2020年9月，由歐洲專(zhuān)利局與國(guó)際能源署聯(lián)合撰寫(xiě)的《電池和電池儲(chǔ)能的創(chuàng)新—基于專(zhuān)利數(shù)據(jù)的全球分析》報(bào)告正式對(duì)外發(fā)布，為電力儲(chǔ)能的高價(jià)值發(fā)明專(zhuān)利趨勢(shì)提供關(guān)鍵見(jiàn)解。
能源轉(zhuǎn)型的步伐越來(lái)越快，儲(chǔ)能技術(shù)作為能源系統(tǒng)重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，對(duì)世界清潔轉(zhuǎn)型至關(guān)重要。根據(jù)國(guó)際能源署的可持續(xù)發(fā)展設(shè)想，2040年整個(gè)能源系統(tǒng)需要的儲(chǔ)能規(guī)模為10000GWh，而目前的需求僅為200GWh。
就現(xiàn)在的儲(chǔ)能部署和性能而言，目前還沒(méi)有達(dá)到設(shè)想中的水平，走上實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的軌道。但鑒于對(duì)電動(dòng)交通日益增長(zhǎng)的需求和日益依賴(lài)可再生能源供應(yīng)來(lái)減緩氣候變化，在尋找以可負(fù)擔(dān)的價(jià)格電力儲(chǔ)能的方法方面正在取得相當(dāng)大的技術(shù)進(jìn)展。
在這種情況下，專(zhuān)利信息被證明是一個(gè)重要的情報(bào)來(lái)源，可以預(yù)示哪些技術(shù)將在未來(lái)發(fā)揮突破性的作用。通過(guò)提供對(duì)新興趨勢(shì)的詳細(xì)洞察，這些數(shù)據(jù)將幫助該領(lǐng)域的創(chuàng)新者走在技術(shù)曲線的前面。
本文摘自國(guó)際能源署的《電池和電池儲(chǔ)能的創(chuàng)新—基于專(zhuān)利數(shù)據(jù)的全球分析》報(bào)告，編譯時(shí)略有刪減，供各位讀者參考。
三大亮點(diǎn)
亮點(diǎn)一：過(guò)去十年來(lái)，電力儲(chǔ)存方面的專(zhuān)利活動(dòng)比一般的專(zhuān)利活動(dòng)增長(zhǎng)得快得多，這表明在這一領(lǐng)域出現(xiàn)了一系列創(chuàng)新，首先是鋰離子電池，尤其是電動(dòng)汽車(chē)。
報(bào)告指出，在過(guò)去十年里，全球范圍內(nèi)針對(duì)電池和電力儲(chǔ)能正在進(jìn)行一場(chǎng)瘋狂的技術(shù)競(jìng)賽，該領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)谘杆亠j升，年均增長(zhǎng)率為14%，而全球經(jīng)濟(jì)活動(dòng)專(zhuān)利申請(qǐng)的數(shù)據(jù)為3.5%。
電池占電力儲(chǔ)存領(lǐng)域?qū)＠顒?dòng)的88%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電氣(9%)、儲(chǔ)熱(5%)和機(jī)械(3%)解決方案。盡管所有這些領(lǐng)域在2012年之前都經(jīng)歷了快速增長(zhǎng)，但從那時(shí)起，創(chuàng)新的增長(zhǎng)只持續(xù)在電池技術(shù)上，因此突出了電池在最近的電力存儲(chǔ)創(chuàng)新領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。
自2005年以來(lái)，鋰離子技術(shù)一直在推動(dòng)電池技術(shù)的創(chuàng)新。鋰離子電池目前是便攜式電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車(chē)的主導(dǎo)技術(shù)。2018年，鋰離子電池的創(chuàng)新占到與電池相關(guān)的專(zhuān)利活動(dòng)的45%，相比之下，基于其他化學(xué)物質(zhì)的電池僅占7.3%。大約48%的發(fā)明與非特定化學(xué)的發(fā)明有關(guān)。
專(zhuān)利率的這些趨勢(shì)與價(jià)格變動(dòng)相吻合。 自1995年以來(lái)，消費(fèi)電子產(chǎn)品的鋰離子電池價(jià)格下降了90%以上%。對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)，鋰離子電池的價(jià)格自2010年以來(lái)下降了近90%，而對(duì)于固定應(yīng)用，包括電網(wǎng)管理，同期下降了約三分之二。這些成本的降低部分是由于新的化學(xué)成分，主要是調(diào)整電池負(fù)極的組成，以及制造業(yè)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。
然而，正如專(zhuān)利統(tǒng)計(jì)中清楚顯示的那樣，創(chuàng)新制造工藝也發(fā)揮了關(guān)鍵作用。 在過(guò)去十年中，電池制造和電池相關(guān)工程開(kāi)發(fā)的專(zhuān)利活動(dòng)增加了三倍。 這兩個(gè)領(lǐng)域在2018年與電池相關(guān)的所有專(zhuān)利活動(dòng)中占近一半（47%），這清楚地表明了該行業(yè)的成熟和高效工業(yè)化對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)的戰(zhàn)略重要性。
電池通常被組裝成電池組，這些電池組被配置為為提供所需的電壓、容量或電源以供最終使用。雖然不同的應(yīng)用程序，如移動(dòng)解決方案和智能手機(jī)，可以使用相同的單元格，但電池包有所不同。
因此，電池組的專(zhuān)利活動(dòng)為創(chuàng)新者在這一領(lǐng)域的目標(biāo)應(yīng)用提供了見(jiàn)解。 近年來(lái)，電池包的專(zhuān)利活動(dòng)的增長(zhǎng)速度快于電池。 這表明技術(shù)的成熟程度，因?yàn)槿藗兊淖⒁饬σ褟倪@項(xiàng)技術(shù)背后的基礎(chǔ)科學(xué)轉(zhuǎn)向如何優(yōu)化其交付，以滿(mǎn)足高要求的商業(yè)市場(chǎng)。
從2000年代中期到2010年，便攜式應(yīng)用程序（通常在消費(fèi)電子產(chǎn)品中）是主要驅(qū)動(dòng)因素。電動(dòng)汽車(chē)的專(zhuān)利在2011年超過(guò)了消費(fèi)電子產(chǎn)品，而便攜式電子電池組設(shè)計(jì)的專(zhuān)利在這一次之后趨于平穩(wěn)，電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)利繼續(xù)以更大的活力增長(zhǎng)。
