岛储能产业技术研究院
聚合物固态锂电池专利分析
青岛储能产业
中国科学院青岛生物能源与过程研究所
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二〇一六年 七月
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青
目 录
1. 2. 3.
引言........................................................................................................................................... 1 数据来源和分析工具 . .............................................................................................................. 1 聚合物固态锂电池专利整体态势分析 . .................................................................................. 1 3.1. 聚合物固态锂电池技术专利的时序分布 ............................................................... 1
3.1.1. 专利申请趋势 . .................................................................................................. 1 3.1.2. 专利公开趋势 . .................................................................................................. 2 3.2. 聚合物固态锂电池技术专利申请的技术布局 ....................................................... 3 3.3. 聚合物固态锂电池技术专利的国家分布 ............................................................... 4
3.3.1. 最早优先权国家/地区分析 . ............................................................................. 4 3.3.2. 主要国家/地区专利年度分布 . ......................................................................... 5 3.3.3. 主要国家/地区专利的全球布局 . ..................................................................... 5 3.3.4. 主要国家/地区专利申请活跃度分析 . ............................................................. 7 3.3.5. 主要国家/地区的技术布局 . ............................................................................. 7 聚合物固态锂电池技术专利申请人分析 . .............................................................................. 8 4.1. 主要申请人分析 . ...................................................................................................... 8 4.2. 主要申请人专利申请保护区域分布 . ...................................................................... 8 4.3. 重要申请人介绍 . ...................................................................................................... 9
4.3.1. 三星电器 . .......................................................................................................... 9 4.3.2. 韩国科学技术院 . ............................................................................................ 11 4.3.3. 韩国化学技术研究所 . .................................................................................... 12 4.3.4. 三洋电气 . ........................................................................................................ 14 4.3.5. TDK 株式会社................................................................................................ 16 4.3.6. 松下电器 . ........................................................................................................ 17 4.3.7. LG 化学 .......................................................................................................... 