基于专利分析的我国钠硫电池技术发展现状研究
2022-06-09
摘 要：本文针对钠硫电池行业相关技术的中国专利申请信息进行了统计分析，对国内该领域中的专利申请的总体趋势、专利区域分布、专利技术分布和重要申请人等做了全面的剖析。以此为我国钠硫电池领域的研究和产业发展提出一些建议，为钠硫电池领域的企业战略决策和国家政策制定提供支持。
关键词：钠硫电池 专利 分析
中图分类号：G306 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（a）-0031-03
近年来，新能源发电技术发展迅速，产业规模、经济性和市场化进程逐年提高，然而风能和太阳能发电的不稳定性和不持续性，对大规模储能技术提出了新的要求[1]。目前使用的各种储能技术中，钠硫电池以其优越的性能，逐渐引起各国研发人员的重视[2-8]。
钠硫电池由美国Ford公司于1967年首先发明公布[9]，其由熔融态电极和固体电解质组成，工作温度为300～350 ℃，负极活性物质为熔融金属钠正极活性物质为液态硫和多硫化钠熔盐，通常采用多孔的碳或石墨毡作为正极集流体。钠硫电池中的固体电解质兼隔膜是一种专门用于传导钠离子并被称为β-Al?2O3的陶瓷材料，外壳则一般用不锈钢等金属材料。
钠硫电池具有很多独特之处是其他电池难以比拟的：（1）比能量高：钠硫电池的理论比能量（即单位质量或单位体积所具有的有效电能量）为760 Wh/kg，实际比能量大于150 Wh/kg是铅酸电池的3～4倍；（2）可大电流、高功率放电：充放电电流密度高，放电电流密度一般可达200～300 mA·cm-2，并可瞬间放出其3倍的固有能量；（3）充放电效率高：由于采用固体电解质，所以不会发生采用液体电解质二次电池的自放电及副反应，充放电电流效率几乎为100%[10]。
目前，钠硫电池在日本、北美、欧洲的电力系统中的应用得到的迅速的发展。我国早在196年就由上海硅酸研究所开始了相关的研究，但在产业化、商业化等方面与世界领先水平还有一定差距。本文选取了电池领域中钠硫电池的中国专利申请数据为分析数据，从该角度地详细剖析了中国国内钠硫电池技术的发展情况，以此为该领域的专利保护与利用策略提出建议，为企业战略决策和国家政策制定提供支持。
1 数据分析
1.1 申请整体情况
该文以CNABS专利文摘数据库为基础，通过分类号和关键词的组合检索方式，检索统计得到电池领域中与钠硫电池有关的专利总申请量为142件（检索截止时间为2014年3月5日）。截至上述检索日，2012年9月5日以后的申请中，存在部分申请由于未满18个月还未公布，导致2012年和2013年的统计数据不全面。因此，为了保证数据分析的准确性，本文的数据分析仅涉及2011年之前的专利申请，涉及2012年9月5日以后的专利申请数据仅供参考。申请日截止至2011年12月31日，电池领域中与钠硫电池有关的专利总申请量为82件。
从总的专利申请量来看，在2011年之前该领域中国专利申请量远低于国外的申请量，但2012-2013年中国专利申请量显著增加，这反映出虽然在该领域国内的技术起点较低、起步较晚，但近几年国内该领域的发展很快，通过自主研发逐渐形成了自己的核心产业技术。另外，目前国内申请主要集中在钠硫电池的电极材料、电池结构等产品改进方面，在钠硫电池的控制和应用方面的专利申请几乎没有，这也反映出国内在该领域还主要处于研究阶段，在该领域行业产业化方面仍有很大的发展空间。
从1988年开始，钠硫电池领域相关技术在中国专利申请中出现。1988年10月24日英国申请人克罗瑞德无噪音电源有限公司提出了一项涉及制造金属能量转换装置的方法和设置的专利（CN1034453A），该专利中提出金属能量转换装置可以为钠硫电池。钠硫电池领域中第一位中国内地申请人为陈会林和康建民，两人于2000年8月28日提出了一项实用新型专利（CN2445452Y），该专利涉及钠硫电池的结构设置。虽然国内在该领域的研究早在1968年就开始了，但第一个国内申请人的申请时间落后于国外申请人将近12年，且第一个国内专利申请为个人申请，这一方面反映了国内高校/科研机构在钠硫电池研究的初期遇到了瓶颈，另一方面也反映出国内的高校/科研机构以及企业对于科技发展的动向具有较好的敏锐性，但对于科技成果进行专利保护的意识相对滞后。
