2025年5月16-18日，以“智启中国知产新纪元，开创全球汽车新格局”为主题的2025中国汽车知识产权年会在湖北省武汉市成功举办。大会期间，国联汽车动力电池研究院有限责任公司高级技术主管柏祥涛在固态电池IP发展论坛发表了围绕“从实验室创新到商业化突围的固态电池专利密码”精彩演讲。
以下为演讲实录：
感谢主持人的介绍，感谢组委会的邀请，今天有机会跟大家分享我们在全固态电池方面的一些进展，特别是结合知识产权方面所做的一些工作。实话实说，今天拿到的是命题作文，这个题目有点大，我只是从很小的方面给大家做一些分享。
正式报告开始之前给大家介绍一下我们公司，刚才在第一页可能大家已经注意到了，我们公司有两个牌子，第一个是国联研究院，我们是中国有研（北京有色金属研究总院）的二级公司，公司前身为集团下属的动力电池研究中心，2014年9月注册成立，现有股东14家，注册资本9.3亿。2016年6月在工信部支持下成立了我国首个国家制造业创新中心——国家动力电池创新中心，同时构建了动力电池产业创新联盟，目前联盟成员有一百多家，这个月底将在南京组织今年的年会，欢迎大家前来参加。
国家动力电池创新中心主要做这么几方面的工作，一是行业共性技术开发，服务于整个行业；二是测试验证服务，包括材料、电芯、模组等方面的检测业务；第三跟今天会议主题类似，我们也提供行业共性基础工作组织平台，23年底成立了知识产权分会；四是做科技成果的孵化和转化工作。
今天主要跟大家分享三部分内容，分别是：全固态电池背景介绍、全固态电池专利现状、国联研究院研究进展。
2021年彭博社做了预测，2030年全球乘用车销量预计将达到5600万辆，我一直认为这个数据偏保守，特别是对于中国市场。因为2023年的时候中国新能源汽车的产销量均接近1000万辆，去年继续大幅增长，产销量均超过了1200万辆。今年一季度的数据大概是340万辆，按照这个数据来讲今年的产销量也是继续增长的。
新能源汽车数量越来越多，固态电池也随之越来越受到大家的关注。现在大家关注的内容跟之前可能有所不同，以前大家都认为电池的成本太高、电车的价格太高。随着这几年的发展，大家更关注续航里程，也就是电池循环寿命方面的问题。另外更重要的是安全，前段时间的撞车事件也引起了很多的讨论。对于安全性能来讲，大家认为传统的液态电池能够做的改进已经比较有限了。尽管在正负极材料、隔膜方面做了很多工作，但是已经逐渐达到了瓶颈。在这个基础上固态电池应运而生。固态电池实际上很早就发展了，产业方面至少可以追溯到2018年。日本在前瞻性方面确实做得比较好，2018年就提出了将低成本材料作为首要目标。固态电池发展到今天，技术方面难度很大，其中很重要的一个原因是电解质材料太贵。2021年美国能源部做了锂电池蓝图计划，开始布局固态电池。我们国家也陆续推出了很多政策，从国家规划到科技计划，也包括地方政府对地方企业的政策和资金方面的支持。去年我们新修订《节能与新能源汽车技术路线图3.0》，将全固态电池从新体系电池中单列出来，并作为重点专题
固态电池发展了这么久，核心问题还是电解质材料。电池行业以前流传一句话，叫做“一代材料一代电芯”，以前更多说的是正负极材料，在固态电池上则更多的是指电解质材料，当然同时也伴随着正负极材料的创新。电解质材料、新型正负极材料、以及固态电芯新结构，必然要求新的工艺。而新材料和新工艺必然对装备提出新要求，因此同时还需要开发新装备。这些因素综合起来导致固态电池的成本难以控制。
固态电池的技术路线依托电解质材料的类别来进行划分，通常可划分为硫化物、氧化物、聚合物等等。欧阳明高院士多次指出，选对全固态电池技术路线很重要。可以说直到去年，行业中大家还都比较迷茫，包括世界上不同国家、国内外不同公司之间，都存在比较大的争议。经过去年一年的努力，大家对于技术路线的研判，基本有了比较统一的认知。今年二三月份连续几个会议和论坛上，欧阳明高院士给出了判断——硫化物，尽管这条路线也是困难重重，但未来的可能性是最大的。
