2024 CAIPC | 国联汽车动力电池研究院有限责任公司资深专家柏祥涛：硫化物全固态电池进展及专利分析

为深入贯彻落实习近平总书记关于新质生产力重要论述，更好地推进汽车知识产权高质量发展，深化汽车创新与知识产权国际交流合作，加强汽车知识产权合规管理，2024年5月15—17日，以“加快知识产权转化运用 赋能汽车产业创新发展”为主题的2024中国汽车知识产权年会在武汉市成功召开。大会期间，国联汽车动力电池研究院有限责任公司资深专家柏祥涛发表了精彩演讲。

国联汽车动力电池研究院有限责任公司资深专家柏祥涛

对国外专利要去做细致分析，不仅仅是停留在数据分析上，而是整个技术路线的挖掘和保护网络分析，这样我们才能明确怎么能够去突破封锁，怎么能够建立我们自己的技术壁垒。

以下为演讲实录：

大家好，我是来自国联研究院的柏祥涛，我今天跟大家分享的话题是硫化物全固态电池，以及我们在专利方面做的一些分析和研究。刚才王老师其实对全固态电池整个专利情况做了一个比较详细的、全面的汇总。我这里主要聚焦硫化物全固态电池和它的专利情况。

在开始之前我想先介绍下公司，可能大家对我们公司不是太熟悉，国联研究院前身是中国有研下属动力电池研究中心，2014年9月注册成立国联研究院，主要从事动力电池相关的研究工作。2016年挂牌国家动力电池创新中心，这也是咱们国家第一家制造业中心。动力电池创新中心聚焦几个方面的工作。第一，做一些行业共性技术研究，实现动力电池关键技术的协同攻关。第二，做检测方面的工作，包括从原材料到电芯到模组到PACK的检测能力。第三，行业联盟，主要是为行业做一些服务，定期统计发布一些行业数据，协调联盟单位之间的合作等工作。包括去年年底刚成立一个知识产权专委会，也是在动力电池领域专利方面做一些服务工作。最后，我们自己的一些研究成果转化，本身企业不做产业化方面工作，所以我们这些技术需要做技术转移，孵化一些企业。

今天想跟大家分享三个部分内容，首先简单介绍为什么去做固态电池，然后再介绍下我们国联在硫化物全固态电池方面的一些进展和专利布局方面做的工作。

咱们国家新能源产业已经连续9年世界销量第一，但是随着新能源产业发展，出现了一些新的态势和新的变化。2021年预测，到2040年全球大概有5600万辆新能源汽车，短短几年之后，现在来看这个估计有点偏保守了，2023年年底中国新能源汽车保有量已经超过2000万辆。随着产业发展，消费者关注领域也在发生一些变化，原来可能更关注价格，大家都说新能源汽车性价比不太高，现在随着这些年发展，市场对价格的关注度已经逐步下降，消费者现在更关心安全和续航里程，新闻报道也可以看到多款续航1000公里的车型。另外一个问题是新能源汽车起火爆炸比较多，有时候还会发生伤人事件。

基于以上两点，新能源动力电池需要更高能量密度，需要更高安全性能特性，但这两个特性是矛盾的。单体电池能量密度越高，意味着储存的能量越高，一旦不可控释放出来，威力更大，所以能量密度和安全本身在一定程度上是矛盾的。现在全固态电池要去解决的就是这个矛盾，能量密度提高，安全性能提高。传统液态电池安全性能之所以差，有一个重要原因是里面含有大量有机电解液，很容易发生燃烧。解决方法是把有机电解液用不容易燃烧的无机固态电解质替代。固态电池是按照固态电解质种类进行划分的，硫化物，氧化物，卤化物，聚合物等。世界上各个国家大家都有比较倾向的研究路线，比如日本是以硫化物为主，以丰田为代表，美国主要是硫化物、氧化物为主，欧洲他们最早做聚合物，这两年也转向去做一些硫化物方面的工作。我们中国的路线选择更广，因为咱们研究机构还是挺多的，选择路线也更多样化，每个方向都有不同研究小组、不同企业去做。

随着这几年技术积累，可以看到国内还有世界上各个企业都相继发布全固态电池装车计划或者量产计划，基本会在2025到2027年左右，这是一个产业化的起步阶段，普遍认为比较成熟一点的商业化还是到2030年左右。国联研究院在动力电池领域做的研究比较早，我们从90年代做镍氢电池开始。而我们做硫化物体系全固态电池则是从2015年开始，最早选择二元体系，后来逐步转到硫银锗矿体系。另外从2019年开始，还做了卤化物。主要这么两个体系，这是材料开发工作。另外更重要的是做工程化技术开发，大家可能会知道这么一个信息，硫化物材料存在很多优点和缺点，限制大规模使用的当然就是它的缺点，就是稳定性很差，导致我们生产使用它的成本很高。所以我们做公斤级放大、特别是低成本放大的难度相当高。我们在2021年建成了国内第一条吨级试制线，能够稳定产出批量电解质，经过去年一年的努力，今年已经能做到多个型号，满足不同企业使用需求，也能根据企业需求提供特殊要求的材料。这些材料根据离子电导率和粒度分布特性，可以用在全固态电池研究的不同阶段，从最初实验室阶段材料体系筛选，基本工艺制订，到软包电池验证，用在正负极、固态电解质膜中，活性材料表面处理等。现在已经有30多家客户，基本都是比较稳定的合作关系，这些客户包括高校和企业。

