锂电池硅-石墨烯负极材料国内专利布局分析

锂电池硅-石墨烯负极材料国内专利布局分析

胡艳

（国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东，广州，510555）

摘要：对硅-石墨烯负极材料国内外重点专利和重要申请人进行分析，通过专利检索数据进行分析，对企业在该领域的技术发展提供指导。

关键词：硅，石墨烯，专利布局

Analysis of domestic patent layout of silicon-graphene anode materials for lithium batteries

Abstract: The key domestic and foreign patents and important applicants for silicon-graphene anode materials are analyzed, and the patent search data is analyzed to provide guidance for the technological development of enterprises in this field.

Keywords: silicon, graphene, patent layout

1、引言

以硅-碳(Si-C)复合材料为代表的新型高容量负极材料是未来发展趋势。硅-碳复合体系中，Si颗粒作为活性物质，提供储锂容量，C既能缓冲充放电过程中硅负极的体积变化，又能改善Si质材料的导电性，还能避免Si颗粒在充放电循环中发生团聚。石墨烯具有高比表面积、良好的导电性和良好的力学性能，是硅碳复合材料的常用碳源之一[1-3]。

2、Si-石墨烯专利

Si-石墨烯技术专利申请自2008年以后才萌芽，研究方向还仅限于利用石墨烯本身的特征，专利申请人纳米技术仪器公司在2008年申请专利CN101849302公开了“一种用作锂离子电池阳极的纳米级石墨烯薄片基复合组合物”，在技术发展的初始阶段，技术研究主要体现在将石墨烯直接用作锂离子电池的应用方面上，纳米技术仪器公司于2014年将专利CN101849302转让给三星集团；专利申请人巴特尔纪念研究院在2009年申请专利US8257867公开了“一种石墨烯材料结合的金属氧化物的纳米复合材料”主要是为了提升电池的比容量，该专利于2011年转让给普林斯顿大学理事会；专利申请人安普雷斯股份有限公司于2010年申请专利US8450012公开了“一种应用于锂离子电池涉及中空纳米结构高容量的电化学活性材料的电极层”有利于充电的电池在循环期间膨胀而提供自由空间。2010年，海洋王照明科技股份有限公司申请专利CN102544445A，其公开了“一种负载纳米硅颗粒的石墨烯复合材料的制备方法”，其主要体现在Si-石墨烯的材料应用方面，实现了导电率高、功率特性与能量特性高的效果。上海交通大学2011年分别申请专利CN102306757、CN102569756并分别公开了“具有内部空腔的三维立体导电网络的一种锂离子电池硅石墨烯复合负极材料”、“锂离子电池负极用硅/石墨烯纳米复合材料的制备方法”主要体现在利用硅、石墨烯的结构特性，提高材料容量与改善循环性能；株式会社半导体能源研究所于2012年申请专利CN102810672公开了“一种起因于伴随充放电的硅的体积变化的电池特性的劣化得到抑制的锂离子二次电池”达到了防止硅的破碎的效果；韦恩州立大学于2012年申请专利US2014329150公开了“一种石墨烯和硅纳米粒子复合材料及其制造方法”；专利申请人铁原等离子体产业技术研究院与阿莫绿色技术有限公司联合申请专利KR101330227公开了“一种石墨烯-纳米复合材料”主要体现在墨烯的纳米颗粒的研究，达到了增强石墨烯表面的等电导电性等的特性；中南大学于2012年申请专利CN103050668分别公开了“一种锂离子电池Si/C复合负极材料的制备方法”主要在制备方法上的不断改造与创新； XG科学股份有限公司于2013年申请专利US2014255785公开了“一种包括纳米级颗粒以形成由重叠的石墨烯纳米片组成的多孔纳米图层的锂离子电池纳米复合材料”；广州市香港科大霍英东研究院于2013年申请专利CN103441247公开了“一种基于化学键构筑的高性能硅/氧化石墨烯负极材料及其制备方法”；纳米技术仪器公司于2015年申请专利US9601763公开了“一种生产石墨烯-硅纳米线混合材料的方法”。

3、总结

因此，通过分析可知，Si-石墨烯技术专利申请以国外的巴特尔纪念研究院、纳米技术仪器公司、安普瑞斯股份有限公司等专利申请人为主，国内以海洋王照明科技股份有限公司、上海交通大学、中南大学等企业和科研机构为主要申请人进行了早期布局。但整体来说，现Si-石墨烯仍处于快速发展期，目前Si-石墨烯仍未完全实现产业化。但国内依然有一些企业砥砺前行，目前贝特瑞、大富科技等知名企业已经开始石墨烯产业。企业必须加强对竞争对手专利申请的追踪，同时加强自身在国内外的专利布局，才能具有维护利益的资本。

[1]Zhou X,Yin Y X, Wan L J, et al.Self-assembled nanocomposite of siliconnanoparticles encapsulated in grapheme through electrostatic attraction for lithium-ionbatteries.Advanced Energy Materials, 2012,2(9): 1086-1090.

[2]彭鹏,刘宇,温兆银. 锂离子电池Si/C/石墨复合负极材料的电化学性能. 无机材料学报, 2013, 28(11): 1195–1199. Peng Peng, Liu Yu, Wen Zhaoyin. J Inorg Mater., 2013, 28(11): 1195–1199.

[3] Yang Y X, Xu Z Z, Jiang X H, et al. High-efficiency and broadband four-wave mixing in a silicon-graphene strip wave guide with a windowed silica top layer. Photon Res, 2018, 6(10): 91–96.