固定應(yīng)用領(lǐng)域的創(chuàng)新增長(zhǎng)更為緩慢，2010年和2011年的增長(zhǎng)僅有兩年。然而，這仍然證明了鋰離子技術(shù)的多功能性，并突出了這些不同應(yīng)用之間的協(xié)同作用，對(duì)一個(gè)應(yīng)用程序的改進(jìn)可能對(duì)其他應(yīng)用程序產(chǎn)生積極影響。
亮點(diǎn)二：日本和韓國(guó)正在引領(lǐng)全球電池技術(shù)競(jìng)賽，推動(dòng)其他國(guó)家在電池價(jià)值鏈的特定部分發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
在與電池相關(guān)的IPF背后的十大全球申請(qǐng)者中，有九個(gè)位于亞洲。其中包括由松下和豐田領(lǐng)導(dǎo)的七家日本公司，以及兩家韓國(guó)公司三星和LG電子。博世，一家德國(guó)公司，是唯一的非亞洲申請(qǐng)人的排名。從2014年到2018年，僅日本就擁有所有鋰離子專(zhuān)利活動(dòng)41%的發(fā)明者。
雖然松下(Panasonic)和索尼(Sony)等日本公司是這一領(lǐng)域的長(zhǎng)期領(lǐng)導(dǎo)者，但在過(guò)去十年里，其他頂級(jí)申請(qǐng)者只增加了他們的創(chuàng)新活動(dòng)，這與鋰離子在車(chē)輛中的使用相關(guān)的專(zhuān)利活動(dòng)增加相吻合。在此期間，LG電子、豐田、日產(chǎn)和博世等公司迅速增加了電池領(lǐng)域的創(chuàng)新活動(dòng)，重點(diǎn)是汽車(chē)應(yīng)用。三星在汽車(chē)電池領(lǐng)域也占有重要地位，但其專(zhuān)利增長(zhǎng)更多地集中在便攜式電子產(chǎn)品上。
對(duì)IPFs地理來(lái)源的更廣泛分析證實(shí)了日本在電池技術(shù)方面的強(qiáng)大領(lǐng)導(dǎo)地位。日本在2000年代已經(jīng)在世界范圍內(nèi)鋪平了道路，但在過(guò)去十年中進(jìn)一步加強(qiáng)了其領(lǐng)先地位?？偛吭O(shè)在日本的公司和發(fā)明家在2018年創(chuàng)造了所有與電池相關(guān)的IPF的三分之一以上。
盡管落后于日本，但韓國(guó)、歐洲、美國(guó)和中國(guó)也為全球做出了重大貢獻(xiàn)，這一增長(zhǎng)在韓國(guó)最快，該國(guó)在2010-2011年超過(guò)了歐洲和美國(guó)，在2018年位居第二，僅次于日本。
在歐洲，電力儲(chǔ)存的創(chuàng)新主要由德國(guó)主導(dǎo)，僅德國(guó)就占源自歐洲的IPF的一半以上。與日本、韓國(guó)和中國(guó)不同，歐洲和美國(guó)的電池創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)涉及較大比例的小公司和大學(xué)。
在過(guò)去的十年里，中國(guó)發(fā)明家對(duì)電力儲(chǔ)能創(chuàng)新的顯著增長(zhǎng)負(fù)有責(zé)任。在電池領(lǐng)域，中國(guó)在2018年幾乎趕上了歐洲，現(xiàn)在對(duì)美國(guó)做出了類(lèi)似的貢獻(xiàn)。這反映了中國(guó)近年來(lái)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)制造的貢獻(xiàn)。2011年，中國(guó)銷(xiāo)售了5,000輛電動(dòng)汽車(chē)，占全球電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的11%。2019年，中國(guó)汽車(chē)銷(xiāo)量為110萬(wàn)輛，占全球市場(chǎng)的50%。
相比之下，日本在電池技術(shù)上的領(lǐng)先地位并沒(méi)有轉(zhuǎn)化為一個(gè)巨大的國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)，到2019年，日本僅占全球市場(chǎng)的2%，盡管一些非插電式混合動(dòng)力汽車(chē)(如豐田普銳斯)提供了鋰離子電池。韓國(guó)擁有類(lèi)似的電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)，但在固定電池領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。固定電池可用于電網(wǎng)服務(wù)，并可用于建筑物的表后應(yīng)用。
對(duì)于2014-2018年，這一指標(biāo)揭示了在電池技術(shù)創(chuàng)新競(jìng)賽中領(lǐng)先的區(qū)域之間的鮮明對(duì)比。韓國(guó)和日本在這一領(lǐng)域有著非常強(qiáng)大的專(zhuān)業(yè)化，而美國(guó)、中國(guó)和歐洲國(guó)家則不那么專(zhuān)業(yè)化。
亮點(diǎn)三：NMC負(fù)極化學(xué)自電動(dòng)汽車(chē)推出以來(lái)，在鋰離子電池方面取得了最具創(chuàng)新性的突破，但潛在的破壞性競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手正在大公司之外出現(xiàn)，并且具有更多的區(qū)域差異。
在專(zhuān)利活動(dòng)方面，鋰離子目前是領(lǐng)先的電池技術(shù)，占2010-2018年所有電池相關(guān)IPF的38%。 與鋰離子技術(shù)相關(guān)的高水平的發(fā)明活性，一方面是由于不同電池應(yīng)用的性能標(biāo)準(zhǔn)不同，另一方面是由于目前缺乏對(duì)每個(gè)應(yīng)用的主導(dǎo)電池電池設(shè)計(jì)。例如，智能手機(jī)、電動(dòng)工具、電動(dòng)汽車(chē)和實(shí)用規(guī)模的固定電池都有不同的要求能量和功率密度、耐久性、材料成本、靈敏度和穩(wěn)定性的公差。 雖然其中一些特點(diǎn)可以通過(guò)制造和工程方面的創(chuàng)新來(lái)改善，但創(chuàng)新主要通過(guò)電池負(fù)極、正極和電解質(zhì)的改變，這些是電池中儲(chǔ)存和傳導(dǎo)電能的主要元素。
