石墨全球专利整体概况分析

时间：2018-09-28

      某领域技术的最新发展态势可以利用专利数据库通过定性或定量的方法分析出该领域技术的最新动态和发展方向，即对专利说明书、专利公报中大量零碎的专利信息进行分析、加工、组合，并利用统计学方法和技巧使这些信息转化为具有总揽全局及预测功能的竞争情报，从而为企业的技术、产品及服务开发中的决策提供参考。为了研究石墨产业技术发展方向，本报告通过DI等专利数据库检索出石墨全球专利申请量接近三十万组，利用石墨的大数据，对石墨全球专利整体概况做出了具体分析。

在石墨全球专利整体概况中分别从全球申请趋势，技术生命周期，专利申请及受理国家分布等不同角度进行详细阐述。

1、石墨全球专利申请态势分析

图3-1-1：全球和中国专利申请趋势图

注：年份末期统计数量下降是某些专利申请尚未公开所致，并非申报量下降

从图3-1-1中可以知道石墨专利技术在发展过程中主要经历萌芽阶段、缓慢增长阶段、快速增长阶段。从图3-1-1中可知，1984年以前该领域的专利申请数量略低，年均专利申请量为一千多件；1984-2010年该领域的专利申请数量呈现缓慢增长趋势，主要是因为日本成功研发出新的耐火材料镁炭砖及石墨深加工产品得到技术突破等；同时，分析该领域的市场可以发现，进入二十一世纪后，石墨作为电极成为主导地位，石墨在锂电池方面的应用，推动了该领域的专利申请量。2010年以后，在2004年证实石墨烯可以单独存在的英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫，获得2010年度诺贝尔物理学奖，这一获奖推动了全球各领域创新主体对石墨烯的研究热情，进而导致石墨领域专利申请量呈现爆发式增长，到2015年石墨领域达到20898件专利申请量。

2、石墨生命周期分析

一种技术的生命周期通常由萌芽（产生）、成长（发展）、成熟、瓶颈（衰退）几个阶段构成（参见表3-1-1）。通过分析一种技术的专利申请数量及专利申请人数量的年度构成，可以分析该技术处于生命周期的何种阶段，进而可为研发、生产、投资等提供决策参考。

表3-1-1：技术生命周期主要阶段简介

图3-1-2：石墨专利技术生命周期图

注：年份末期统计数量下降是某些专利申请尚未公开所致，并非申报量下降

基于石墨相关专利的历年申请数量和机构申请人数量，图3-1-1 绘出了石墨相关专利技术的发展历程。结合文献调研和图3-1-2，我们可以认为：1971年之前为石墨相关专利技术的萌芽阶段：1972-1996年石墨相关专利技术开始进入技术成长阶段，1997年以后石墨相关专利技术开始进入技术成长阶段。

3、石墨专利国家地区分布分析

3.1、专利申请国家/地区分布

图3-1-3：专利申请原创国家/地区分布

通过专利申请原创国家/地区分布的分析，可以了解石墨专利技术的原创国，通过图3-1-3对石墨技术专利技术原创国进行统计分析发现，中国专利申请数量处于技术原创国的首位，其专利申请数量遥遥领先其它各国家/地区，并占了总体的38.7%；美国、日本也是该技术的主要技术原创国。对比图3-1-1可以看出，2004年之前，中国在该领域申请数量较少，但近十年专利申请数量开始大幅增长，据此分析可知，中国石墨领域专利数量遥遥领先的原因主要是因为石墨烯的研究，石墨烯是石墨下面的一个分支，中国政府在石墨烯技术领域的诸多专项支持极大推动了我国在石墨烯技术领域的研发速度，也为进一步发展石墨产业奠定了基础。

3.2、受理局国家/地区分布

图3-1-4：石墨技术专利受理国家/地区分析

 表3-1-3：石墨技术专利受理国家/地区分析

      图3-1-4和表3-1-3是对石墨技术专利受理国家统计分析。从图和表可以看出，排名首位的是中国，中国依然是专利布局的重点，之后依次是美国、日本、韩国和世界知识产权组织。结合表3-1-4的分析可以看出，中国、美国、日本、德国和韩国是石墨专利主要技术原创国。美国、日本、德国和韩国海外布局较多，其中最为突出的是美国，在受理国/地区排名前十中，美国都对其布局了大量的专利。中国虽然在受理国和申请国中均排名第一，但是专利在海外布局相对薄弱。从图3-1-4可知，中国、美国、日本、德国和韩国不仅是石墨专利技术原创地也是石墨专利技术主要保护地。中国还需要积极的加强对石墨领域重要专利的海外布局。