18 4.3.8. 日本瑞翁 . ........................................................................................................ 20 高被引专利介绍 . .................................................................................................................... 21 聚合物固态锂电池中国专利重点分析 . ................................................................................ 24 6.1. 在中国申请的专利年度分布分析 . ........................................................................ 24 6.2. 中国专利申请来源地分析 . .................................................................................... 25 6.3. 中国专利申请法律状态分析 . ................................................................................ 25 6.4. 技术布局 . ................................................................................................................ 26 6.5. 专利申请人类型分析 . ............................................................................................ 26 6.6. 主要申请机构介绍 . ................................................................................................ 28
6.6.1. 青岛生物能源与过程研究所 . ........................................................................ 28 6.6.2. 清华大学 . ........................................................................................................ 29 6.6.3. 中国东方电气集团有限公司 . ........................................................................ 30 6.6.4. 株式会社LG 化学 ......................................................................................... 30
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4.
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5. 6.
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1. 引言
储能领域对高安全性可充电电池的迫切需求大大推动了二次锂离子电池的研发，以固体电解质取代传统液体有机电解液的全固态锂电池正吸引越来越多的关注。
其中，固态电解质包含无机固态电解质、聚合物固态电解质和复合电解质。
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规模化工艺生产。
与无机固体电解质材料相比，聚合物固态电解质具有很好的柔顺性、良好的成膜性、黏弹性和质量轻等优点；与传统的液态锂离子电池相比，聚合物固态电解质避免了电解质的泄漏，具有安全性能高、重量轻（比同等规格的液态锂离子电池轻20%～40%）、容量大（比同等规格的液态锂离子电池高5%～15%），被公认为是最具应用市场前景的电池产品。
为满足聚合物锂离子电池应用需求，实用化的聚合物固态电解质须具备以下要求：(1)室温下接近或超过10-4S.cm -1的离子电导率；(2)电解质体系中锂离子的迁移数接近1；(3)良好的化学、电化学及热稳定性能，且电解质和电极要有良好的化学相容性，不发生化学反应；(4)具有较强的机械性能，易于加工成型和大
近年来，日本、韩国、中国和美国等国家在该领域开展了较多的研究，研究思路主要集中在保持聚合物电解质力学性能的前提下提高其室温电导率，研究方法主要有如下几种：（1）设计与合成新型聚合物结构；（2）优化锂盐的结构与用
2. 数据来源和分析工具
本报告主要分析了全球聚合物固态锂电池专利技术发展态势，有助于了解全球在该技术领域的发展全貌。本报告的分析数据主要来源于美国汤森路透科技集用美国Thomson 公司开发的TDA （Thomson Data Analyzer）等。
团（Thomson Reuters ）的德温特创新索引（DII ）数据库。本次分析工具主要采
3. 聚合物固态锂电池专利整体态势分析
3.1. 聚合物固态锂电池技术专利的时序分布
3.1.1. 专利申请趋势
图 1反映了聚合物固态锂电池专利优先权年（Priority Years）的分布情况，
其中专利的优先权是指专利申请人就其发明创造第一次在某国提出专利申请后，在法定期限内，又就相同主题的发明创造提出专利申请的，根据有关法律规定，
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量；（3）添加有机增塑剂；（4）掺杂无机陶瓷纳米粒子。