發(fā)明競(jìng)爭(zhēng)主要集中在鋰離子電池負(fù)極上，因?yàn)樗鼈兪菦Q定能量密度和降低成本的限制因素。能量密度——每單位電池容量可儲(chǔ)存的能量——對(duì)于便攜式設(shè)備來(lái)說(shuō)非常重要，例如，為了確保智能手機(jī)仍然只需要每天充電一次，盡管其應(yīng)用的能源需求不斷增加。然而，對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)，能量密度更為重要，它必須與內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的性能和成本PK。
10多年前推出的第一款系列生產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)使用了與控制消費(fèi)電子領(lǐng)域相同的負(fù)極：鋰鈷氧化物(LCO)和鋰錳氧化物(LMO)。從那以后，焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移到其他化學(xué)物質(zhì)，包括NMC，磷酸鐵鋰(LFP)和最近的鋰鎳鈷鋁氧化物(NCA)，由于技術(shù)挑戰(zhàn)從最大限度地提高能量密度和穩(wěn)定性轉(zhuǎn)向提高比能量（單位質(zhì)量能量）、耐久性、功率輸出、充放電速度和可回收性。這一趨勢(shì)可以從專(zhuān)利數(shù)據(jù)中看出，LCO專(zhuān)利活動(dòng)在2005年是NMC的兩倍，但在2011年被NMC所取代，NMC專(zhuān)利活動(dòng)在2009年至2018年上升了400。通過(guò)比較，同期LCO專(zhuān)利增長(zhǎng)了200%。今天，NMC通常被認(rèn)為在短期內(nèi)具有最佳的電動(dòng)汽車(chē)潛力，研究人員正在繼續(xù)研究如何降低鈷的比例，這在很大程度上決定了總體成本和可持續(xù)性。
電力儲(chǔ)能的主要專(zhuān)利趨勢(shì)
2000年至2018年間，全球?qū)＠稚暾?qǐng)了65000多份電力存儲(chǔ)領(lǐng)域的IPF。IPF的年度數(shù)量幾乎呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，從2000年的1000個(gè)增加到2013年的5800多個(gè)。2005年以后的年增長(zhǎng)率為14%，在所有技術(shù)領(lǐng)域，這一增長(zhǎng)明顯超過(guò)了IPF的年均增長(zhǎng)率（3.5%）。
然而，增長(zhǎng)率并不是一成不變的。電力存儲(chǔ)中的IPF數(shù)量在2012年之前呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，隨后幾年趨于穩(wěn)定。2018年可以觀察到進(jìn)一步的增長(zhǎng)動(dòng)力，增長(zhǎng)16.6%?？傮w而言，2000年至2018年，與電力儲(chǔ)存相關(guān)的IPF數(shù)量年增長(zhǎng)了7倍，而同期所有部門(mén)的每年IPF數(shù)量?jī)H翻了一番。
電能存儲(chǔ)的創(chuàng)新在很大程度上由電化學(xué)技術(shù)即電池的進(jìn)步所主導(dǎo)，在2000年至2018年期間，與電能存儲(chǔ)相關(guān)的十分之九的IPFS都是電池。第二重要的類(lèi)別，電氣儲(chǔ)能，在同一時(shí)期占所有電力儲(chǔ)存IPF數(shù)量的另外9%。這一類(lèi)包括超導(dǎo)儲(chǔ)能和超級(jí)電容器，它們的能量密度有限，但功率密度和效率比電池高，被用于電動(dòng)汽車(chē)或電網(wǎng)管理的快速充放電應(yīng)用。
剩下的兩類(lèi)蓄電技術(shù)—熱力蓄電和機(jī)械蓄電技術(shù)—分別只占與蓄電有關(guān)的所有IPFS的5%和3%。機(jī)械能存儲(chǔ)結(jié)合了幾種存儲(chǔ)原理，如抽水蓄能，壓縮空氣，飛輪儲(chǔ)能和蓄冷。機(jī)械存儲(chǔ)和儲(chǔ)熱的主要原理眾所周知，相對(duì)于電池和電存儲(chǔ)解決方案，相應(yīng)領(lǐng)域的技術(shù)相對(duì)成熟。因此，這些領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)展主要是漸進(jìn)式革新，這可以解釋文件所記錄的IPF數(shù)量相對(duì)較少的原因。
盡管大家的基礎(chǔ)不同，所有領(lǐng)域都經(jīng)歷了每年ipf數(shù)量的強(qiáng)勁增長(zhǎng)，從2000年到2012年左右，電池增長(zhǎng)了400%，機(jī)械儲(chǔ)能增長(zhǎng)了1000%。然而，從那時(shí)起，除了電池以外的所有領(lǐng)域都停滯不前，甚至出現(xiàn)了下降，因此失去了相對(duì)的份額。只有電池儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域在2018年再創(chuàng)新高，進(jìn)一步鞏固了其在儲(chǔ)能創(chuàng)新領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。
在電池技術(shù)領(lǐng)域，自2000年以來(lái)的技術(shù)發(fā)展主要得益于電池單元層面的創(chuàng)新。2014年至2017年間，與電池相關(guān)的IPF數(shù)量停滯在每年約4100個(gè)，2018年與電池相關(guān)的IPF數(shù)量增加到4851（+17.5%），幾乎占當(dāng)年所有電池相關(guān)發(fā)展的四分之三。其他顯著的發(fā)展包括自2000年以來(lái)在電池?zé)峁芾砗碗姵嘏c設(shè)備集成方面取得的技術(shù)進(jìn)步，這兩項(xiàng)技術(shù)都是促進(jìn)電池在新工業(yè)中使用的關(guān)鍵應(yīng)用程序。
對(duì)與電池單元相關(guān)的IPF子集進(jìn)行更深入的分析，可以提供更多信息，并揭示行業(yè)的關(guān)鍵動(dòng)態(tài)。對(duì)于大多數(shù)關(guān)鍵的電池化學(xué)產(chǎn)品，包括鉛酸、液流和鎳電池，專(zhuān)利申請(qǐng)活動(dòng)一直在上升。然而，自2005年以來(lái)，正是鋰離子技術(shù)推動(dòng)了電池技術(shù)的創(chuàng)新。鋰離子是目前便攜式電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車(chē)的主導(dǎo)技術(shù)。2018年，該領(lǐng)域的創(chuàng)新活動(dòng)占電池電池專(zhuān)利活動(dòng)的45%，而基于其他化學(xué)物質(zhì)的電池專(zhuān)利活動(dòng)僅占7.3%。剩下的48%與非特定化學(xué)的發(fā)明有關(guān)。