表3-1-4：石墨技术专利主要技术原创国与目标申请国数量对比

图3-1-5：石墨技术主要国家专利技术流向图

结合对石墨技术发源地和技术申请地的分析，对石墨主要技术原创国之间的技术流动进行分析（如图3-1-5），可以得到以下特点：

（1）中国：虽然中国石墨专利申请量较大，但在国外专利布局却非常少，在技术原创国排名前四位的美国、日本、德国中都仅有少量的布局，不到其专利总申请的1%。中国在美国的布局主要集中在锂电池的制造、石墨烯的制备方法及半导体器件等。对比其对外技术布局，美国、日本、德国均有大量专利进入中国，进入中国专利占比超过其专利总数的9%。

（2）美国：美国石墨技术流向最多的地区是中国，达到9.97%，由此可见，中国是美国最为重视的目标市场。在美国进行专利布局数量最多的是日本，专利布局占比达到其申请总量的18.55%。

（3）日本：日本在国外都有大量的布局，在美国布局的专利占到申请总量的18.55%；流向中国的专利技术有9.97%。对比其专利流入数量可以发现，其专利流入量远远低于其流出数量，据此可以推测，日本是该领域的主要技术输出国。

（4）德国：德国在国外的专利布局都相对稳定，而流向中国的技术较多，达到9.03%。对比其专利流入数量可以发现，其专利流入数量低于其流出数量，据此可以推测，德国和日本情况类似，也是该领域的技术输出国。

4、石墨简单法律状态分析

图3-1-6：专利类型图

石墨产业的相关专利申请类型如图3-1-6所示，发明、实用新型、外观设计三种类型的专利数分别是260607件、22475件、134件；专利申请主要集中在发明方面，约占申请总量的92%。 说明石墨专利技术具有很强的专业性，技术壁垒较高，创新性强。通过进一步分析可以知道，石墨产业的相关专利有效、无效占总量的35%、65%。石墨在16世纪已被发现，所以在1996年之前申请的专利已经失效，所以其无效专利占比较大。据此可知，在石墨领域有大量的失效专利，通过进一步检索分析，可以供该领域的创新主体免费使用。

图3-1-7：法律类型图

从图3-1-7石墨法律类型图可以看出，石墨法律的事件主要是转让，占到了申请总量的百分之19%，说明石墨领域技术的流动性很强，专利的诉讼也达到了174件，通过进一步分析可以发现，专利诉讼的点主要集中在H01M4（电极），H01M10（二次电池；及其制造）等领域，说明石墨应用在新能源领域是目前研发的重点，也是技术竞争的重点区域。

5、石墨主要申请人分析

图3-1-8：全球石墨技术重要专利申请人

图3-1-8给出了专利申请数量排名前三十的申请人，在前三十名申请人中，主要申请人国家来自韩国、美国、日本、德国和中国。其中有4个申请人来自韩国，分别是三星、LG、韩国科学技术院、李允德；5家来自美国，分别是美国通用电气公司、杜邦、IBM、陶氏化学、3M公司；4家来自德国，分别是巴斯夫、西门子、西格里碳素、罗伯特博世、12家来自日本，分别是松下、日立、新日铁住金、丰田、东芝、索尼、住友集团、昭和電工株式会社、三菱、三洋、东洋碳素、佳能；1家来自法国，是法国原子能委员会，1家来自台湾，是富士康，3家来自中国，分别是清华大学、哈尔滨工业大学、浙江大学。日本以12家申请人排名主要申请人国家第一位。韩国的三星以3632件专利，位于申请人第一位，领先于排名第二的日本松下一千多件专利，说明三星在石墨专利技术领域有较大的优势。石墨全球专利申请人中，其他国家主要是以企业申请为主，而我国申请人中高校则较为突出，清华大学、哈尔滨工业大学、浙江大学都是中国著名顶尖学府之一，说明我国的技术主要还是掌握在高校手中，产业联盟的优势还比较薄弱，中国应加强高校与企业的合作，形成产业市场为主，高校及服务机构为辅的良性环境。

