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      噴墨打印應(yīng)用在電池制造中的專利分析

      2014-11-19 14:43:50姜峰周小沫吳冰胡明軍嚴(yán)薇張施露
      科技創(chuàng)新導(dǎo)報 2014年17期
      關(guān)鍵詞:專利電池分析

      姜峰+周小沫+吳冰+胡明軍+嚴(yán)薇+張施露

      摘 要:噴墨打印已經(jīng)被作為一種微尺寸成型技術(shù)而廣泛應(yīng)用,該文對噴墨打印在電池制造中應(yīng)用的中國專利申請信息進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,詳細(xì)介紹了國內(nèi)該領(lǐng)域中的專利申請現(xiàn)況,以此為基礎(chǔ),為國內(nèi)在該領(lǐng)域的發(fā)展提出一些建議,為我國技術(shù)研發(fā)和政策制定提供相關(guān)參考。

      關(guān)鍵詞:噴墨打印 電池 專利 分析

      中圖分類號:U469.72 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2014)06(b)-0048-03

      隨著微電子技術(shù)和集成電路規(guī)?;目焖侔l(fā)展,對于電池尺寸的微型化提出了更高的要求。傳統(tǒng)電池制造技術(shù)如疊層、卷繞等技術(shù)在微尺寸上無法實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的精確操作,在制作微型電池時不僅存在巨大的挑戰(zhàn)和難度,也無法滿足快速增長地微電池規(guī)?;a(chǎn)的需求。因此,開發(fā)一種能夠在微尺寸維度內(nèi)進(jìn)行精細(xì)化控制的制造技術(shù)成為關(guān)鍵問題。

      噴墨打印作為一種計(jì)算機(jī)控制的數(shù)字印刷技術(shù),其原理是通過微米級尺寸的打印頭,將墨水分散成墨水滴,同時依據(jù)計(jì)算機(jī)預(yù)先設(shè)定的打印程式,將墨水滴打印沉積在載體上,進(jìn)而呈現(xiàn)出圖案或文字[1-2]。近些年來,噴墨打印作為一種可以實(shí)現(xiàn)在微米級尺度上精確控制的圖案化技術(shù),已經(jīng)被越來越廣泛地應(yīng)用于生物技術(shù)[3-5]、發(fā)光器件[6-8]、傳感器[9-10]、晶體管[11-12]等領(lǐng)域,特別是電池制造[13-19]領(lǐng)域。

      中國作為制造和消費(fèi)大國,擁有巨大的電池能源市場,實(shí)現(xiàn)電池領(lǐng)域的中國創(chuàng)造,不僅要清楚行業(yè)現(xiàn)狀,更要掌握技術(shù)的發(fā)展趨勢。本文以噴墨打印在電池領(lǐng)域中應(yīng)用的中國專利申請數(shù)據(jù)為樣本,從時間分布、地域分布、技術(shù)分布以及申請人分布等多角度詳細(xì)分析了國內(nèi)在該領(lǐng)域中的發(fā)展現(xiàn)狀,進(jìn)而為國內(nèi)該領(lǐng)域的發(fā)展提出一些建議,為技術(shù)研發(fā)和政策制定提供相關(guān)參考。

      1 數(shù)據(jù)分析

      1.1 申請整體概況

      本文以CNABS專利文摘數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ),通過分類號和關(guān)鍵詞的組合檢索方式,檢索統(tǒng)計(jì)得到涉及噴墨打印在電池領(lǐng)域中應(yīng)用的專利申請總量為56件(檢索截止時間為2014年1月3日,截至上述檢索日,2012年7月3日以后的申請中,可能存在部分申請由于未滿十八個月尚未公布,因此,涉及2012年7月3日以后的專利申請數(shù)據(jù)僅供參考)。

      從總申請量來看,目前該領(lǐng)域?qū)@暾埲云?,也反映出國?nèi)在該領(lǐng)域仍處在發(fā)展初期,成熟的專利布局尚未形成,也意味著仍有較大的發(fā)展空間。

      該領(lǐng)域首次中國專利申請由美國申請人斯里國際提出,申請日為1998年11月24日,申請?zhí)枮镃N1314829A,涉及燃料電池膜電極組件的制造。佐證了美國在全球技術(shù)發(fā)展與革新的帶動作用和領(lǐng)先地位;首位中國內(nèi)地申請人為中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所,申請時間為1999年4月7日,申請?zhí)枮镃N1269429A,涉及燃料電池膜電極組件制造。第一個國內(nèi)申請人的申請時間落后于國外申請人僅半年,說明國內(nèi)在該領(lǐng)域的研究雖然仍處于落后地位,但可以緊跟世界范圍內(nèi)的技術(shù)最新發(fā)展趨勢。