數(shù)據(jù)表明，汽車(chē)行業(yè)落后于電池組相關(guān)發(fā)明活動(dòng)的增長(zhǎng)，特別是在2009年之后。2011年，這一領(lǐng)域的發(fā)明活動(dòng)超過(guò)了將電池集成到便攜式應(yīng)用的相關(guān)領(lǐng)域，而在這之前，便攜式應(yīng)用一直是領(lǐng)先的應(yīng)用領(lǐng)域。2017-2018年，與電動(dòng)汽車(chē)相關(guān)的創(chuàng)新活動(dòng)恢復(fù)增長(zhǎng)，共記錄了736個(gè)IPF。固定應(yīng)用方面的發(fā)展一直是三個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中最小的，但在很大程度上停滯不前。
當(dāng)便攜式應(yīng)用的鋰離子技術(shù)的改進(jìn)幫助電動(dòng)車(chē)應(yīng)用的電池價(jià)格和性能，隨著電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用的工業(yè)化，這種溢出效應(yīng)現(xiàn)在可以在汽車(chē)應(yīng)用和固定應(yīng)用之間看到。
22%與汽車(chē)用電池組相關(guān)的IPF也可用于其他兩個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。雖然汽車(chē)和便攜式應(yīng)用之間的溢出相對(duì)較小，但在汽車(chē)和固定應(yīng)用之間的溢出效應(yīng)尤其強(qiáng)烈，與固定應(yīng)用的電池組相關(guān)的近90%的IPF也與汽車(chē)應(yīng)用相關(guān)。
關(guān)于溢出效應(yīng)的進(jìn)一步研究可以利用引文數(shù)據(jù)來(lái)確定創(chuàng)新者在多大程度上建立在其他技術(shù)領(lǐng)域“巨人的肩膀上”。這具有政策含義，因?yàn)橐?guī)避風(fēng)險(xiǎn)的政策制定者可能會(huì)選擇用各種各樣的應(yīng)用來(lái)激勵(lì)這些技術(shù)的發(fā)展。
鋰離子電池的設(shè)計(jì)和負(fù)極類(lèi)型有很多種，材料成分不同，同一種負(fù)極類(lèi)型的制造商的成分也可能不同。與對(duì)材料本身的主要需求一樣，回收鋰離子材料和組件的吸引力將取決于化學(xué)成分的組合，以及鋰空氣電池或固態(tài)電池等根本不同技術(shù)的出現(xiàn)。
鋰離子電池也是一種相對(duì)緊湊、復(fù)雜的設(shè)備，其構(gòu)造不可拆卸，而且通常不可回收。與其他電池不同的是，更大的電池組（如為電動(dòng)車(chē)供電的電池組）可以包含數(shù)千個(gè)電池，以及傳感器、安全裝置、熱管理和其他控制電池運(yùn)行的電路，所有這些都進(jìn)一步增加了復(fù)雜性。例如，鉛酸電池很容易拆卸。鉛約占電池重量的三分之二，易于分離和提取。在目前的系統(tǒng)中，幾乎100%的鉛被回收利用。
目前有兩種主流的回收策略?；鸱ㄒ苯穑ㄈ蹮挘┰O(shè)備使用高溫工藝回收銅、鎳和鈷。有機(jī)化合物、塑料以及鋰和鋁是不可回收的。濕法冶金也被稱(chēng)為化學(xué)浸出法，其資金和能源消耗較少，能夠回收鋰，但在浸出過(guò)程中可依賴(lài)大量對(duì)環(huán)境有害的化學(xué)物質(zhì)。
不使用浸出劑的直接回收方法不僅有助于提高回收利用率，而且有可能通過(guò)更快的途徑將電池重新用于其他用途。這些方法各不相同，但通常依靠物理分離電池組件，例如通過(guò)粉碎電池和根據(jù)密度回收材料。從鋰離子電池中分選、拆卸和回收貴重材料的自動(dòng)化和機(jī)器人程序也有望提高效率。
目前使用火法冶金法和濕法冶金法的回收設(shè)施，與使用初級(jí)原材料制造的電池相比，可能會(huì)增加電動(dòng)汽車(chē)電池的溫室氣體足跡(約為10%)。為了減少回收過(guò)程中的溫室氣體足跡，還需要采取提高能源效率的措施、使用較少能源的回收過(guò)程，以及對(duì)需要回收利用或可直接重新利用的電池部件進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆诸?lèi)和分離。
電池梯次利用是可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)基本策略。尤其可以受益于不再適合汽車(chē)應(yīng)用的電池的延長(zhǎng)壽命，但這并不會(huì)妨礙電池在靜止環(huán)境中發(fā)揮作用。
梯次電池的可用性和系統(tǒng)成本的進(jìn)一步降低將進(jìn)一步提高電池存儲(chǔ)的競(jìng)爭(zhēng)力。在充分利用二次使用的技術(shù)潛力的情況下，成本的降低將使電池在2040年比現(xiàn)在便宜70%，并在2040年部署約540GW的電池存儲(chǔ)。
然而，到目前為止，為電池再利用創(chuàng)造價(jià)值鏈的經(jīng)驗(yàn)是稀缺的。新電池制造繼續(xù)享受著強(qiáng)大的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益和整體效率的提高，這不利于對(duì)現(xiàn)有電池進(jìn)行重新利用，而且價(jià)值鏈在技術(shù)上是復(fù)雜的。盡管如此，一個(gè)由原始設(shè)備制造商、電力公司和第三方組成的行業(yè)正在興起，其中還包括一些規(guī)模較小的新興公司。與電池回收相關(guān)的專(zhuān)利行為水平相對(duì)較低，2000年至2018年期間總共只有436個(gè)IPFs。
這一趨勢(shì)與電池技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。21世紀(jì)初，IPFs的數(shù)量大約為10個(gè)，到2012年增加到40多個(gè)，并在2018年之前一直保持在這個(gè)水平。
隨著鋰離子電池的數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng)，材料價(jià)格可能會(huì)上漲，變得更加不穩(wěn)定，進(jìn)一步提高環(huán)境性能的壓力可能會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。這可以使通過(guò)回收利用回收的材料更具競(jìng)爭(zhēng)力，并挖掘技術(shù)上可回收的潛力，從而減少對(duì)原材料的需求、溫室氣體排放以及采礦和加工材料的影響。