材料本身做出来是一方面，另外一个很重要的方面是要把材料能够在全固态电池使用，我们希望使用技术路线跟现有液态体系设备能够通用，能够节约设备开发的成本，所以我们采用了湿法涂布工艺。实现了正负极极片和电解质膜的卷对卷制备。以高镍正极和高硅负极材料体系设计了4Ah小软包电池，能量密度能够达到350Wh/kg，可以通过针刺和200度热箱安全测试。现在用的电解质膜还是比较厚，大概40微米，如果把它的极片整体放大一些，把电解质膜厚度减少至20微米，这个电池体系能量密度是能够达到400Wh/kg的。350Wh/kg基本是我们现在液态电池上限，所以固态电池能够在保证安全情况下，突破现有体系能量密度的瓶颈。

前面介绍了，整个世界上包括咱们国家都开始对全固态电池产业化有很强的预期，从这个角度分析大家认为技术已经积累到一定程度。咱们国家有一个很大的新能源市场，下一代动力电池也必然有很好的基础。这两个前提条件下，竞争力的难点在哪？刚才王老师讲了，现在面临一些专利方面的壁垒。大家关注新能源行业的同事可能还会有印象， 2012年新能源刚开始起步的时候，有一个磷酸铁锂专利无效案，我们把加拿大魁北克水电的111项权利要求全部无效掉了，我个人认为对新能源产业影响很大。印象中当时提出一个条件，每吨磷酸铁锂使用费大概几百美元，也就是一吨增加将近几千块钱的成本，现在磷酸铁锂的市场价便宜的时候也就四万多块钱，基本有10%增加。如果增加这个费用对我们影响是极大的。新能源行业其他专利纠纷也比较多，这些专利一般涉及额度也会比较大，虽然这些案子大部分最后都达成调解了，但是毕竟对相关方有很大影响。所以说对于全固态电池来讲，技术上固然有很多问题需要解决，专利竞争也已经是迫在眉睫。

我这里的汇总主要是基于硫化物全固态体系，把锂硫电池相关排除掉了，大概有6000多条专利。从世界范围来看，从2004年开始到前面几年数量不太多，到2008年开始有一个增长，2020年达到比较高的水平。总体质量世界范围内还是比较高的，有效专利大概加起来占70%左右。丰田绝对是一个非常领先的，单从专利来讲，给我们制造的障碍非常大，申请量前十机构中看不到中国企业身影，七家日本企业，三家韩国企业。技术来源国确实日本也占优势，中国在第二名，近今年日本布局专利数量在下降，可能跟日本政策有关系，后面氢能给予关注比较多。但中国有明显上升。中国专利也分三个阶段，2016年之前基本很少有研究机构在做，专利布局也很少。近几年才开始有大幅增加，2022年达到顶峰，总体430多项。我作图的时候数据没有更新完，2023年数据实际比ppt中展示的这个多一些，但最乐观估计也就500多项，可是丰田一家就1800多项。另外一个突出特点就是我们自己布局以国内为主，基本很少布局PCT专利，做的比较好是宁德时代和比亚迪，我们自己家也做了一些PCT专利布局。从五局流向图也基本是这个结论，日本不仅仅数量多，在世界各国布局很均匀，我们基本停留在国内，其他国家这些企业他们整个全球化思维也是比较好，世界各个地区布局数量也比较平均。

国联从2015年开始做这方面研究，2016年有一篇专利，经过这几年发展大概今年最新70项左右，授权30项，基本覆盖电解质产品和软包全固态电芯技术，对目前这个阶段产品体系是有一定支撑作用的。跟王老师观点一致，还有皇老师提到的外观专利方面的结论，国外这些企业基本都有自己的主线，技术传承做的比较好，我国机构做的布局会比较分散一些，当然也跟我们整体数量少或者某些技术方面起步晚是相关的。这样就给我们未来的产业化制造了很大的壁垒，特别是我们现在动力电池企业也好，车企也好出海的时候，刚才刘总也讲到，他们企业出海的时候遇到了一些专利风险。

总结下来我自己的一个观点，我们在这个领域还是应该结合整个行业力量，解决好专利保护问题，能继续保持我们在新能源领域来之不易领先的地位。对国外专利要去做细致分析，不仅仅是停留在数据分析上，而是整个技术路线的挖掘和保护网络分析，这样我们才能明确怎么能够去突破封锁，怎么能够建立我们自己的技术壁垒，当然这些工作都要去放在全球化背景下去做。

谢谢各位，我今天的分享到此结束。