      1.2 申請人分布

      1.2.1 申請人屬性分布

      圖1顯示了申請人屬性的整體狀況。從全部申請人來看,高校/科研機(jī)構(gòu)申請人占比26.32%,企業(yè)申請人占比68.42%,個人申請人僅占比5.26%。在申請人的群體中,企業(yè)依然是專利申請的主體,反映出企業(yè)作為社會生產(chǎn)的實(shí)踐者,其對于先進(jìn)技術(shù)的需求最直接,對技術(shù)發(fā)展革新的趨勢也最敏銳,也反映出相對于高校/科研機(jī)構(gòu),企業(yè)擁有更強(qiáng)的技術(shù)專利化保護(hù)意識。

      1.2.2 申請人地域分布

      圖2顯示了申請人的地域分布情況。其中,中國內(nèi)地申請人(不包括港澳臺地區(qū))的申請量占比21.43%,國外申請人占比8.57%。美國占比14.29%,歐盟地區(qū)占比28.57%,日本占比25%,韓國占比8.93%,美、歐、日、韓四地區(qū)申請人的申請量合計(jì)占總申請量的62.5%,占國外申請人總申請量的79.55%,占據(jù)了國內(nèi)該領(lǐng)域?qū)@暾埖闹黧w。上述四地區(qū)均為發(fā)達(dá)國家和地區(qū),工業(yè)化程度高,工業(yè)技術(shù)發(fā)展研究均處于領(lǐng)先地位,在該領(lǐng)域所呈現(xiàn)出的主體地位也是可以理解的。

      1.2.3 重要申請人

      表1列出了該領(lǐng)域中排名前10的申請人。外國申請人占據(jù)了前8,具有絕對的技術(shù)優(yōu)勢。其中,有三位申請人來自日本,包括排在第一位的日產(chǎn)自動車株式會社,反映出日本在該領(lǐng)域中的領(lǐng)先地位。外國申請人均來自美國、日本、歐盟和韓國,由此也不難理解四地區(qū)在該領(lǐng)域中的強(qiáng)勢地位。外國申請人中只有排名第6的精工愛普生株式會社主要涉及打印機(jī)領(lǐng)域,其余分布在電子設(shè)備、汽車、能源等領(lǐng)域,均與電池領(lǐng)域密切相關(guān),由此可見,其在該領(lǐng)域中的領(lǐng)先地位與其積極的投入是分不開的。前10中僅有2位中國申請人,分別是武漢理工大學(xué)和漢能科技有限公司。漢能科技有限公司業(yè)務(wù)涉及燃料電池、能源轉(zhuǎn)化方面,其占有的重要位置也受益于企業(yè)戰(zhàn)略層面的重視。

      1.3 申請技術(shù)分布

      專利申請技術(shù)分布如圖3所示??梢钥闯?,噴墨打印技術(shù)重點(diǎn)分布在燃料電池、太陽能電池以及鋰二次電池三個電池領(lǐng)域,從現(xiàn)有專利申請的內(nèi)容來看,這主要與電池結(jié)構(gòu)和制造過程有關(guān)。燃料電池的膜電極組件中,通過在質(zhì)子交換膜表面覆合催化劑層而制成,催化劑一般為貴金屬納米材料,可以溶解于溶劑而制作成噴墨打印用墨水,同時質(zhì)子交換膜由有機(jī)材料組成,也可以分散于有機(jī)溶劑而制作墨水。鋰二次電池的電極常規(guī)制作工藝中,電極經(jīng)歷預(yù)混合電極物質(zhì)與添加劑成電極漿料等程序,其中電極漿料經(jīng)過進(jìn)一步改進(jìn)優(yōu)化也可制成噴墨打印墨水。太陽能電池中,以聚合物太陽能電池為主,源于聚合物太陽能電池結(jié)構(gòu)中多是聚合物組分或是無機(jī)組分,有利于制作成墨水。噴墨打印的關(guān)鍵技術(shù)之一便是打印墨水的制作,而這三種電池均有便于制作墨水的技術(shù)優(yōu)勢,因此投入研究較多,專利申請量也較大。