各大電池企業(yè)的專(zhuān)利分析
頂級(jí)申請(qǐng)者在電池技術(shù)不同子領(lǐng)域的各自份額。三星、松下和LG電子幾乎在所有領(lǐng)域都名列前茅。三星在單元級(jí)創(chuàng)新方面處于領(lǐng)先地位，占該領(lǐng)域所有IPF的9.1%，在單元級(jí)制造中占8.7%，在單元級(jí)工程中占11.9。它在電池集成創(chuàng)新方面也非?；钴S（8.7%），與其他化學(xué)物質(zhì)相比，它在鋰技術(shù)方面表現(xiàn)出很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)化。與三星一樣，LG電子主要專(zhuān)注于鋰離子化學(xué)，在電池制造方面相對(duì)專(zhuān)業(yè)化（7.4%)，并將其集成到電池組(7.2%)等設(shè)備中。松下有一個(gè)更多樣化和平衡的投資組合，在鋰離子和其他化學(xué)物質(zhì)方面都有相對(duì)較強(qiáng)的地位（在這兩種情況下均占指規(guī)數(shù)的7.1）。
其他公司有更專(zhuān)門(mén)的專(zhuān)利組合。例如，博世的優(yōu)勢(shì)不是在電池層面的發(fā)展，而是在熱管理和集成相關(guān)技術(shù)（電池組)方面。豐田在這些領(lǐng)域擁有類(lèi)似的職位，但在電池制造方面也擁有強(qiáng)大的專(zhuān)利組合。日本公司GS Yuasa和Sumitomo Electric Industries都傾向于專(zhuān)門(mén)從事鋰離子的替代化學(xué)產(chǎn)品。富士康，一家臺(tái)灣公司，在電池電池電池領(lǐng)域沒(méi)有很強(qiáng)的影響力，但在最終應(yīng)用的電池組集成領(lǐng)域顯示出強(qiáng)大的技術(shù)專(zhuān)長(zhǎng)。
電池技術(shù)領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)的多樣性為不同公司之間、公司與大學(xué)之間、公司與公共研究機(jī)構(gòu)之間的研發(fā)合作提供了機(jī)會(huì)。利用專(zhuān)利申請(qǐng)中包含的信息，有可能與共同申請(qǐng)者（包括外國(guó)公司）確定幾個(gè)IPF的例子。例如，博世和三星共同提交了600多個(gè)ipf的申請(qǐng)。2008年，SB-D和LiMotive兩個(gè)公司在開(kāi)發(fā)混合動(dòng)力汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)方面也有合作關(guān)系。例如，韓國(guó)汽車(chē)制造商起亞（KIA）和現(xiàn)代（Hyundai），日本松下（Panasonic）和豐田（Toyota），以及GS Yuasa和本田（Honda）之間都有合作關(guān)系。
值得注意的是，公司與大學(xué)或公共研究機(jī)構(gòu)之間的合作努力。例如，富士康和清華大學(xué)在中國(guó)的合作申請(qǐng)，或豐田和日本國(guó)立先進(jìn)工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所的聯(lián)合申請(qǐng)，都證明了公共研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)之間的合作。在許多國(guó)家，鼓勵(lì)公私合作的政策激勵(lì)措施已經(jīng)到位，值得進(jìn)一步研究這種合作的好處。
自2000年以來(lái)，排名前25位的申請(qǐng)者在所有與電池相關(guān)的ipf中所占比例略低于一半（47%）。這一比例在過(guò)去五年中略有上升，而前十名申請(qǐng)者的累計(jì)份額也在類(lèi)似程度上下降。這種創(chuàng)新活動(dòng)集中度略有下降的趨勢(shì)是老牌企業(yè)和新企業(yè)之間相互作用的直接結(jié)果：老牌創(chuàng)新者仍保持其重要地位，但在過(guò)去十年中，新興企業(yè)（如LG電子、豐田和博世）的創(chuàng)新迅速增加改進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)的電池。這也表明，電池市場(chǎng)仍在增長(zhǎng)，行業(yè)尚未達(dá)到成熟時(shí)通?？梢杂^察到的集中化趨勢(shì)。
盡管有逐漸的多元化趨勢(shì)，電池技術(shù)的創(chuàng)新仍然主要集中在有限的幾家非常大的公司中，在2000年至2018年期間，這些公司在與電池相關(guān)的所有IPF中占據(jù)了約80%的穩(wěn)定份額（圖5.4）。剩下的份額幾乎平均分配給中小企業(yè)、大學(xué)和公共研究機(jī)構(gòu)。2000-2018年，CEA共有358個(gè)IPF，占大學(xué)和公共研究機(jī)構(gòu)提交的IPF的大多數(shù)，其次是四個(gè)亞洲研究機(jī)構(gòu)，即清華大學(xué)（141個(gè)IPF）、工業(yè)技術(shù)研究院（Chinese Tapei，125個(gè)IPF），韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究所（102個(gè)IPF）和日本國(guó)立研究所（93 IPF）。
申請(qǐng)人的簡(jiǎn)介在電池技術(shù)的各個(gè)子領(lǐng)域之間也有很大差異。 中小企業(yè)和大學(xué)在與電池應(yīng)用更密切相關(guān)的領(lǐng)域的比例要低得多，例如集成和熱管理。 相反，它們的貢獻(xiàn)在源頭創(chuàng)新方面更高，特別是在鋰離子的替代化學(xué)物質(zhì)方面。 在這一領(lǐng)域，大學(xué)占知識(shí)產(chǎn)權(quán)框架的21%，中小企業(yè)占16%。
在公司中，2000-2018年，70%的知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬于IPF發(fā)布之日20年以上的實(shí)體所有，這意味著，多達(dá)30%的知識(shí)產(chǎn)權(quán)由20歲以下的公司備案，其中大部分在發(fā)布之日實(shí)際上不到10年。雖然過(guò)去十年，老公司持有的知識(shí)產(chǎn)權(quán)份額保持相對(duì)穩(wěn)定，但10歲至20歲之間的公司份額幾乎翻了一番，2018年上升至18%，非常年輕公司（不到10歲）的份額也有所下降。
