新材料产业专利导航 | 石墨烯材料全球专利竞争格局

2023-11-15 18:28

围绕新材料产业专利导航,发布重点分析成果,梳理新材料核心技术分支的发展态势和专利布局现状,揭示产业竞争格局,凝练技术创新方向,防范风险,支持产业创新发展。

背景

石墨烯,是目前发现的最薄、最坚硬、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。石墨烯优异的结构特征赋予其良好的电学、热学、光学、力学等特性,使其在化工、储能、电子器件、生物医药、航空航天等领域具有广泛的应用潜能。

石墨烯产业链的上游为石墨矿资源和制备设备;中游为石墨烯粉体、纤维、薄膜及浆料的生产;下游为锂电池、微电子、防腐涂料、复合涂料等应用领域。随着全球对石墨烯产业的持续投入,重点国家的石墨烯已步入产业化阶段。

图1 石墨烯材料产业链

石墨烯材料专利分析

01

全球专利发展态势

2004年石墨烯首次从石墨中分离出来,2010年石墨烯发现者获得诺贝尔奖后为大家所熟知,发展至今也仅仅只有短短十几年的时间。早期石墨烯的发展较为缓慢,专利申请量增长不明显,处于技术萌芽阶段;2010年随着石墨烯的获奖激起全球研究开发热潮,专利申请量大幅上升,持续增长到2018年达到了高峰,随后稍有下降,因近三年存在部分专利未公开的情况,实际申请量要比图中显示的多,整体而言,石墨烯处于快速发展阶段

图2 石墨烯材料全球专利申请趋势

对比全球及主要申请国家的专利申请趋势图,可以明显看到各国的起步时间大致相似,随后中国和美国专利申请持续增长,2018年达到申请量顶峰,韩国2015年提前达到顶峰后,技术创新活动减弱明显,专利申请量回到2012年前后的水平;日本近十年的专利数量趋势平缓,欧洲则缓慢增长。

图3 石墨烯材料各国专利申请趋势

02

全球技术公开国和申请人国排名

无论是技术公开国还是申请人国,全球国家/地区的排名相似,中国的专利公开数量和申请数量远超其他国家,领先优势明显。在全球54833件专利申请中,中国申请为38439件,全球占比70%,说明中国是最重要的市场以及最重要的技术产出地。随后排名第二和第三的韩国和美国之间差距较小。

表1 石墨烯材料技术公开国和申请人国排名

03

全球技术专利法律状态分布

从专利申请授权率和有效率看,美国和韩国的专利授权率和有效率都比较高,专利质量较好,价值较高。欧洲有效率高与其审查速度较慢,大多数专利仍在审查中有关。中国的授权率和有效率和全球平均水平大致持平,中国有效率不如韩、美、日、欧,主要是由于撤回、驳回的申请较多导致的,显然存在专利数量多而质量稍欠的问题

表2 石墨烯材料各国法律状态

04

石墨烯中游产品专利布局

在石墨烯材料形成的中游产品中,薄膜>粉体>纤维>浆料,说明石墨烯薄膜和石墨烯粉体是研究的重点。石墨烯薄膜在电池、微电子以及分离膜领域有广泛的使用,相应的专利布局也较多。从申请时间上看,粉体和纤维的发展起步最早,是石墨烯比较基础的产品形态,石墨烯浆料的起步相对较晚,2007年开始相关的申请,但其发展非常迅速,近年的申请量直追石墨烯纤维,石墨烯浆料的重点应用是防腐涂料。

图4 石墨烯中游产品专利技术布局

05

石墨烯材料全球申请人

全球申请人前二十中,中国申请人占据了80%的席位,技术储备优势明显。排名第一的是中国科学院,数量达到1725件,在专利申请人前二十中有25%的占比;排名第二的LEE YOUN TEK是个人申请,并且90%专利申请集中在2015年,且目前只有一件获得授权,不排除这是一批非正常专利申请的可能。排名第三的三星集团则是石墨烯产业化领跑者,其在产业链布局中逐步加强应用环节的专利布局。

虽然中国申请人占据明显优势,但中国企业只有两位,排名第六的成都新柯力化工科技有限公司是近5年提交了较多专利申请量的新进入者,排名第十九的中国石化则是重点布局了石墨烯作为催化剂载体的技术以及石墨烯复合材料,其子公司上海石油化工研究院自主研发了低锌石墨烯重防腐涂料。

高校方面,浙江大学、哈尔滨工业大学和华南理工大学均具有优势。

5 石墨烯材料全球专利申请人排名前二十

06

石墨烯材料中国省份排名

从石墨烯材料的国内各省份排名可见,江苏作为我国石墨烯行业的发源地,石墨烯产业发达,相应专利数量也多。专利申请数量排名第二的广东也是石墨烯产业最发达的地方,所拥有的石墨烯企业数量最多。

图6 石墨烯材料中国省份分布

07

石墨烯材料中国专利申请创新来源

结合申请人排名来看,目前中国石墨烯领域技术创新能力突出的优势企业还不多,高校和研究所掌握着比较多的专利技术,中国石墨烯产业化还处于初期阶段。在石墨烯材料分支方面,浆料的企业申请人类型占比最高,产业化程度也更高

图7 石墨烯申请人类型分布

总结

全球石墨烯材料各国起步时期差距不大,近年中国处于快速发展态势,专利申请占据绝对优势,但存在数量多而质量欠佳的问题。全球头部专利申请人以中国高校和韩国企业为主,产业化方面韩国更具优势,中国可以加强产学研合作和科技成果转化,进一步加快石墨烯产业化之路。

来源:新材料化工
作者:深圳市新材料协会

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