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其在后申请以第一次专利申请的日期作为其申请日，专利申请人依法享有的这种权利，这就是优先权。因此分析优先权年可以反映出专利申请的年度变化情况。从图中可以看出，1978年出现第一件相关专利申请以来，1978—1995年专利申请总体处于缓慢发展阶段，申请数量维持在7件及以下；1996—1998年专利申请处于快速增长阶段，其中1998年的专利申请量达到了25件；1999—2010年专利申请处于波动阶段，专利申请量维持在8~17件之间；2011年的专利申请量快速上升至32件，达到了最高值；2011—2013年专利申请量处于下降的趋势。（由于从专利申请到公开最长有18个月的迟滞，因此截至检索日，2014和2015年的部分申请专利尚未公开，数据仅做参考）。
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3.1.2. 专利公开趋势
基本专利（basic patent）是指第一个输入到 DWPI 数据库的同族专利成员，因此基本专利年（basic patent year）在一定程度上可以反映专利的公开年。图 2反映了基本专利年的分布情况，跟图 1比较，可以看出趋势大致类似，公开时间段。
间大约比申请时间延后1-2年，1997—2001和2010—2013年为两个快速增长时
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图 1 聚合物固态锂电池专利的优先权年分布
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图 2 聚合物固态锂电池专利的基本专利年分布
图 3反映了聚合物固态锂电池专利家族年的分布情况，从中可以看出1980
—2001年总体呈增长的趋势，2001—2004年呈波动趋势，2004—2015年总体呈利呈现出以专利家族形式申请的趋势，专利的保护范围更广。
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图 3 聚合物固态锂电池专利家族年分布
3.2. 聚合物固态锂电池技术专利申请的技术布局
国际专利分类号（IPC ）包含了专利的技术信息，通过对聚合物固态锂电池涉及的技术领域和技术重点等。表 1反映了聚合物固态锂电池专利申请位居前10位的技术领域，从中可以看出H01M-010/40领域的申请量位居首位。
表 1聚合物固态锂电池专利申请量居前10位的技术领域
相关专利进行基于IPC 的统计分析，可以了解、分析聚合物固态锂电池专利主要
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增长的趋势，通过与图 2的比较能够发现，近些年来聚合物固态锂电池领域的专
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3.3. 聚合物固态锂电池技术专利的国家分布
由于申请人通常倾向于优先在本国提交申请，因此，最早优先权国家/地区助于了解这些国家/地区的技术创新能力和专利优势。
图 4反映了聚合物固态锂电池国际专利申请国家/地区分布情况。日本申请
的专利申请量位居第一位，共169件，占所有专利申请量的48%；其后依次为韩有专利申请的90.56%，是聚合物固态锂电池技术开发最为积极的国家。
国、中国和美国等。日本、韩国、中国和美国四个国家/地区的专利申请量占所
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一定程度上代表技术来源国。通过对最早优先权国家/地区的专利数量分析，有
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3.3.1. 最早优先权国家/地区分析
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图 4 聚合物固态锂电池研究相关技术专利申请国家/地区分布
3.3.2. 主要国家/地区专利年度分布
从日本、韩国、中国和美国四个国家的历年专利申请量看，日本的专利申请较早，始于1978年，1978—2013年间专利申请总体呈先上升后下降的趋势，其中以1997—2001年间的专利申请量最为集中，维持在11~16件之间；韩国从1996年开始有聚合物固态锂电池的专利申请，在1996—2013年期间，专利申请总体呈先上升后下降再上升又下降的趋势，其中在1998年、2011和2012年出现3个峰值；中国的首件专利申请出现较晚，2003年首次有相关专利申请，为清华大学南策文院士申请的，2004—2006年申请量为零，2007—2013年总体呈增长的趋势，虽然2014和2015年专利申请尚未完全公布，但申请量分别已达到了6和7件；美国自1986年首次申请专利以来，近20年来该技术领域的专利申请并无明显的趋势。
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图 5 聚合物固态锂电池专利优先权国家/地区专利申请时序分布
3.3.3. 主要国家/地区专利的全球布局
通过对专利家族国家的分析，可以了解聚合物固态锂电池技术领域专利的战略布局，也可以通过分析了解专利技术的流向性。
图 6反映了聚合物固态锂电池技术专利文献的专利家族国家分布情况，可以
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看出，排名首位的依然是日本，是专利布局的重点，之后是美国、中国、韩国、WO 、欧洲、德国等国家和地区，相比于优先权国家分布，在韩国和中国的专利布局相对减弱。
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表 2反映了聚合物固态锂电池专利申请国家/地区专利的全球布局情况。在
日本、韩国、中国、美国四个主要技术原创国中，日本、韩国、美国的海外布局较多，其中日本在美国、中国、WO 和欧洲都有一定的布局；韩国在美国、日本、区。中国专利量虽然排第三位，但是专利海外布局相对薄弱，仅在美国和中国台湾地区略有布局。
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表 2 聚合物固态锂电池专利申请国家/地区专利的全球布局