考慮到公司動(dòng)態(tài)（進(jìn)入和退出）與突破性技術(shù)的產(chǎn)生之間的聯(lián)系，這是一個(gè)值得進(jìn)一步關(guān)注的領(lǐng)域。因此，進(jìn)一步的工作可以更詳細(xì)地探討這些聯(lián)系，以及專(zhuān)利在多大程度上根據(jù)組織特征（如申請(qǐng)人年齡和類(lèi)型）而不同（例如，公司與大學(xué)/公共研究機(jī)構(gòu)）。
電池技術(shù)創(chuàng)新的地理起源
下圖顯示了2000-2018年電池發(fā)明者的地理分布與其他儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)明者的地理分布。日本在這兩個(gè)最大、最具活力的領(lǐng)域遙遙領(lǐng)先，其與電池相關(guān)的IPFs份額(40.9%)和與電力存儲(chǔ)相關(guān)的IPFs份額(47.1%)超過(guò)了第二大和第三大創(chuàng)新中心在這兩個(gè)領(lǐng)域的總和。韓國(guó)、歐洲和美國(guó)在這兩個(gè)領(lǐng)域的排名位居第二：它們?cè)陔姵仡I(lǐng)域的IPFs份額大致相當(dāng)，而美國(guó)和歐洲在電力儲(chǔ)能領(lǐng)域領(lǐng)先于韓國(guó)。相比之下，在機(jī)械和儲(chǔ)熱領(lǐng)域，歐洲發(fā)明家占據(jù)著非常有利的地位。
在歐洲，電池技術(shù)創(chuàng)新主要由德國(guó)主導(dǎo)，在2008-2012年，德國(guó)大幅提高了其領(lǐng)先于其他歐洲國(guó)家的優(yōu)勢(shì)。在2000年至2018年期間，僅德國(guó)就占了來(lái)自歐洲的指規(guī)數(shù)的一半以上，在前25個(gè)電池申請(qǐng)企業(yè)中，5個(gè)歐洲實(shí)體中有4個(gè)來(lái)自德國(guó)。法國(guó)是歐洲第二大最具創(chuàng)新能力的國(guó)家，2000-2018年與電池相關(guān)的IPFs占不到1%，前25名中只有一個(gè)實(shí)體(CEA)。
在過(guò)去五年中，歐洲和美國(guó)在電池創(chuàng)新方面的相對(duì)貢獻(xiàn)有所下降，但它們?cè)趪?guó)際合作發(fā)明方面的參與卻在同期上升(歐洲從8.3%上升到8.5%，美國(guó)從11.8%上升到12.4%)。此外，它們的大部分國(guó)際研究合作都是相互進(jìn)行的:40%的歐洲合作發(fā)明和55%的美國(guó)合作發(fā)明來(lái)自跨大西洋合作，亞洲的研究合作伙伴只發(fā)揮了很小的作用。由于國(guó)際研究合作是企業(yè)“進(jìn)入”全球前沿的重要工具，深入研究這種合作與隨后的創(chuàng)新活動(dòng)之間的聯(lián)系將提供有價(jià)值的見(jiàn)解。
相比之下，隨著中國(guó)電池創(chuàng)新的迅速崛起，中國(guó)涉及外國(guó)共同發(fā)明者的ipf數(shù)量急劇下降(從13.2%降至6.6%)。這可能是由于中國(guó)的創(chuàng)新越來(lái)越少地依賴(lài)外國(guó)支持，以及中國(guó)越來(lái)越多的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和對(duì)本土發(fā)明的依賴(lài)。同樣韓國(guó)的外國(guó)共同發(fā)明人比例從2.9%降至1.8%，日本從2.0%降至1.7%。
對(duì)申請(qǐng)人特征的進(jìn)一步分析也揭示了亞洲國(guó)家之間以及美國(guó)和歐洲之間的一些差異。日本和韓國(guó)的創(chuàng)新活動(dòng)主要由大公司或非常大的公司進(jìn)行，小公司（日本為3.4%，韓國(guó)為4.6%）和大學(xué)或研究機(jī)構(gòu)（日本為3.5%，韓國(guó)為9.0%）提供了相對(duì)較小的創(chuàng)新活動(dòng)。相比之下，美國(guó)中小企業(yè)和大學(xué)的貢獻(xiàn)要大得多（分別為34.4%和13.8%）。歐洲國(guó)家也是如此，盡管程度較低，中小企業(yè)占15.9%，大學(xué)和公共研究機(jī)構(gòu)占12.7%。因此，歐洲國(guó)家是SME和大學(xué)的第二大IPF來(lái)源國(guó)，僅次于美國(guó)，盡管與電池相關(guān)的IPF數(shù)量?jī)H排在第四位。
鋰離子化學(xué)的最新進(jìn)展
2000年至2018年間，鋰離子技術(shù)的高水平創(chuàng)新活動(dòng)就占據(jù)了電池技術(shù)所有IPF的40%，部分原因是不同電池應(yīng)用的性能標(biāo)準(zhǔn)不同，而目前缺乏一種主導(dǎo)的電池組設(shè)計(jì)，適合各種應(yīng)用場(chǎng)合。例如，智能手機(jī)、電動(dòng)工具、電動(dòng)汽車(chē)和公用事業(yè)規(guī)模的固定電池對(duì)能量和功率密度、耐久性、材料成本、靈敏度和穩(wěn)定性有不同的要求。雖然這些特性中的一些可以通過(guò)制造業(yè)和工程領(lǐng)域的創(chuàng)新加以改進(jìn)，但它們的理論極限是由存儲(chǔ)和傳導(dǎo)電能的核心部件——電池電極和電解液—所定義的。因此，本章側(cè)重于這些核心要素的最新發(fā)展。
自2000年以來(lái)，與鋰離子電池電極（正極和負(fù)極）材料有關(guān)的IPFs數(shù)量一直以幾乎穩(wěn)定的速度增加。2010年至2013年期間出現(xiàn)了極快的增長(zhǎng)期，期間指規(guī)數(shù)從355個(gè)增加到近900個(gè)。在2018年，大約40%的鋰離子IPF與電極的創(chuàng)新有關(guān)。
鋰離子電池的負(fù)極一直是最激烈的發(fā)明競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，因?yàn)樗菦Q定能量密度（每單位電池體積可儲(chǔ)存的能量量）、比能量（每單位電池質(zhì)量可儲(chǔ)存的能量量）和成本降低的限制因素。能量密度對(duì)于便攜式設(shè)備非常重要，例如，為了確保智能手機(jī)每天只需充電一次，盡管其應(yīng)用程序的能源需求不斷增加。然而，對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)，能量密度和比能量更為重要，它必須在控制車(chē)輛重量的同時(shí)，與內(nèi)燃機(jī)車(chē)的性能和成本相匹配。