表3-1-5：重要专利申请人专利申请的保护区域分布

注：表中国家/地区代码对应如下，CN-中国；US-美国；JP-日本；KR-韩国；WO-世界知识产权组织；EP-欧洲；DE-德国；GB-英国；CA-加拿大；TW-台湾

表3-1-5给出了石墨重要专利申请人专利申请的保护区域分布情况。可以看出，三星、松下、日立、巴斯夫、通用电气、西格里炭素等不仅在专利申请数量具有显著优势，而且在世界其它主要国家都对石墨相关专利申请了专利保护，而我国虽然在专利申请数量上有较大优势，并没有龙头企业优势，而且专利布局主要集中在国内，从专利申请人排名可以知道，我国拥有较多石墨相关专利的申请人主要集中在高校，说明我国产业与理论没有结合，产业技术实力相对薄弱。

图3-1-9： 全球重要申请人时间趋势图

图3-1-9给出了全球重要申请人的时间趋势分析，从图可以知道，全球重要申请人，石墨领域相关专利整体呈上升趋势，其中三星、松下、LG保持着强劲的势头，其中前三十的申请人中，申请趋势最为突出的是李允德。通过进一步分析可知，三星电子是世界上最大的IT企业，对石墨的研究主要是石墨烯，且对石墨烯的研究应用十分重视，是世界上石墨烯专利申请数量最多的企业。从图可知，三星在石墨领域专利申请量一直呈现递增的趋势，说明该公司对该领域十分重视。该公司在石墨烯的布局主要集中在石墨烯膜、石墨烯晶体管、石墨烯超级手机电池等领域。从图可以知道，LG公司近几年在石墨领域的专利申请量呈现大幅度增长趋势，石墨领域的石墨烯因良好的性能广泛应用于各种领域，是大多数企业争先研发的重点，也是专利布局的重心。李允德的石墨领域相关申请主要是在2015年，2015年之前几乎没有石墨相关专利的申请，专利布局主要集中在韩国，专利布局主要集中在碳、其化合物；半导体领域等领域。IBM是石墨烯晶体管领域的领先企业，全球最大的信息技术和业务解决方案的公司。IBM公司主要致力于石墨烯在微电子领域的应用，比如石墨烯晶体管，传感器等，IBM公司已成功研制出首款由石墨烯圆片制成的集成电路。

6、石墨专利技术布局概况分析

国际专利分类号（IPC）包含了专利的技术信息，通过对石墨相关专利进行IPC的统计分析，可以了解、分析石墨专利主要涉及的技术领域和技术重点等。

  表3-1-6：石墨专利IPC分类排名前二十情况表

    表3-1-6列出了石墨专利申请排名前二十的技术领域（基于IPC大组）。从表可以看出，石墨专利技术主要集中在以下几个方面：（1）新能源产业，主要分类号包括：H01M4、H01M10、H01M8、C01B31、H01M6等。（2）钢铁冶金产业，主要分类号包括：C04B35、C22C1、B22F3等。（3）国防产业，主要分类号包括：

C01B31、C04B35、G21C3、G21K1、H01M4等。

图3-1-10：IPC分类排名前十的时间趋势

    从图3-1-10中可以看出，排名前十IPC分类号在近20年的中，几乎都呈现出了增长趋势。分类号H01M4、C01B31、H01M10在2010年后呈现出较大的增长趋势。其中H01M4、H01M10技术领域为电极和二次电极，C01B31技术领域为碳及其化合物。由此可见，石墨领域专利技术主要集中在传统能源及新能源领域，其次是石墨的制备、石墨复合材料的制备等基础研究技术。由此可见石墨重点研究领域为能源领域，尤其是新材料石墨烯及石墨烯复合材料在能量领域的应用，比如：石墨烯用于锂离子电池的电极等。 分类号C04B35、C08K3、H01L21、H01B1、C23C16、C08K7相对于排名前三的IPC技术分类，增长趋势较为缓慢。分类号C04B35、C08K3、H01L21、H01B1、C23C16、C08K7涉及的技术领域为半导体、陶瓷、导电材料等。