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WO 、中国和欧洲有一定的布局；美国重点布局在WO 、日本、欧洲等国家和地
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图 6 聚合物固态锂电池技术专利受理国家/地区分布
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表 3反映了日本、韩国、中国和美国最近三年（2011—2013年）的专利申
请情况，其中中国的专利申请活动最为频繁，最近三年的专利申请数占专利总量的44.49%，其后分别为韩国（37.1%）、美国（30.3%），专利总量第一的日本近三年专利申请活动较弱，仅占11.24%。
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表 3 主要申请国家专利申请活跃度程度
3.3.5. 主要国家/地区的技术布局
表 4反映了聚合物固态锂电池优先权专利的主要国家的技术布局情况，可
以看出日本、韩国的专利主要集中在H01M-010/40（非水电解质蓄电池（H01M 10/39优先）的二次电池；及其制造）；美国的专利主要集中在H01M-006/18（带
有固体电解质的一次电池；及其制造）和H01M-010/40（非水电解质蓄电池（H01M 10/39优先）的二次电池；及其制造）；我国的专利主要集中在H01M-010/0565（高分子材料，例如凝胶型或固体型的锂蓄电池）、H01M-010/0525（摇椅式电池，即其两个电极均插入或嵌入有锂的电池；锂离子电池）、H01M-010/056（其特征在于用做电解质的材料，如无机/有机混合电解质的锂蓄电池）和H01M-010/058（非水电解质蓄电池（H01M 10/39优先）的构造或制造）。
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3.3.4. 主要国家/地区专利申请活跃度分析
表 4 主要国家/地区的技术布局
4. 聚合物固态锂电池技术专利申请人分析
4.1. 主要申请人分析
机构有2家。
表 5给出了专利申请数量不少于8件的5个申请人，韩国机构占3家，日本
表 5 聚合物固态锂电池专利主要申请人
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4.2. 主要申请人专利申请保护区域分布
表 6给出了聚合物固态锂电池主要专利申请人（申请数量大于8件）专利申
请的保护区域分布情况。可以看出，5个机构的专利申请均表现出了以本国保护为主，外国保护为辅的策略。其中三星电器、韩国科学技术研究院、韩国化学技术研究所等机构的表现出了较好的对外保护倾向。三洋电气的专利仅以本国保护。
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表 6 主要专利申请人专利申请的保护区域分布
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4.3. 重要申请人介绍
4.3.1. 三星电器
等。
三星电器从1998年开始公开聚合物固态锂电池技术的专利，先后在1998（4
件）、1999年（3件）、2000年（2件）、2008年（2件）、2012年（1件）、2013年（2件）和2014年（1件）公开了相关专利。
研究领域主要集中在H01M-010/40（非水电解质蓄电池（H01M 10/39优先）的二次电池；及其制造）上。表 7反映了三星电器在聚合物固态锂电池技术申请的相关专利，其中高被引专利较少，仅有1件专利（KR 98084657）的被引次数为8次，专利的质量不高。相关的专利主要涉及PVDF+二乙基丙烯酰胺共聚物、超临界流体处理的固态电解质、离子液体修饰的聚磷腈固态电解质、聚合物表面涂覆的硫系固态电解质、降冰片烯等固态电解质、LATP+聚合物凝胶固态电解质
表 7 三星电器在聚合物固态锂电池技术申请的相关专利
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4.3.2. 韩国科学技术院
韩国科学技术院在聚合物固态锂电池方面的专利公开年集中在1999年（1
件）、2000年（7件）和2014年（1件），其中以2000年的专利最多。韩国科学技术院的研究领域与三星电器的研究领域类似，也主要集中在H01M-010/40（非水电解质蓄电池（H01M 10/39优先）的二次电池；及其制造）上。但是关于聚合物固态锂电池方面实质性进展的专利不多，韩国科学技术院在1998年申请的WO200016421——Homogeneous solid polymer alloy electrolyte and composite PMMA 、PVDF 、PVC 等聚合物合金固态电解质，具有较高的被引频次（18次）；此外，KR 2014125143——New ionic group-containing polysilsesquioxane polymers useful in a solid electrolyte for a lithium secondary battery, or a gel polymer
表 8 韩国科学技术院在聚合物固态锂电池技术申请的相关专利
electrolyte 主要涉及聚倍半硅氧烷电解质。而其他专利的相关性不大，详见表 8。
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electrode for use in lithium polymer or lithium ion polymer battery主要涉及PAN 、
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院
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4.3.3. 韩国化学技术研究所
韩国化学技术研究所在2002年、2005—2008年、2010年、2013年和2014