10多年前推出的第一款系列生產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)使用了與主要用于消費(fèi)電子產(chǎn)品相同的負(fù)極：鋰鈷氧化物(LCO)和鋰錳氧化物(LMO)。自那時(shí)以來(lái)，由于技術(shù)挑戰(zhàn)從最大限度地提高能量密度和穩(wěn)定性轉(zhuǎn)向提高比能量（單位質(zhì)量能量）、耐久性、功率輸出、充放電速度和可回收性，重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了其他組合物，包括NMC和LFP。
這一趨勢(shì)可以從專(zhuān)利數(shù)據(jù)中看出：LCO專(zhuān)利活動(dòng)在2005年是NMC的兩倍，但在2011年被NMC所取代，2009年至2018年間NMC專(zhuān)利活動(dòng)增加了400%。相比之下，同期LCO專(zhuān)利僅增長(zhǎng)了200%。今天，NMC通常被認(rèn)為在短期內(nèi)具有最佳的電動(dòng)汽車(chē)潛力，研究人員正在繼續(xù)研究如何降低鈷的比例，這在很大程度上決定了總體成本和可持續(xù)性。
盡管NMC的領(lǐng)先設(shè)計(jì)在近幾年取得了令人印象深刻的改進(jìn)，根據(jù)現(xiàn)有應(yīng)用量身定制電池性能，并根據(jù)成本改變金屬的使用比例，但NMC本身有望在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候被取代。特別是NCA作為一種有前途的替代方案日益受到關(guān)注。NCA化學(xué)是基于NMC背后的相同化學(xué)原理，NCA電池已經(jīng)被松下和特斯拉用于電動(dòng)汽車(chē)。其他領(lǐng)先的公司，如特斯拉和比亞迪將改進(jìn)的lfp電池引入市場(chǎng)。該領(lǐng)域的專(zhuān)利活動(dòng)水平仍然有限，但已從2010年之前的幾乎為零增長(zhǎng)到2018年更接近成熟負(fù)極化學(xué)的水平。
鋰離子正極的創(chuàng)新也在上升。在過(guò)去的十年中，碳材料產(chǎn)生的IPF最多，2010年至2015年間創(chuàng)新增長(zhǎng)了200%。這種材料，特別是石墨，由于其成本低、易獲得性好和良好的電化學(xué)性能，通常被用作商業(yè)鋰離子電池(特別是便攜式設(shè)備)的正極活性材料。然而，石墨正極也有其局限性，如鋰的嵌入能力差，為替代正極材料的出現(xiàn)打開(kāi)了大門(mén)。鋰合金金屬(如鋰鋁和鋰硅)是目前第二大最常用的正極材料。
固態(tài)電解質(zhì)是專(zhuān)利活動(dòng)的另一個(gè)主要領(lǐng)域，在這一領(lǐng)域，專(zhuān)利活動(dòng)在不斷增長(zhǎng)，自2010年以來(lái)，專(zhuān)利活動(dòng)平均每年增長(zhǎng)25%。2018年，尋找下一代鋰離子電池的新趨勢(shì)占所有專(zhuān)利活動(dòng)的8%以上。電解質(zhì)是鋰離子技術(shù)發(fā)明的焦點(diǎn)，而2010年這一比例為3%。目前，正在努力尋找替代品，以期找到替代品，以解決現(xiàn)有設(shè)備中現(xiàn)有鋰離子電池（包括低鋰離子電池）中使用的液體或聚合物凝膠電解質(zhì)的一些缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)會(huì)帶來(lái)易燃性風(fēng)險(xiǎn)。固態(tài)電導(dǎo)率高，在電解質(zhì)/電解質(zhì)上的接觸電阻高，具有較高的能量比和電極界面，但目前材料價(jià)格昂貴。預(yù)計(jì)未來(lái)十年，固態(tài)電解質(zhì)將在電動(dòng)汽車(chē)上得到商業(yè)應(yīng)用，并可能產(chǎn)生溢出效應(yīng)，這將有助于使這些電池在其他應(yīng)用中具有競(jìng)爭(zhēng)力。
綜上所述，2014-2018年鋰離子電池領(lǐng)域前15名申請(qǐng)者在電極材料和固態(tài)電池相關(guān)IPFs中所占的份額略低于鋰離子技術(shù)相關(guān)的總體份額(表7.2)。然而，各子領(lǐng)域申請(qǐng)者的份額差異較大，特別是陰極材料，主要化學(xué)領(lǐng)域如NMC(50.6%)和LMO(44.5%)中IPFs的累積份額較高，新興領(lǐng)域如NCA(27.9%)和LFP(29%)中IPFs的累積份額相對(duì)較小。這種模式很常見(jiàn)，說(shuō)明新興領(lǐng)域更容易吸引新入者和新競(jìng)爭(zhēng)。
盡管排名前兩名的LG電子(LG Electronics)和三星(Samsung)在許多領(lǐng)域都占據(jù)強(qiáng)勢(shì)地位，但它們?cè)谒蓄I(lǐng)域的活躍程度并不平等。LG電子和三星在與LCO相關(guān)的IPFs中都占有很高的份額，LCO是電子學(xué)領(lǐng)域建立已久的陰極化學(xué)。此外，三星在負(fù)極用NMC和NCA、正極用硅及其合金領(lǐng)域擁有強(qiáng)大的立足點(diǎn)。選擇性專(zhuān)業(yè)化的趨勢(shì)也可以在其他一些頂級(jí)申請(qǐng)者中看到，比如在固態(tài)電池創(chuàng)新方面做出巨大貢獻(xiàn)的豐田(Toyota)，以及在正極的LTO和LMO方面擁有領(lǐng)先地位的東芝(Toshiba)。
已建立的電極材料中，IPF的地理起源傾向于確認(rèn)鋰離子創(chuàng)新的全球排名。日本在NMC(47%)、LMO(51%)和LTO(50%)方面占主導(dǎo)地位，在LCO方面與韓國(guó)不相上下，占IPFs的28%。與鋰離子技術(shù)的全球地位相一致，韓國(guó)LCO排名第一(30%)，其他領(lǐng)域排名第二。美國(guó)緊隨其后，在這些領(lǐng)域的表現(xiàn)優(yōu)于鋰離子創(chuàng)新的總體表現(xiàn)。與此相反，歐洲國(guó)家在所有類(lèi)別中的地位都不大，甚至同它們?cè)谒袖囯x子指規(guī)數(shù)中所占的份額相比也是如此。
兩大新興技術(shù)：液流電池與超級(jí)電容
當(dāng)前有其它兩種儲(chǔ)能技術(shù)迅速出現(xiàn)。首先，液流電池可以為某些應(yīng)用提供一種更安全、更耐用和更可擴(kuò)展的鋰離子電池替代方案。 其次，超級(jí)電容器可以通過(guò)滿(mǎn)足快速充放電等特定需求來(lái)補(bǔ)充鋰離子電池。
雖然液流電池屬于電化學(xué)存儲(chǔ)技術(shù)的范疇，但它們與普通電池有幾個(gè)不同之處。液流電池使用多孔電極代替固體或固定形式的電極，其中活性物質(zhì)以含有氧化還原活性物質(zhì)的正極和負(fù)極液體溶液的形式流動(dòng)。這些溶液儲(chǔ)存在兩個(gè)容器中，每個(gè)容器循環(huán)到其中一個(gè)電極上。在放電過(guò)程中，離子通過(guò)離子交換膜從負(fù)極遷移到正極，電子從負(fù)極流向負(fù)極，然后通過(guò)外部電路(例如外部設(shè)備)到達(dá)正極，最終到達(dá)正極。
