专利大数据分析——石墨烯产业（散热、燃料电池领域）

导读：本文内容摘选自湖北省知识产权局2021年度产业专利信息分析服务项目《石墨烯产业专利分析、导航和布局规划》课题。

本文内容摘选自湖北省知识产权局2021年度产业专利信息分析服务项目《石墨烯产业专利分析、导航和布局规划》课题，该课题由武汉理工大学、武汉岱家山科技企业孵化器有限公司承担完成，主要研究内容包括石墨烯技术的专利整体情况分析，石墨烯散热技术领域专利检索分析与技术路线图规划，石墨烯燃料电池技术领域专利检索分析与技术路线图规划，以及核心专利分析，挖掘“沉睡专利”等，为我国石墨烯技术领域发展与创新规划提供参考，为湖北省石墨烯产业的发展规划提供依据。

石墨烯及衍生物由于独特的单原子结构，具有优良的导热和导电性能、高机械强度和良好的化学稳定性，非常适合作为导热、散热材料应用于新一代显示器件、大健康、环保、高端制造等国家战略性新兴产业。而且石墨烯被认为是电池电极材料和催化剂载体材料的理想选择，特别适用于燃料电池领域的应用。

本报告检索了石墨烯散热领域和燃料电池领域的相关专利，对专利技术进行全面挖掘、整理和分析，得出以下结论和建议。

石墨烯散热技术领域

从石墨烯散热领域的发展态势来看，目前中国的专利申请还处于上升阶段，专利数量占全球的65.85%。美国、韩国、日本、欧洲的专利申请已经过了高峰期，处于逐渐回落的阶段。

如图1-1所示，目前石墨烯散热技术的热点应用领域主要集中在：（1）电池领域；（2）LED领域；（3）IT产品领域；（4）半导体领域；（5）电子元器件领域；（6）显示装置领域。

通过对专利申请人的分析，如图1-2所示：在电池散热领域，韩国LG集团、三星集团、韩华石油化学株式会社，美国英特尔集团，法国阿科玛集团布局专利最多，中国在该方面处于劣势；在IT产品散热领域，中国华为集团、OPPO、京东方，美国谷歌，韩国三星集团的布局专利较多；在半导体散热领域，韩国三星集团，美国德州仪器公司，中国华为集团、杰群电子科技有限公司、东旭光电科技股份有限公司布局专利最多，韩国三星集团在该领域有绝对的优势；在LED散热领域，中国东莞闻宇实业有限公司、湖州明塑广电科技有限公司、东旭光电科技有限公司具有领先优势。从总体的技术影响力来看，三星集团、华为集团、环球石墨烯集团在该领域的专利具有较大的价值和影响力。

虽然中国申请石墨烯散热领域的专利数量占有绝对优势，但是专利质量整体不高，核心专利比较少，且海外专利技术布局相对较少。该领域的核心技术仍主要掌握在美国手中，美国的核心专利占比超过半数，其次是韩国、日本、中国、法国。近年来，美国、韩国和日本均开始加强在中国的专利布局，技术流出比例分别达到13.91%、5.25%、5.90%。

图1-1 全球石墨烯散热技术应用领域构成

图1-2 石墨烯散热技术应用领域重要专利申请人专利布局情况

石墨烯燃料电池领域

中国是拥有石墨烯燃料电池相关专利技术最多的国家，占全球份额的41.73%，目前仍处于快速发展阶段。韩国、日本和欧洲在该领域的发展均已进入技术成熟阶段，美国更是处于成熟期向衰退期过渡阶段。全球石墨烯燃料电池领域相关专利技术的生命周期如图2-1所示。

石墨烯燃料电池领域技术热点主要集中在以下几个方面，如图2-2所示：

1. 原材料：主要是氧化石墨烯、杂化石墨烯、多孔石墨烯和石墨烯粉体。此外，日本在石墨烯浆料的相关专利技术也较多。

2. 制备技术：主要是石墨烯掺杂改性、涂覆、沉积、真空、热解、化学氧化还原和水热合成。有别于其他国家/地区使用较多的石墨烯掺杂改性、沉积和涂覆技术，中国使用最多的是真空技术，其次是水热合成和石墨烯掺杂改性。

3. 燃料电池结构：主要用于燃料电池电极的催化剂层，用于电极导电剂、电极支撑结构、气体扩散层、集流体、电解质膜、双极板等结构的相关专利技术较为均衡。

4. 燃料电池类型：主要是质子交换膜燃料电池、金属-空气燃料电池、甲醇燃料电池、乙醇燃料电池、氢燃料电池和固体氧化物燃料电池。

5. 燃料电池功效改进：主要集中在提升导电、稳定、机械强度、催化等性能。此外，中国和美国还关注功率密度的提高，日本更侧重于研发燃料电池的耐热技术，欧洲则是重点提升燃料电池的质子传导能力。

通过对石墨烯燃料电池领域专利申请人的分析发现：在美国、韩国、日本和欧洲，企业的研发水平和成果数量处于领先地位，美国和韩国的高校、欧洲的科研院所也拥有较多专利，且重要申请人均进行了大量的海外布局，其中比较有代表性的包括：美国的麻省理工学院、莱斯大学和纳米技术仪器公司，韩国的现代汽车公司、LG化学公司和三星电子公司，日本的松下电器产业公司、半导体能源研究所和丰田汽车公司，欧洲的原子能和替代能源委员会、法国国家科学研究中心和巴斯夫欧洲公司。与上述国家/地区相比，中国则是高校的研发水平和成果数量占据绝对优势，重要申请人有中国科学院大连化学物理所（如图2-3所示）、清华大学、成都新柯力化工科技有限公司等30位，但是基本没有进行海外布局，且专利申请质量整体偏低，造成了技术价值的损失。

图2-1 全球石墨烯燃料电池专利生命周期图

图2-2 全球石墨烯燃料电池领域专利技术类型

图2-3 中科院大连化学物理所石墨烯燃料电池领域相关专利分布

发展建议

中国在石墨烯散热和燃料电池领域技术发展速度很快，但是存在专利数量多、高价值专利不足、专利布局缺乏等问题。

在今后的发展中，需要从关注专利数量转变到切实重视专利质量的轨道上来，明确研发投入的质量导向，减少和弱化单纯强调专利申请数量的激励政策和措施，形成引导提升专利质量的有效方案。

应该积极组建产学研之间的专利联盟，整合上下游资源，建立石墨烯散热领域和燃料电池领域全产业链的知识产权保护体系，避免国内企业之间专利纠纷，抵御国外专利技术威胁。

同时要加强专利挖掘以及纵向和横向布局，加强技术领域的国际知识产权研究，提升专利价值和国际竞争力，为石墨烯散热领域和燃料电池领域的长远发展打下良好基础。