聚乙二醇(Polyethylene Glycol,PEG),也稱為聚環氧乙烷或聚氧乙烯,是由乙二醇縮聚或由環氧乙烷與水加聚而得到,聚乙二醇通常為分子質量低於20,000 g/mol的低聚物和聚合物,聚環氧乙烷是指分子量超過20,000的聚合物,聚氧乙烯則是指任何分子質量的聚合物。聚乙二醇常用於食品、藥物及化妝品,在食物方面被用於糖果或巧克力的添加劑,在藥物方面常被用於修飾藥物或細胞融合劑,以延長藥物的半衰期或促進細胞間的融合,在化妝品中,由於聚乙二醇具有高穩定性、不易變質及親膚性,能穿透皮膚做為輸送工具,將其他物質送進到皮膚深層,因此常被添加在保養品或清潔產品中。
聚乙二醇除了用於食品、藥物及保養品中,香港研究發現,可將聚乙二醇應用到鋰電池上,可提高電池中電解質的穩定性並降低成本及毒性。鋰電池的應用與現代人的生活密不可分,常用在消費型電子產品及電動車等,而目前鋰電池的缺點為過熱或過充後,鋰枝晶刺穿隔離層導致自燃或自爆,電池內部也有腐蝕性高、易燃鹽類與有機溶劑,目前解決這些缺點方法有(1)加入內置阻燃劑達到自動滅火效果提升安全性,但成本過高;(2)採用水基電解質,但通常需使用高濃度且有毒的鹽來穩定水分子,易造成環境汙染。而將聚乙二醇加入到電池中,對於前述的成本及環境汙染都可大幅降低,同時聚乙二醇屬易取得材料,香港科學家也實驗過將聚乙二醇與鋰鹽混合後,確實可提高電解質的電化學穩定性窗口(stability window)達到 3.2V,此研究對於電池的研究有新發現,可成為安全性高且成本低的環保電池1。因此,本文透過關鍵字「polyethylene glycol、PEG、lithium battery、lithium-ion battery、lithium cell」2,初探全球相關聚乙二醇應用於鋰電池的專利技術佈局概況。
一、全球聚乙二醇應用於鋰電池相關市場概況
近年全球聚乙二醇應用於鋰電池之相關技術生命週期(二年期)概況顯示,該技術生命週期分析出依據專利申請數量與專利申請權人數隨時間之消長,觀察聚乙二醇應用於鋰電池產業所處之技術生命週期階段,如為:技術萌芽期、成長期、成熟期或是衰退期等。
如圖一之技術生命週期概況(二年期)顯示,橫軸為專利權人的投入量,縱軸為專利件數的申請量。相關專利數量在2009年前皆少於90件,整體呈現上升趨勢,專利申請數量與申請人數皆於2017-2018年最為活絡,約684人與1,252件,客觀推論目前為技術成長期。
圖一 近年全球聚乙二醇應用於鋰電池之相關技術生命周期概況(二年期)
近年全球聚乙二醇應用於鋰電池之相關專利概況如圖二顯示,相關技術的申請量整體於2018年達到最高點,達654件,近五年皆可有300件以上的申請量;而專利公開/公告數量整體為成長趨勢,最後於2018年達到最高,約為769件。
(一)聚乙二醇應用於鋰電池近年專利申請與獲證資訊
全球聚乙二醇應用於鋰電池之專利申請與獲證數量如圖三所示,歷年專利申請數量約為3,932件,其中已獲證的發明專利約1,304件,獲證率約33%。
(二)全球前五大聚乙二醇應用於鋰電池之專利佈局國家或屬地
全球前五大聚乙二醇應用於鋰電池之專利佈局國家或屬地如圖四所示,其中以CN (中國)為最大屬地,占比達77%,其餘依序為US(美國)、KR(韓國)、WO (世界智慧財產組織)及JP(日本)。
二、全球聚乙二醇應用於鋰電池相關產業之佈局與所屬競爭者分析
下圖五之等高線圖顯示專利技術的分布,概述發明的性質,地圖上每一點都代表一件專利,較多的專利聚集處會形成白色山峰,較少的專利聚集處則形成平原或海洋。探勘近年專利技術的發展主要落在磷酸鐵(ㄧ種化合物,作為鋰離子電池的嵌入電極也是電動汽車電池的理想電極材料)、功率、模組,鈦酸鹽(ㄧ種化合物,目前最具前景的鋰離子電池負極材料之一)、膜、分散劑(促進懸浮液中的粒子分離,避免產生沉降或凝集)及高分子電解質等。
(一)相關所屬競爭者之技術佈局
根據圖六及圖七顯示投入該產業技術之標的公司,如Samsung SDI Co., Ltd.以紅色標註,Huawei Technologies Co. Ltd.以綠色標註,BYD Company Ltd.以藍色標註,可看出相關標的公司於聚乙二醇應用於鋰電池相關技術之分佈概況。
資料來源:各國專利局資料庫,華淵公司整理
圖七 相關標的公司佈局聚乙二醇應用於鋰電池之技術領域
(二)相關所屬競爭者之引證分析
下表顯示聚乙二醇應用於鋰電池相關領域中,產業競爭者之TOP 5平均引證分析,其中包含被引證數(Forward Citation)與引證數(Backward Citation)。以次數為基準,被引證次數及引證次數最多皆為Samsung SDI Co., Ltd.,約為334次及1,171次。