关键词：钠硫电池 专利 分析
中图分类号：G306 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（a）-0031-03
近年来，新能源发电技术发展迅速，产业规模、经济性和市场化进程逐年提高，然而风能和太阳能发电的不稳定性和不持续性，对大规模储能技术提出了新的要求[1]。目前使用的各种储能技术中，钠硫电池以其优越的性能，逐渐引起各国研发人员的重视[2-8]。
钠硫电池由美国Ford公司于1967年首先发明公布[9]，其由熔融态电极和固体电解质组成，工作温度为300～350 ℃，负极活性物质为熔融金属钠正极活性物质为液态硫和多硫化钠熔盐，通常采用多孔的碳或石墨毡作为正极集流体。钠硫电池中的固体电解质兼隔膜是一种专门用于传导钠离子并被称为β-Al?2O3的陶瓷材料，外壳则一般用不锈钢等金属材料。
钠硫电池具有很多独特之处是其他电池难以比拟的：（1）比能量高：钠硫电池的理论比能量（即单位质量或单位体积所具有的有效电能量）为760 Wh/kg，实际比能量大于150 Wh/kg是铅酸电池的3～4倍；（2）可大电流、高功率放电：充放电电流密度高，放电电流密度一般可达200～300 mA·cm-2，并可瞬间放出其3倍的固有能量；（3）充放电效率高：由于采用固体电解质，所以不会发生采用液体电解质二次电池的自放电及副反应，充放电电流效率几乎为100%[10]。
目前，钠硫电池在日本、北美、欧洲的电力系统中的应用得到的迅速的发展。我国早在196年就由上海硅酸研究所开始了相关的研究，但在产业化、商业化等方面与世界领先水平还有一定差距。本文选取了电池领域中钠硫电池的中国专利申请数据为分析数据，从该角度地详细剖析了中国国内钠硫电池技术的发展情况，以此为该领域的专利保护与利用策略提出建议，为企业战略决策和国家政策制定提供支持。
1 数据分析
1.1 申请整体情况
该文以CNABS专利文摘数据库为基础，通过分类号和关键词的组合检索方式，检索统计得到电池领域中与钠硫电池有关的专利总申请量为142件（检索截止时间为2014年3月5日）。截至上述检索日，2012年9月5日以后的申请中，存在部分申请由于未满18个月还未公布，导致2012年和2013年的统计数据不全面。因此，为了保证数据分析的准确性，本文的数据分析仅涉及2011年之前的专利申请，涉及2012年9月5日以后的专利申请数据仅供参考。申请日截止至2011年12月31日，电池领域中与钠硫电池有关的专利总申请量为82件。
从总的专利申请量来看，在2011年之前该领域中国专利申请量远低于国外的申请量，但2012-2013年中国专利申请量显著增加，这反映出虽然在该领域国内的技术起点较低、起步较晚，但近几年国内该领域的发展很快，通过自主研发逐渐形成了自己的核心产业技术。另外，目前国内申请主要集中在钠硫电池的电极材料、电池结构等产品改进方面，在钠硫电池的控制和应用方面的专利申请几乎没有，这也反映出国内在该领域还主要处于研究阶段，在该领域行业产业化方面仍有很大的发展空间。
从1988年开始，钠硫电池领域相关技术在中国专利申请中出现。1988年10月24日英国申请人克罗瑞德无噪音电源有限公司提出了一项涉及制造金属能量转换装置的方法和设置的专利（CN1034453A），该专利中提出金属能量转换装置可以为钠硫电池。钠硫电池领域中第一位中国内地申请人为陈会林和康建民，两人于2000年8月28日提出了一项实用新型专利（CN2445452Y），该专利涉及钠硫电池的结构设置。虽然国内在该领域的研究早在1968年就开始了，但第一个国内申请人的申请时间落后于国外申请人将近12年，且第一个国内专利申请为个人申请，这一方面反映了国内高校/科研机构在钠硫电池研究的初期遇到了瓶颈，另一方面也反映出国内的高校/科研机构以及企业对于科技发展的动向具有较好的敏锐性，但对于科技成果进行专利保护的意识相对滞后。