图3-1-11：主要国家/地区在石墨技术领域的技术布局

图3-1-11给出了石墨IPC专利数量排名前十的国家/地区（中国、美国、日本、德国、韩国、中国台湾、法国、英国、加拿大、瑞士）在石墨领域技术布局情况。可以看出，主要国家/地区技术构成相似度较高，专利大部分分布在H01M4（电极）、C01B31（碳；其化合物）、H01M10（二次电池；及其制造）、C08K3（使用不包含在C08K3/00至C08K11/00任何单独一个大组中的配料混合物，其中每种化合物都是基本配料）、C04B35（以成分为特征的陶瓷成型制品）、H01L21（专门适用于制造或处理半导体或固体器件或其部件的方法或设备）、H01M8（燃料电池；及其制造）、H01B1（按导电材料特性区分的导体或导电物体）、C08K7（使用的配料以形状为特征）、C22C1（有色金属合金的制造）等领域。结合表3-2-10具体来看，中国、美国、日本、德国、韩国、5个最重要国家/地区的技术布局如下：

（1）中国主要集中在H01M4（电极）、C08B31（碳；其化合物）、C08K3（使用无机配料）、H01M10（二次电池；及其制造）、C04B35（以成分为特征的陶瓷成型制品）、C22C1（有色金属合金的制造）、C08K7（使用的配料以形状为特征）、C08K5（使用有机配料）、C08K9（使用预处理的配料）等。

（2）美国主要集中在H01M4（电极）、C01B31（碳；其化合物）、H01L21（专门适用于制造或处理半导体或固体器件或其部件的方法或设备）、H01M10（二次电池；及其制造）、C04B35（以成分为特征的陶瓷成型制品）、H01M8（燃料电池；及其制造）、H01B1（按导电材料特性区分的导体或导电物体）等领域。

（3）日本主要集中在H01M4（电极）、C01B31（碳；其化合物）、C04B35（以成分为特征的陶瓷成型制品）、C08K3（使用无机配料）、H01L21（专门适用于制造或处理半导体或固体器件或其部件的方法或设备）、H01M8（燃料电池；及其制造）、H01M6（一次电池；及其制造）、C30B29(以材料或形状为特征的单晶或具有一定结构的均匀多晶材料)等领域

（4）德国只要集中在H01M4、C04B35、C08K3、C01B31、H01M10、F16C33、H01M8、H01L21等领域。

（5）韩国主要集中在C01B31、H01M4、H01M10、H01L21、H01J1、H01L29、H01M8、C08K3、H01M2、H01B1等领域。

7、小结

     本节基于DI等专利数据，对石墨技术整体专利态势进行了分析。通过本节的分析，可以看出：石墨相关专利的申请在很早以前就已经出现，但是由于技术突破缓慢，专利申请数量一直呈现缓慢的增长趋势。在2008年后，该领域专利呈现出爆发的增长趋势，特别是在英国物理学家因发现石墨烯获得诺贝尔奖后，全球石墨烯专利申请数量开始快速增长，这也导致石墨专利申请数量呈现出爆发增长的趋势。从石墨专利技术发明人及相关技术的年度变化情况来看，每年都有大量新的发明人和新的技术出现。这也说明石墨正处于快速发展阶段。

从基于国际专利分类号和文本聚类分析来看，目前石墨专利技术的热点主要集中在：电极、石墨烯的研究、锂离子二次电池的制造、专门适用于制造或处理半导体或固体器件的方法或设备等，应用于新能源、化工、钢铁冶金等多种领域。

对石墨技术专利文献的最早优先权国家进行统计分析发现，中国处于技术原创国的首位，其次是美国、日本、韩国和德国；从专利技术流向来看，中国、美国、日本和德国四个主要技术原创国中，日本的海外布局最多，其次是美国和德国，虽然中国专利申请量远远高于其它几个国家，但是专利海外布局的情况相对薄弱。

从石墨重要专利申请人数据来看，专利申请排名前三十的申请人中，有4个申请人来自韩国，5家来自美国，4家来自德国，12家来自日本，1家来自法国， 1家来自台湾，3家来自中国。美、日、韩的专利申请人不仅在专利申请数量上具有优势，而且技术影响力也比较高，我国机构专利申请数量整体上表现很好，但是基本上都以国内申请为主，并且技术影响力相对较弱。

供稿：刘杰