      1.4 申請時間分布

      1.4.1 申請量時間分布endprint

      從圖4可以看出,該領(lǐng)域的首次中國申請出現(xiàn)在1998年,但在接下來的幾年申請量并沒有顯著增長,直到2003-2004年,申請量才出現(xiàn)較為明顯的上升,這反應(yīng)出一項(xiàng)新技術(shù)的研發(fā)需要經(jīng)歷一定的周期。從2004開始,申請量一直維持在約5件/年的較低水平,這個時期申請量未有明顯增長主要?dú)w因于該領(lǐng)域中的研究并未取得任何實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步和技術(shù)上的突破,遇到了技術(shù)發(fā)展的瓶頸。在2011年,該領(lǐng)域中專利申請量顯著增加,一方面源于對打印制造設(shè)備的改進(jìn)和發(fā)展,使得噴墨打印技術(shù)在制造領(lǐng)域中的應(yīng)用更具可操作性;另一方面源于打印制造技術(shù)受到的持續(xù)關(guān)注,吸引了更多的研究者投入其中,進(jìn)而加速推動了技術(shù)的進(jìn)步。

      1.4.2 各地區(qū)申請時間分布

      圖5詳細(xì)的展示了1998年至2003年之間,美國、日本、歐盟、韓國以及中國申請人的專利申請量隨時間變化的趨勢??梢钥闯?,美國作為技術(shù)發(fā)展革新的引領(lǐng)者,最早從1998年就在中國提出專利申請。中國緊隨其后,借助科研機(jī)構(gòu)對技術(shù)發(fā)展趨勢的敏銳性和研發(fā)自主性,在1999年提出第一件專利申請。日本在該領(lǐng)域中的專利布局較為落后,在2004年才開始提出申請,其申請量一直穩(wěn)定在較高的水平。韓國則相對較晚,2009年才開始提出專利申請,這歸因于該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展并不成熟,仍存在一定的技術(shù)瓶頸。專利申請量的第一次增長分布在2004年左右,借助打印機(jī)技術(shù)的發(fā)展成熟,以及中國在制造業(yè)中“世界工廠”的重要地位,各國申請人開始重視在中國市場的戰(zhàn)略規(guī)劃,意圖建立自己的專利領(lǐng)土,搶占中國市場;第二次增長分布在2011年,中國提出中國創(chuàng)造的概念,鼓勵創(chuàng)新的政策導(dǎo)向,以及專利制度在支持和保護(hù)中國創(chuàng)造中重要作用的日益凸顯,推動了專利申請量的增長;同時,借助3D打印技術(shù)的熱潮,噴墨打印成型技術(shù)憑借其制造優(yōu)勢,也引起了越來越廣泛的關(guān)注,同時也推動了技術(shù)的發(fā)展。

      2 對我國噴墨打印制造電池專利技術(shù)發(fā)展的建議

      2.1 政策導(dǎo)向,重點(diǎn)扶持

      目前國內(nèi)在該領(lǐng)域仍處于發(fā)展初期,專利技術(shù)發(fā)展尚未成熟,專利壁壘也未形成。國內(nèi)在該領(lǐng)域具有一定的研究基礎(chǔ)和積累,但還需要在多個關(guān)鍵技術(shù)方面取得突破,才能使該領(lǐng)域進(jìn)入快速發(fā)展階段。國家和地區(qū)政府應(yīng)出臺相關(guān)政策,為提升中國創(chuàng)造的競爭力,對相關(guān)創(chuàng)造行為給予更多的鼓勵和保護(hù),引導(dǎo)更多的優(yōu)秀企業(yè)和人才進(jìn)入該領(lǐng)域,推動該領(lǐng)域的發(fā)展。

      2.2 產(chǎn)研結(jié)合,重點(diǎn)突破

      企業(yè)在生產(chǎn)第一線,對于市場需求敏感性強(qiáng);科研機(jī)構(gòu)具有很強(qiáng)的綜合研發(fā)實(shí)力,對技術(shù)發(fā)展趨勢變化敏感性強(qiáng);對于該領(lǐng)域的發(fā)展,應(yīng)有效結(jié)合二者的優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)研結(jié)合,促進(jìn)重點(diǎn)企業(yè)和重點(diǎn)科研機(jī)構(gòu)之間的合作,結(jié)合市場導(dǎo)向,對該領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)和重點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行集中研發(fā),爭取掌握該領(lǐng)域中的核心關(guān)鍵技術(shù)。

      2.3 積極布局,劃定領(lǐng)地

      國內(nèi)電池領(lǐng)域的行業(yè)從業(yè)者應(yīng)著眼未來,抓住機(jī)遇,盡早做出專利規(guī)劃,積極地對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行專利布局保護(hù),借助技術(shù)創(chuàng)新,搶占市場先機(jī),建立起專利壁壘,劃定屬于自己的專利領(lǐng)地。

      (注:作者周小沫對本文所作貢獻(xiàn)與第一作者等同,因篇幅所限,將其列為第二作者,特此說明。)

      參考文獻(xiàn)

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