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年各有1件专利公开，年际间分布较为均匀。研究领域主要集中在H01M-010/40、H01M-010/0565、H01M-006/18、H01B-001/06和H01M-010/36上。韩国化学技术研究所的专利相关度较高，涉及的主要领域有聚烷基环氧乙烷等凝胶型固态电解质、甲基硅氧烷聚合物固态电解质、可交联的环状硅氧烷聚合物固态电解质、有机胺改性粘土复合的固态电解质，以及咪唑盐离子液体复合凝胶电解质、多臂星型丙烯酸酯交联型凝胶电解质等。在高被引专利方面，韩国化学技术研究所有较好的表现，US 2005271948、JP 2002280075和WO 2006101328分别被引10次、8次和3次，详见表 9。
表 9 韩国化学技术研究所在聚合物固态锂电池技术申请的相关专利
研究院
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4.3.4. 三洋电气
三洋电气在1992年（1件）、1994年（1件）、1998年（2件）、1999年（1件）、2001年（2件）、2005年（1件）等年份有专利产出。研究领域主要集中在
H01M-010/40、H01M-004/02、H01M-004/58上。此外，三洋电气的专利虽然都在本国部署，但个别专利也有一定的被引频次，如JP 11283672和JP 2001110405分别被引了7次和3次。大部分专利涉及凝胶固体电解质方面，详见表 10。
表 10 三洋电气在聚合物固态锂电池技术申请的相关专利
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4.3.5. TDK 株式会社
TDK 株式会社在1998年（1件）、1999年（4件）、2008年（1件）、2010
年（1件）和2012年（1件）有相关专利布局。研究领域主要集中在H01M-010/40、H01B-001/06和H01G-009/025等方面。在被引频次方面，JP 10154415、JP 11297360分别有23次和13次的被引。在技术布局上，TDK 株式会社的专利主要涉及凝胶型电解质和复合电解质，见表 11。
表 11 TDK株式会社在聚合物固态锂电池技术申请的相关专利
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青4.3.6. 松下电器
松下电器在1981年、1992年、1994年、2000年、2001年、2007年和2011H01M-006/18、H01B-001/06等。松下电器专利的技术领域相对分散，在被引频次方面无明显的优势。
表 12 松下电器在聚合物固态锂电池技术申请的相关专利
年各有1件相关专利公开。研究领域较为分散，主要方向有H01M-010/40、
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能产业技术研
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4.3.7. LG 化学
LG 化学在2011、2012和2014年各有2件、1件和3件专利公开，近几年专利申请活跃度较高。研究领域主要集中在H01M-010/0565、H01M-010/0525和C01J-005/22等领域。LG 化学的前3个专利都申请了PCT ，且保护区域较为广泛，
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其中WO 2011159083的优先权年为2010年和2011年，被引次数已有6次，详见表 13。LG 化学的专利主要涉及SEI 膜和丁二腈塑晶体系。
表 13 LG化学在聚合物固态锂电池技术申请的相关专利
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4.3.8. 日本瑞翁
日本瑞翁在2002年（1件）、2003年（1件）、2006年（1件）、2011年
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次，详见表 14。
（2件）、2013年（1件）有相关专利公开。研究领域集中在H01B-001/06、H01M-004/62和H01M-010/40等方面。主要技术领域有聚三聚氰胺、环胡精+聚乙二醇、聚酯聚合物、无机-有机复合电解质、降冰片烯聚合物、硫系无机固体电解质+乙烯基聚合物等。在专利被引频次方面，日本瑞翁在2011和2010年申请的WO 2013065738和JP 2011233422的两件专利的被引次数分别为5次和4
表 14 日本瑞翁在聚合物固态锂电池技术申请的相关专利
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5. 高被引专利介绍
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主要集中在PEO 基体系、PVDF 及相关复合材料、聚碳酸酯基体系等。
表 15 聚合物固态锂电池高被引专利
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表 15反映了聚合物固态锂电池领域的高被引专利，高被引专利的研究领域
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青岛储能6. 聚合物固态锂电池中国专利重点分析
6.1. 在中国申请的专利年度分布分析
图 7给出了我国受理（基于申请年）的聚合物固态锂电池专利申请数量的年
度分布情况。可以看出，专利的申请与受理始于1997年，2010年以来专利申请物固态锂电池技术在我国储能市场日益受到重视。
量保持高位增长，特别是2011年和2013年专利申请量达到了11件，表明聚合
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图 7我国受理的聚合物固态锂电池专利申请量年度变化趋势
6.2. 中国专利申请来源地分析
在检索到的71件聚合物固态锂电池中国专利申请中，国内申请44件，占62%；其他国家（地区）申请了27件占38%，主要来源于以下国家/地区：日本（17%）、韩国（7%）、美国（4%）、德国（3%）、法国（3%）等，表明我国已成为各国争夺聚合物固态锂电池技术的重点市场之一（见图 8）。通过前面的分析可以看出，日本、韩国、中国、美国等国家是全球聚合物固态锂电池专利申请数量最多的一些国家。可见全球聚合物固态锂电池各主要技术国家/地区都已在我国进行了专利布局，其中日本在我国的布局较多。
