池正极材料

含锂化合物，是电池核心，成本占比超过40％。正极材料有五点基本性能要求，分别是材料自身电位高、锂离子嵌入脱嵌可逆、锂离子扩散系数大、材料比面积大以及材料热稳定性好。正极材料的电化学性能会极大程度地影响动力电池能量密度、功率密度和循环寿命，决定了电池的核心性能，对新能源汽车产业发展尤其重要。目前正极材料根据晶体结构不同可分为三大体系：层状材料、尖晶石和橄榄石，层状正极材料代表如钴酸锂、三元材料；尖晶石正极材料代表如锰酸锂；橄榄石正极材料代表如磷酸铁锂。

电池负极材料

分碳材料和非碳材料两类。人造石墨和天然石墨是当前最主流的两大高纯石墨类碳材料负级，复合型高纯石墨与中间相碳纳米粒子通过掺 杂改性材料和化学物质解决生产加工做成。非碳材料包含硅基、钛基、锡基、氮化合物和金属锂，这种新 型负级至今仍处产品研发或较小规模生产制造环节，并未完成商业化的。

电解液

主流锂电池电解液主要由锂盐、溶剂和添加剂三类物质组成。电解液基本构成变化不大，创新主要体现在对新型锂盐和新型添加剂的开发，以及锂离子电池中涉及的界面化学过程及机理深入理解等方面。电解液材质工艺基本决定了电池的循环、高低温和安全性能。

隔膜

锂电池有一层有孔薄膜，在锂电池中主要起到隔绝正负极防止短路，并提供微通道支持锂离子的迁移作用。 锂电池隔膜生产工艺复杂、技术壁垒高。高性能锂电池需要隔膜具有厚度均匀性以及优良的力学性能（包括拉伸强度和抗穿刺强度）、透气性能、理化性能（包括润湿性、化学稳定性、热稳定性 、安全性）。隔膜的优异与否直接影响锂电池的容量、循环能力以及安全性能等特性。

02电力电池辅材分析

辅材：导电剂、添加剂、铝箔、铜箔等。

导电剂

导电剂是动力电池的关键辅材，主要作用是提升正负极导电性能。目前主要应用于正极极片上。

锂电池的正极材料通常为半导体或绝缘体，电导率较低，因此导电剂的添加能够增加活性物质之间的导电性，减小电极的接触电阻，加速电子移动速率，从而提升电池的倍率性能和改善循环寿命。

目前常用的导电剂主要包括炭黑类、导电石墨类、VGCF（气相生长碳纤维）、 碳纳米管以及石墨烯等。其中，炭黑类、导电石墨类和 VGCF 属于传统的导电剂，能够在活性物质之间各形成点、面或线接触式的导电网络。碳纳米管和石墨烯属于新型导电剂，其中，碳纳米管在活性物质之间形成线接触式导电网络；石墨烯在活性物质间形成面接触式导电网络。

添加剂

电解液添加剂（Electrolyte Additive Agent）是指为改善电解液的电化学性能和提高阴极沉积质量而加入电解液中的少量添加物，一般用量很小，但却是电解质体系不可缺少的部分。

铝箔

电池铝箔是指用于锂离子电池正极材料的铝箔，或称锂电池集流体用铝箔，属于铝箔产品系列中的精加工产品。目前其主流产品常用的合金成分为：纯铝1XXX系，厚度0．010～0．020mm，状态H18。

另外，锂电池其它部位用的铝箔产品品种也很多，如电池软包用铝塑膜、极耳、以及改性后的涂炭箔、电蚀箔等产品。因此，铝箔在新能源汽车的发展中扮演着至关重要的脚色。

铜箔

锂电铜箔是锂电池负极的关键基础材料，在锂离子电池中既是负极活性物质的载体，也是负极电子的收集者和传导体。主要作用是将电池活性物质产生的电流汇集起来，以产生更大的电流。