硫化物电解质材料的突出特点是离子导率高，并且比较软，也就是杨氏模量比较低，这对于解决界面问题非常有利。从成本来讲，硫化物本身由廉价元素组成，相对于硫银锗矿，LGPS型材料不被看好的一点，就是因为用了锗这个很贵的元素。而硫银锗矿型材料基础组成只有Li、P、S、Cl四种廉价元素，因此对于成本控制十分有利。
在技术之外，还存在难以攻破的专利护城河。从全球来看，硫化物电解质材料相关专利接近1万项，这个数量对于一个小分支来讲还是非常庞大的。硫化物电解质材料方面的专利申请量在23年达到高峰，大概是570多件的申请量，2024年虽然加入的企业更多了，但申请的数量有所下降。从授权量来说，前期的授权率比较高，约60%左右，从2021年授权率开始下降。我认为可能由于以下几个方面的原因：一是2021年开始固态电池大火，很多新兴公司介入，布局了大量专利，他们的技术积累可能还没有那么深厚，有些专利质量并不是那么高，所以引起了授权率的下降；二是自固态电解质研究广泛开展以来，随着技术的快速发展，专利布局方面的难度逐渐在增大，因为这些专利布局基本都是纯技术研发方面的，还没有涉及产业化方面。如果相关技术已经实现了产业化和商品化应用，届时将会有新的专利布局点出现，那么授权率趋势就会发生新的变化。
从市场来看，中国始终处于第一梯队，虽然日本在这个方向上的专利是断层式领先，但我们中国并没有落后太多。特别是从目标市场国，也就是专利布局国来看，中国与日本十分接近，但是这种情况反而给我们制造了一些不利。为什么？我们自己申请的专利少，但是国外主体在国内布局的专利多，给我们制造了很多专利障碍，这对我们自己的企业做产业化来讲是非常不利的。国内主体的专利申请量逐年增加，日本主体的申请量增长不明显，因此从2019年开始国内主体的专利申请量已经超过了日本。这也与大家对日本公司的传统认知是契合的，日本企业比较习惯也比较擅长从某个技术初始到增长期这段时间做很多前沿技术研发，但是一旦这项技术做了十几年没有走向产业化的时候，或者研发难度越来越大的时候，它的申请量就会呈现下降的趋势。
以现有的数据来看，专利申请量前十的申请人全部都是日韩公司，尤其是丰田，是排名第二的出光兴产的两倍，后面8家申请人的总和都未达到丰田的申请量，所以丰田的专利数量确实非常多。另外需要中国申请者学习的是，日本人特别喜欢在全球布局专利，相对而言中国申请者的PCT专利布局数量相对少很多，像宁德、比亚迪这样的大企业全球专利布局做得比较好，但是其他的小企业相对较弱。尤其是做原始创新的高校、研究所，更应该积极布局一些高价值PCT专利。
从2023年下半年一直到2024年，大家都说丰田在全固态电池技术及专利方面遥遥领先，到底领先到什么程度？但是实际上当我们再进一步分析的时候，事实并非如此。刚才讲了国内市场上主流的电解质材料还是硫银锗矿，我们今年做的工作就是把硫银锗矿这个小分支的专利，从技术层面做更细致的分析，而丰田在这个方向上并无十分突出的优势。比如硫银锗矿材料的原始组成专利，实际上是德国锡根大学在2008年申请的。这篇专利写得非常好，不仅涵盖了硫银锗矿的基本组成，包括所有掺杂也都涵盖进去了，还包括最核心的制备工艺。目前这项专利转给了一家美国公司和一家德国公司。在这之后，从组分微调、结构改性到关键工艺，相关核心专利都在国外申请人手中，并且比较分散，并没有显示出一家独大的局面。这对未来我们的产业化提出了更大的难题，未来或许要跟很多家公司做交叉授权，应对侵权风险，这样会导致我们耗费大量精力。我们认为经过这么多年的发展，高价值的创新现在已经比较困难，也可以讲技术的发展已经进入了一个瓶颈期。当然有个前提，这些材料还没有真正实现商业化，一旦走向市场并应用在全固态电池中，必将有新的技术点出现，那就另当别论了。这两年固态电池领域布局的专利，更多基于现有方案的优化，还有大量方法类的专利。方法类专利其实对于提升自己的技术保护没有太大帮助，反而有技术泄密的风险，申请时一定要非常谨慎。
