锂电池专利龙虎斗,以及对我国创新的启示

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上一次在讨论日本产业优势的那篇问答里面,我说了日本关于NCA电池材料技术的优势。当时有很多朋友可能觉得中国的锂电池技术已经很发达,说日本技术先进是不是有些过时,有些夸大?其实这事要分怎么看,如果从NCM三元材料制备量来说,我国的确是第一的量,但是如果说专利,我国大多数NCM的核心专利在美国人手上。绕不过的是专利墙。

锂电池科普

说到锂电池,就不得不说锂电池的几个阶段:一个是锰酸锂电池,这是很原始的技术,早期的锂电池形态。性能当然非常一般。而到了磷酸铁锂,这是一个跨越,因为磷酸铁锂循环放电次数非常高,性能非常稳定,不足之处在于能量密度。最后是三元锂材料,所以叫三元,就是三种元素,一种是NCA,那就是镍钴铝酸锂,这在索尼、松下手里面(今年诺贝尔奖吉野彰就是关键人物),另一种是NCM,叫做镍钴锰酸锂,其专利在3M手里后来转让给了比利时优美科手里。今天就来讲磷酸铁锂,NCM和NCA的专利故事。

锂电池的起点——惠廷厄姆

诺贝尔奖化学奖三个人,起点是惠廷厄姆,他在上世纪60年代就在埃克森实验室里面发现了锂电池的储能特性,但是当时正极材料用硫化钛,负极材料用锂金属,电池不稳定。也没人想要商业化。不过,他依然是“锂电池之父”。

锂电池的摇篮——古迪纳夫及其实验室

二号人物,也是关键性人物就是古迪纳夫,大器晚成的科学家。

钴酸锂电池和NCA

古迪纳夫原来在美国林肯实验室,没什么成就,于是就去了英国(惠廷厄姆从英国搬到美国)。在牛津大学搞研究。最后发现了用钴和锂的氧化物在锂电池正极上的运用。这就是钴酸锂电池的重要科学基础。可是牛津大学竟然不肯给古迪纳夫申请专利。古迪纳夫只能低价将技术卖给了官方的英国原子能管理局。而在古迪纳夫发现钴酸锂电池的十年里面,其实一直没有很好的负极材料被发现(负极依然是锂金属)。

英国人没重视,日本人开始起跑,主要推动者就是索尼。索尼在钴酸锂的基础上(不知道何时得到专利,反正英国人也没申请),利用吉野彰的突破,用石墨代替了锂金属作为负极,于是,日本人的锂电池就开始满世界跑了(电池,特斯拉最早也是这个电池)。松下在其后改造出NCA路线,也就是镍钴铝酸锂电池,并一直保持着一定的技术壁垒。

锂离子电池被索尼推出来,而当时的贝尔实验室开始发力,他们推出了聚合物锂电池,这里区别在于,索尼的电池就是我们经常在用的那种一节节的电池,而贝尔实验室的聚合物电池和软包电池技术则广泛用于手机,笔记本电脑。这期间有一家中国公司ATL,解决了手机电池和笔记本电池的鼓包问题,从而成为这种电池的全球供应商。(虽然都在宁德,但是宁德时代CATL和ATL是两家公司)不过可惜的是,这家ATL后来被日资企业收购(挺可惜的)。

磷酸铁锂电池

还是古迪纳夫,他回美国了,在德克萨斯大学奥斯汀分校。然后搞出了磷酸铁锂。期间有一个日本访问学者冈田重人。既然是访问学者,那就好好接待。结果没想到这位学者竟然将机密偷偷的报告给了日本的NTT,古迪纳夫在美国申请了磷酸铁锂最关键的两个技术。其中第二个专利是古迪纳夫和法国科学家阿尔芒一起突破的。但是到日本一看,日本已经在本国注册了磷酸铁锂的专利,专利发明人正是冈田重人。

然后专利侵权进一步泛滥,由于两方面的专利诉讼,几乎全世界都开始利用磷酸铁锂技术,并在自己国家和区域注册专利,专利依然泛滥趋势,古迪纳夫和德州大学没有办法保护专利。后来南方化学接手了专利,带着德州大学满地球的追讨专利费。结果是欧洲认为他们的专利不符合新颖性,NTT庭外和解,将日本专利权授予德州大学,倒贴万(基本算是承认了,不然诺贝尔也没古迪纳夫的份了,老头子神人一个,一辈子伤在专利上了),然后遍地开花的中小电池厂,一家家的赔钱和解。在对美国A系统公司起诉方面,南方化学还败诉了。这事至今也说不明白。

镍钴锰酸锂(NCM)

3M手底下的达恩发明了NCM,于是NCM的专利就在3M公司手里。

古迪纳夫(又是)的徒弟雷克萨在古迪纳夫手下发现了一种锰晶体,后来徒弟加入了美国阿贡实验室,开发出了富锂高锰三元材料。

在3M这一边,由于特斯拉当时急于有自己的电池技术,去3M挖人。3M是一个综合性公司,产品多如牛毛,所以干脆就关闭研发,直接将专利授权出去,全世界都是3M的授权,国内如今主要的NCM电池就是3M授权的。之后其干脆将专利卖给了比利时的优美科。

阿贡实验室只授权给了LG,户田工业和巴斯夫。而问题就在于阿贡实验室的富锂高锰三元材料技术难度比较高,应用前景不佳。所以巴斯夫其实最终还是在3M的专利上发力研发。更加神奇的是,巴斯夫竟然先行起诉了3M和优美科专利侵权。而且更加神奇的是,美国竟然判巴斯夫赢得官司。

这为我国原来的授权,和全世界大多数国家在NCM上的授权带来了一些不确定性,因为杉杉、湖南瑞翔和北大先行都是通过3M的授权。不过巴斯夫已经授权湖南瑞翔NCM生产许可,两方面许可应该不会影响到他了。

我国的新能源电池专利困境

关键是我国多年来在科技过于浮躁,没有沉淀出基础性的专利路线。所以现在锂电池上面,我们绕不开所有路线的专利授权。在磷酸铁锂方面,由于专利混乱我国获得了一定的自主权利,因为欧洲也是这么做的,这本身没什么问题。所以在前几年我国一直重点在磷酸铁锂技术上。但是如今三元材料几乎是必然,而NCA日本人是不肯开口子的。所以只有往NCM上去发展。好事是3M这条路线本身3M没有研发部门,我们添加后期的专利依然能形成制备优势。也可以不理会巴斯夫和美国阿贡实验室的专利,毕竟我们是获得授权的。但是如果3M和优美科在NCM技术上全面输给了巴斯夫。那么我们很可能再一次被卡脖子。

据说特斯拉要向宁德时代买动力电池。不要光以为这是特斯拉照顾中国生意。因为NCA电池技术毕竟是日本人的专利技术,虽然他们是偷走在线,但是后期的确研发出了新东西,而且技术壁垒很高。而NCM,说到底还是美国的授权。

中华当自强,科技要脚踏实地。不要浮躁和急躁。




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