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图 8 中国专利申请来源国家/地区构成
6.3. 中国专利申请法律状态分析
图 9反映了国家知识产权局受理的71件聚合物固态锂电池专利申请的法律
状态。可以看出，未决专利申请占到了50.70%，授权专利已占到26.76%，其他状态占22.53%。这主要是因为聚合物固态锂电池仍然是一个新兴的技术领域，
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但是随着新技术的产生发展，导致某些早期专利失去原有价值，从而促使相关专利持有人选择撤回某些原始专利。
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图 9 聚合物固态锂电池中国专利法律状态
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表 16反映了在我国申请的聚合物固态锂电池专利的主要技术领域，其中以
H01M-010/0565（高分子材料，例如凝胶型或固体型的锂蓄电池）领域最为集中。H01M-010/0525、H01M-010/40、H01M-010/056、H01M-010/058等领域也有较多部署。
表 16中国聚合物固态锂电池专利的主要技术领域
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6.5. 专利申请人类型分析
图 10反映了在中国受理的聚合物固态锂电池专利的申请人类型，其中公司
占比最高，达到了54%，其次为大学，占31%，其他依次为研究机构7%、大学和公司合作4%、个人3%、公司和研究机构合作1%。其中，绝大部分专利是由单个申请人申请的，仅有4件专利是合作申请的，分别为清华大学和鸿富锦精密
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6.4. 技术布局
工业（深圳）有限公司合作申请2件，日本合成化学工业株式会社和独立行政法人产业技术综合研究所合作申请1件，国立大学法人东京工业大学和日本乳化剂株式会社合作申请1件。
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图 11和图 12分别反映了国内申请人类型和国外申请人类型，可以明显地
看出国内申请人以大学和公司为主，分别占45%和39%；国外申请人中公司占据绝对优势，占78%。
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图 11 国内申请人类型
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图 10 中国受理专利的申请人类型
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图 12 国外申请人类型
6.6. 主要申请机构介绍
表 17反映了了在中国受理的聚合物固态锂电池专利的主要申请机构情况，
表 17 中国受理的聚合物固态锂电池专利的主要申请机构
其中中国机构有3家，韩国机构有1家，为株式会社LG 化学。
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6.6.1. 青岛生物能源与过程研究所
中科院青岛生物能源与过程研究所崔光磊研究员领导的研究团队在聚合物固态锂电池方面的部署较早，其中主要研究涉及锂电池隔膜和聚合物电解质材料，详见表 18。
表 18 青岛生物能源与过程研究所在聚合物固态锂电池技术申请的相关专利
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青岛储清华大学南策文院士于2003年申请了“CN03136183.8——二次锂电池用复合型固态聚合物电解质及其制备方法”，这是国内申请人最早申请的专利，目前
已被引用4次。2011年由清华大学和鸿富锦精密工业（深圳）有限公司联合申请了2件专利，固体电解质包括互穿网络聚合物、锂盐，其中一件专利的固体电解质中添加了增塑剂。
表 19 清华大学在聚合物固态锂电池技术申请的相关专利
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6.6.2. 清华大学
6.6.3. 中国东方电气集团有限公司
CN[1**********]9.3和CN[1**********]7.0两件专利中的复合固态聚合物电解质包括二甲基硅氧烷-环氧乙烷共聚物、锂盐和纳米无机填料，由于二甲基硅氧烷-环氧乙烷共聚物链段的规整性下降，表面其聚合物的结晶度下降，因此常温下具有更高的离子电导率。
CN[1**********]4.0专利提供了一种球状结构的固态聚合物电解质膜及改性的固态聚合物电解质膜，其中聚合物微球是由丙烯腈与醋酸乙烯亚乙酯VEC 于乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EV A 的有机溶液中共聚合形成的聚合物胶体，干燥除去溶剂后所形成内部由微球结构组成的电解质膜，所述聚合物微球粒径为100～500nm ，详见表 20。
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表 20中国东方电气集团有限公司在聚合物固态锂电池技术申请的相关专利
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6.6.4. 株式会社LG 化学
LG 化学的三件专利的固体电解质包含由如下组成的复合物：掺杂有离子盐
的塑性晶体基质电解质、和未交联的聚合物与交联的聚合物结构的网络，其中2件专利未包含未交联的聚合物。3件专利所使用的方法不需要使用溶剂，从而不需要干燥工艺。电解质由于其高离子传导率和在柔性方面的高机械强度而适用于形状易于改变的线缆型电池中。
表 21 LG 化学在聚合物固态锂电池技术申请的相关专利
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指导：崔光磊、陈骁、刘志宏
分析编写：张波
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