从2016年开始，国联研究院算起来有近10年硫化物固态电池研究经验。目前专利布局数量在国内排名第二，最核心技术是硫空位调控，我们认为可以归属为比较重要的核心组分和核心结构专利，未来如果有侵权发生的话也比较容易做侵权证据收集。围绕这项技术，我们布局了多篇专利，形成了核心技术组。比如通过富锂和硫空位双重调控，把正比例锂磷硫氯型材料的离子导做到了十毫西以上，是目前文献报道的最高值。在结构方面，我们对晶格特性做了调控，改善材料低温性能。虽然很多人都讲固态电池的快充性能好、低温性能好，但是做技术的人都清楚，现在绝大多数固态电池都需要加压和高温下才能出性能，换句话说低温性能并不佳。电解质材料离子导和低温性能的提升，对于解决这项技术难题是非常有帮助的。最后，通过特殊位点掺杂和特殊结构设计，改变了体相局部和表面的结构，提高了湿空气稳定性。
依托这些核心组分结构专利，同时还布局了一些改性方面的专利，并把这些专利进行进一步拓展，用在电极和电解质层中，形成了电极和电芯专利。我们现在的材料有三个体系，正比例651、富氯1.5和混合卤素，已经布局的这些专利对现有产品已经形成了一定的保护作用。这个地方我加了限定词“有一定的保护作用”，是因为国外申请人手中的原始专利确实是很难突破的。
前面讲到的更多是技术和实验室层面的东西，将创新成果转化成商业化产品，还必须要做量产技术的开发，特别是低成本、大规模量产的技术。我们开发了硫化物电解质批量制备技术，与常规球磨工艺相比，成本可以降低80%。这几年市场上的硫化物电解质价格下降比较快，2022年、2023年可以卖到十几万一公斤，去年年底降到了1万元左右，今年已经朝着5000元每公斤的目标努力了。我们建设了国内首条吨级试制线，打通了材料研究、产品开发、规模化生产的完整技术链条。目前正在建设一条100吨的生产线，厂房规划已经做完了，设备已经在招标采购中。
把材料做出来，最终要用到电芯中。我们有很多客户拿到材料之后，测出来的结果是有差异的，说明大家对材料和材料应用性能的认知存在差异。所以我们把材料做出来以后，需要对它的应用性能做全方位评测，并应用到全固态电池中并进行验证。这样做有两个方面的益处，一方面可以帮助我们开发更好的材料，另一方面也可以帮助客户用好材料。材料离子导等性能好是一方面，好用则是另外一个层面的内容，所以材料应用同样非常重要。我们进一步设计了全电池，能量密度可以达到350Wh/kg，由于现在用的电解质层比较厚，如果把超薄化问题解决了，能量密度可提升至400Wh/kg。当然，电解质膜超薄化很难，因为薄了之后电芯很容易短路。
综合起来，从材料设计一直到材料应用，我们在每个层面都做了研究，这样能够更好的支撑实用化和商业化的固态电池开发。材料方面，我们做了组成和结构方面的设计，开发了规模化量产和质量控制技术。在电芯层面，我们做了界面缓冲层改进技术、界面调控技术以及电芯成型工艺开发。目前我们已经解决了关键材料制备和应用问题，无论是电极还是电解质膜，都可以实现卷对卷大规模制备。全电池方面也做了初期的探索方面。当然，全固态电池开发的难度相当大，还需要整个业界一起努力，共同应对。
最后做个总结，从实验室创新到商业化突围，技术开发固然是基础，但是专利布局也必须同步优先考虑。为了实现产业化应用，必须要有自己的核心技术，并且这个核心技术更多还是倾向于基础关键材料，涉及材料组成、结构、工艺、应用等等。再继续延伸，其实也包括了关键原材料，如硫化锂。
我们要持续加大专利布局的数量，通过一篇专利就取得非常大的突破，把整个体系保护得非常完备，我个人认为是很难的。所以一定数量的专利很有必要，并且这些专利要形成技术体系，还要做一些外延方面的研究。另外一定要注重PCT专利，因为我们面对的是全球市场。在布局过程中，三种专利要同时去做，我们现在更多还是在布局保护性专利，赶紧把自己的核心技术保护起来，这是短期的。有一些企业已经开始做对抗性专利布局，针对专利分析挖掘出来的风险点，我们怎么能够做一些突破，这是中期的考虑。长期来看，还是应该加大基础研发，做一些储备性专利，这才是更核心的专利布局。
我的分享到此结束，谢谢各位。
（以上内容来源于嘉宾现场演讲速记）
来源：汽车知识产权