液流電池的創(chuàng)新直到最近才在專(zhuān)利申請(qǐng)中顯現(xiàn)出來(lái)。 2012年，這一領(lǐng)域的指規(guī)數(shù)幾乎翻了一番，到2018年達(dá)到166個(gè)。液流電池可以有不同的化學(xué)成分，釩是最常用的氧化還原活性陽(yáng)離子。 這也可以在專(zhuān)利數(shù)據(jù)中看到。
中小企業(yè)、大學(xué)和公共研究機(jī)構(gòu)在發(fā)展液流技術(shù)方面仍扮演重要角色。在2000年至2018年期間，它們占該領(lǐng)域所有IPF的近一半，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)和新興技術(shù)領(lǐng)域的典型趨勢(shì)。綜合來(lái)看，前五名申請(qǐng)者在該領(lǐng)域的IPFs份額(18%)明顯低于電池領(lǐng)域的整體份額(28%)。日本住友電氣工業(yè)公司遙遙領(lǐng)先，緊隨其后的是兩家美國(guó)航空航天公司洛克希德·馬丁公司和聯(lián)合科技公司，以及一家只在該領(lǐng)域運(yùn)營(yíng)的較小的英國(guó)公司Acal Energy。LG電子在榜單上排名第五，是唯一一家在所有電池技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)入前十的公司。
在此背景下，與液流電池相關(guān)的IPFs的地理分布與鋰離子相關(guān)IPFs的地理分布顯著不同。美國(guó)是主導(dǎo)創(chuàng)新中心，2000-2018年，美國(guó)創(chuàng)新中心的IPFs數(shù)量占該領(lǐng)域創(chuàng)新中心總量的近三分之一，其次是歐洲，占23.7%。日本以19.2%的IPFs排名第三。
超級(jí)電容器，也被稱(chēng)為超級(jí)電容，屬于儲(chǔ)能類(lèi)，因?yàn)樗鼈兺ǔ２簧婕盎瘜W(xué)反應(yīng)。然而，近年來(lái)，一些混合溶液的電與電化學(xué)儲(chǔ)存方法已經(jīng)發(fā)展起來(lái)。電容器的一些關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是它們可以在幾秒鐘內(nèi)充電和放電，而且不會(huì)隨著時(shí)間的推移而失去存儲(chǔ)能力。然而，它們不能像電池那樣儲(chǔ)存大量的電能。這使得超級(jí)電容器主要適合作為電池的補(bǔ)充，適用于重視能量爆發(fā)超過(guò)存儲(chǔ)介質(zhì)容量的應(yīng)用。
大多數(shù)超級(jí)電容器目前用于汽車(chē)、工業(yè)能源和電子部門(mén)，因?yàn)樗鼈兊某杀鞠鄬?duì)較高，而且在潛在用戶(hù)中不太引人注目。超級(jí)電容器市場(chǎng)仍在增長(zhǎng)，主要是由于電梯和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的再生制動(dòng)系統(tǒng)銷(xiāo)量增長(zhǎng)，以及它們?cè)陲L(fēng)能、太陽(yáng)能、火車(chē)和飛機(jī)上的應(yīng)用。
21世紀(jì)初，超級(jí)電容器的技術(shù)有了重大發(fā)展，每年產(chǎn)生約100個(gè)IPFs，到2017年，這個(gè)數(shù)字已經(jīng)增加到每年超過(guò)500個(gè)IPFs。早期的開(kāi)發(fā)主要集中在雙層靜電超級(jí)電容器，以及混合、偽和電化學(xué)超級(jí)電容器。意見(jiàn)的相對(duì)吸引力這些類(lèi)型的超級(jí)電容器出現(xiàn)分化,然而,剩下的ipf靜電超級(jí)電容器在停滯不前水平自2006年以來(lái),技術(shù)的改進(jìn)混合，贗電容器導(dǎo)致ipf的增加,2018年達(dá)到每年200。在超級(jí)電容器中使用納米管和石墨烯電極是過(guò)去20年來(lái)該領(lǐng)域另一個(gè)不斷增長(zhǎng)的創(chuàng)新領(lǐng)域，記錄的ipf數(shù)量從21世紀(jì)初的幾乎為零上升到2018年的169個(gè)。與電池不同，用于超級(jí)電容器的固態(tài)電解質(zhì)的研發(fā)并沒(méi)有增加，自2013年以來(lái)ipf的數(shù)量一直徘徊在50個(gè)左右。
靜電超級(jí)電容器是一個(gè)由大公司主導(dǎo)的類(lèi)別，占所有IPF的81.2%，除此之外，超級(jí)電容器中相對(duì)較大的創(chuàng)新份額來(lái)自中小企業(yè)和公共研究機(jī)構(gòu)。這證實(shí)了超級(jí)電容器是另一個(gè)充滿(mǎn)活力的新興領(lǐng)域儲(chǔ)藏室。差不多了在混合、贗電容器領(lǐng)域，25%的IPF由大學(xué)和公共研究機(jī)構(gòu)產(chǎn)生，超級(jí)電容器用納米管/石墨烯電極的比例升至34.8%。
前五名申請(qǐng)者僅占超級(jí)電容器相關(guān)IPF的13.5%，突顯出這一快速增長(zhǎng)的技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新集中度較低。在這些申請(qǐng)者中，有4家總部位于日本，1家位于韓國(guó)，松下公司居首，三星和豐田緊隨其后。豐田將其創(chuàng)新活動(dòng)集中在靜電超級(jí)電容器上，這是一個(gè)更為成熟的技術(shù)領(lǐng)域，而松下在混合動(dòng)力、贗電容器和電化學(xué)超級(jí)電容器方面占據(jù)著強(qiáng)勢(shì)地位。三星在采用納米管和石墨烯電極的超級(jí)電容器領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。
其地理來(lái)源的分布與電池非常相似。日本是明顯的領(lǐng)先者，在2000年至2018年公布的所有IPF中，日本幾乎占了50%。它的主導(dǎo)地位在于其在靜電超級(jí)電容器領(lǐng)域的地位，在該領(lǐng)域，它產(chǎn)生了近三分之二的ipf。美國(guó)以18.2%的市場(chǎng)份額排名第二，這得益于美國(guó)在混合、贗電、電化學(xué)超級(jí)電容器、固態(tài)電解質(zhì)和納米管/石墨烯電極超級(jí)電容器領(lǐng)域的強(qiáng)勢(shì)地位。歐洲超級(jí)電容器市場(chǎng)份額為13.6%，其中混合、贗電、電化學(xué)超級(jí)電容器市場(chǎng)份額最高。
