从200公里到400公里，再到600公里甚至更长，人们对电动汽车的续航里程情有独钟。续航能力是影响人们购买电动汽车的因素之一，同时也是制约其广泛推广的主要因素。而提升续航里程主要体现在动力电池、电池管理系统和车辆能量管理技术3个技术分支上。
课题组通过专利检索发现，近10年来，动力电池相关专利申请量飞速增加，是续航技术的研究重心，其中我国创新主体提交的专利申请数量最多；电池管理系统相关专利申请量次之，其中电池热管理相关专利申请量占比远超电池放电均衡相关专利申请，是影响续航里程的关键技术。动力电池分支中对续航里程影响最大的分别是正极材料技术和电池包技术。在正极材料方面，多元正极材料是能量密度最高的正极材料类型，相关专利申请数量多，而随着锂资源的缺乏，钠离子正极材料正成为研究热点。
热点多元 行业竞争激烈
课题组聚焦影响电动汽车续航里程的多个关键技术，即动力电池分支中的多元正极材料技术、钠离子正极材料技术、动力电池包技术和电池管理系统分支中的电池热管理技术，结合行业态势进行重点分析，对“卡脖子”的三元正极材料以及新兴的钠离子正极材料进行核心专利和外围专利的布局分析。
在多元正极材料方面，日本、韩国专利布局早，而欧美拥有自己的核心专利，他们的技术均较为成熟。相对而言，中国起步晚，但近年来，与国外的技术差距不断缩小。目前，中国、日本和韩国在多元正极材料领域形成三足鼎立的局面，国内各企业之间竞争激烈。尤其是高镍低钴与四元ncma（指正极采用镍、钴、锰、铝四种金属材料）成为多元材料的发展趋势，ncma专利技术主要通过改进制备方法和元素掺杂以提高其容量及循环稳定性。
钠离子正极材料方面，全球范围内专利布局均起步较晚。2010年起呈现快速发展趋势，中国、日本和美国是重要技术来源国。在聚阴离子类化合物方面，我国相关企业还没有足够的竞争优势；在钠过渡金属氧化物方面，英国的法拉典、中国的中科海纳处于行业领军地位；在普鲁士蓝类化合物方面，中国的宁德时代、美国的natron energy具有主导优势。
聚阴离子类化合物和普鲁士蓝类化合物研究重点在于制备方法及改性手段，但技术路线并不相同。普鲁士蓝类化合物的技术路线从最初的单元素金属氧化物逐渐向二元及更多元素发展，最优元素配比和掺杂元素仍在探索。铜铁锰基层状氧化物有望产业化应用。
目前三大类钠离子正极材料所能达到的容量都在80mah/g至290mah/g之间。聚阴离子化合物容量相对较低，层状氧化物展现了较高的容量，普鲁士蓝类化合物的容量基本能够比肩市面上先进的磷酸铁锂电池和几年前的三元锂电池。过渡金属氧化物和普鲁士蓝类化合物更具前景。
发展迅速 仍有研发空间
电芯技术相关专利的年专利申请量自2009年起大幅增长，前期由日本和美国引领，我国虽起步晚，但发展较快，在2016年后专利申请量达到全球首位。成组结构技术的专利申请量自2016年起快速增长，中国龙头企业较多，布局较早，专利申请量占全球的70%。而国外该领域专利布局多在欧洲，美国、日本和韩国紧随其后。
在动力电池包的结构优化方面，中国具有领先优势。动力电池包模组设计基于电池形状，技术路线并不唯一。模组领军企业基于成本考虑而倾向于建立标准。电芯方面，德国提出“标准电芯”概念以降低电芯生产成本，推动产业产能升级。
动力电池包大模组/无模组技术主要集中于方壳或圆柱形状电芯。无模组（ctp）技术将方壳电芯极耳置于侧面，便于电池沿z向堆叠，对生产线改动较小。刀片电池技术将方壳电芯制成长而薄的结构，使续航与安全性能同步提升，散热好且成本低，其对结构突破较大，但技术转化难点在于电芯的长度设置，需要结合车型参数和侧边散热技术进行综合优化。圆柱电池走向无极耳大电芯，增加直径与高度，搭配大极耳以改善内部散热，一体化灌胶封装，减少结构件使用和生产工序。大圆柱电池的技术转化难点在于内部热量控制和单体之间的热隔离。
电池热管理紧跟动力电池包发展，2016年，电池热管理相关专利申请量快速增长。在排名前十的全球申请人中，中国占比达半数，具有一定竞争力。气冷和液冷的技术分支中，全球申请人排名前几位的均为国外行业巨头。相变材料技术分支中，全球申请人前五名中我国企业占据四名，在技术研发投入上具有优势。
另外，热管理技术与动力电池形状相适配，行业内各重点企业发展路线相似，液冷因经济性好、效果较佳呈现主流趋势。由于相变材料在效果上更具前景，因此关注度高、技术不断更新，商用进程也可期待。值得一提的是，大模组/无模组的发热更集中，电池散热从模组外散热或者单纯液冷板设置变为更关注内部电芯散热，ctp技术和刀片电池均在电芯间设置散热管道，z向堆叠的ctp技术采用了侧边散热，圆柱形电池采用了“扇贝管”散热以更好地适应形状。
进一步分析可知，相变材料用于方形电池和圆柱形电池的专利申请占比接近，展现出良好的形状适应性。对于圆柱形电池而言，在液冷和气冷方面的优势更为明显。相变材料的技术研发热点集中在通过复合方式提高均温和导热系数，热点技术布局全面，覆盖电芯间、模组外以及电池包结构上管道布置改进。企业和科研院所的技术成熟度较高，但由于存在较多技术空白点，例如体积小、重量轻、防泄露以及低温应用等，仍有研发空间。虽然微小型热管技术具有导热好、均温优、体积小、重量轻的明显优势，但其专利申请较少，课题组建议加强产学研联合并积极进行专利布局。
多路并行 优化专利布局
在行业内，专利转让与交叉许可频繁，美国anl和3m持有富锂及常规ncm材料核心专利，核心专利和外围专利布局全面，国内企业面临“卡脖子”难题，该核心专利族的许可频率位于整个行业前列。我国企业拥有铜铁锰基钠离子正极材料核心专利，该核心专利已在美日韩欧提交专利申请，并获得授权，核心专利布局及其外围专利布局全面。
综上所述，课题组建议，我国创新主体未来可扩大钠离子正极材料与成组结构方面优势，探索钠离子正极材料与方壳超长电芯无模组技术结合性，进行全方位的专利布局，着力解决当前热点技术存在的问题，重点研究技术空白点。此外，紧跟领军企业发展方向，多路线并行，优化布局，强化钠离子正极材料和相变材料领域产学研深度联合，深化电动汽车产业链全面合作，提高应对能力，加强全球范围内的专利布局，防范侵权风险。（国家知识产权局专利分析普及推广项目电动汽车续航技术专利分析研究课题组）
（编辑：侯岭）
（中国知识产权报独家稿件，未经授权不得转载。）