根据应用领域的不同，电解铜箔可分为锂电铜箔和标准铜箔，锂电铜箔主要是 指应用在锂离子电池中作为集流体的铜箔，目前市场的主流产品规格为 6μm 和 8μm；标准铜箔主要指应用在印刷电路板（PCB）的铜箔，一般比锂电池铜箔更厚， 大多在 12－70μm。

03专利维度看电池主材！

辅助材料由于在动力电池中占比不大，也非核心，也就略过。

至于电芯、电池包架构这些专利解读，知情郎原来写了多篇，也就不复述了。

今天主要关注下正极、负极、电解液和隔膜方面的专利，有哪些企业在研究。

看正极材料专利！

在德高行全球专利数据库中，关于电力电池正极材料的专利有14003件。

专利申请人排名如下：

LG、三星在这方面造诣颇深，比亚迪、国轩高科、宁德电池、蜂巢紧随其后。

这是国内的专利排名申请，三星LG都能独占鳌头，放到韩国本土，估计专利量垄断这行当了。

当前锂电池的正极材料体系主要分为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等多 种技术路线，作为对比，成本、能量密度、安全性为核心指标。

三星LG在这些领域都有专利布局。

钴酸锂作为第一代商品化的锂电池正极材料，具有振实密度大、充放电稳定、工作电压高的优势， 在小型电池中应用广泛。但钴酸锂成本高、循环性和安全性较差；

锰酸锂比容量较低、循环性能特别是高温循环性能使其应用受到了较大的限制；磷酸铁锂价格较低、环境友好、安全性和高温性能较好，但能量密度较低、低温性能较差；

三元材料综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂三类材料的优点，存在明显的三元协同效 应，能量密度更高，但成本较高，安全性要求更高。

三元材料因突出的单体能量密度，能极大程度提升续航里程，是目前乘用车动力电池的主要正极材料。

看负极材料专利！

在德高行全球专利数据库中，关于电力电池负极材料的专利有12130件。

专利申请人排名如下：

依旧是三星LG独占鳌头，不多说了，就是技术牛！

看电解液专利！

在德高行全球专利数据库中，关于电力电池电解液的专利有5577件。

专利申请人排名如下：

宁德时代、比亚迪排名一二，国内动力电池两位大佬名不虚传。

简单看了十多件的比亚迪关于锂金属电池技术电解液方面的专利。多数构思都是为了克服 现有技术存在的电解液中存在体积膨胀进而限制了锂金属电池的体积能量密度的缺陷问题，然后比亚迪的工程师提供一种电解液以及锂金属电池，该电解液中含有负极成膜添加剂，对锂金属循环过程中的体积膨胀具有明显抑制效果。

再比如，锂离子脱嵌过程中电极材料膨胀带来的电极破坏，并最终导致电池循环性能差、寿命短的问题，比亚迪专利提供了一种能够在电池负极表面形成弹性SEI膜的电解液以及含有该电解液的锂电池。

类似专利很多。

看隔膜专利！

在德高行全球专利数据库中，关于电力电池隔膜的专利有5290件。

专利申请人排名如下：

同样过了下比亚迪在电池隔膜方面的专利，比如提供一种隔膜及电池的新技术方案，能够解决现有技术中的隔膜存在正极粘结性不够或铜箔褶皱问题。

再比如，现有技术采用涂胶隔膜与电池正、负极组装成电芯存在如下问题：油系PVDF涂胶隔膜与正、负极组装成电芯后，需要加热到一定温度后才能进行压合，由于电芯存在一定厚度，热量传导需要时间较长，增加了工序耗时；而且，外层先于里层达到设定温度，当电芯里层和外层之间达到相同温度时，外层处于设定温度下的时间长于里层，容易导致电芯里层和外层隔膜与正、负极的压合结合程度不同，影响锂离子电池的循环性能。

比亚迪工程师提供一种隔膜及锂离子电池，该隔膜在常温下施压就具有粘性，压合时无需进行加热，解决的前述技术难题。

【转载请注明德高行·知情郎】

关键词： 活性物质 锂离子电池 能量密度