表一 產業競爭者之TOP 5平均被引證/引證分析 | |||||||
Forward Citation | Backward Citation | ||||||
Assignee/Applicant | Patent | Cited | Avg. citation | Assignee/Applicant | Patent | Cited | Avg. citation |
Samsung SDI Co., Ltd. | 161 | 334 | 2.07 | Samsung SDI Co., Ltd. | 161 | 1,171 | 7.27 |
BYD Company Ltd. | 64 | 208 | 3.25 | LG Chem, Ltd. | 61 | 291 | 4.77 |
Huawei Technologies Co. Ltd. | 69 | 77 | 1.12 | BYD Company Ltd. | 64 | 261 | 4.08 |
TDK Corporation | 30 | 66 | 2.2 | Huawei Technologies Co. Ltd. | 69 | 128 | 1.86 |
LG Chem, Ltd. | 61 | 29 | 0.48 | TDK Corporation | 30 | 84 | 2.8 |
三、合作專利分類(CPC3)分析
聚乙二醇應用於鋰電池相關技術中,主要CPC技術分類號前五名多為H01M組群,其中前五大組群分別為H01M 10/0525、H01M 10/052、H01M 10/0565、H01M 4/366及Y02E 60/122。技術內容涉及鋰電池及其相關材料和製程等分析。再者,透過CPC技術分類號的分析,提供給相關技術領域研發者,可利用此分類號更有效率地縮短前案的檢索搜尋,或比較相關前案技術特徵的時間。
資料來源:各國專利局資料庫,華淵公司整理
表二 CPC技術分類號之詳細說明 | |
CPC | Definition |
H01M 10/0525 | Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries |
H01M 10/052 | Li-accumulators |
H01M 10/0565 | Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type |
H01M 4/366 | as layered products |
Y02E 60/122 | Lithium-ion batteries |
資料來源:各國專利局資料庫,華淵公司整理 |
四、全球聚乙二醇應用於鋰電池之相關文獻
(一)近5年相關文獻主要涉及議題
下圖顯示近5年相關文獻(期刊/會議錄)主要研究之Top 5議題為Chemistry(化學)、Materials science(材料科學)、Electrochemistry(電化學)、Engineering (工程科學)及Energy fuels (能源燃料)。
(二)近5年發佈相關期刊之TOP 5國家/屬地
針對近5年發佈相關期刊之TOP 5國家/屬地中,主要以PEOPLES R CHINA (中國)為主,占64%。
(三)相關期刊之資訊
以下由近5年發佈之期刊中,搜尋出TOP 3引用數之期刊資料,詳如下表。
表三 聚乙二醇應用於鋰電池相關文獻一部分期刊資訊 | |
欄 位 | 文獻一 |
文獻來源 | ACCOUNTS OF CHEMICAL RESEARCH,49 (1): 96-105 JAN 2016 |
標 題 | Bacterial Cellulose: A Robust Platform for Design of Three Dimensional Carbon-Based Functional Nanomaterials |
作 者 | Wu, ZY |
被引用數 | 155 |
國 家 | USA |
表四 聚乙二醇應用於鋰電池相關文獻二部分期刊資訊 | |
欄 位 | 文獻二 |
文獻來源 | ADVANCED MATERIALS,27 (1): 130-137 JAN 2015 |
標 題 | A Mechanically Robust and Highly Ion-Conductive Polymer-Blend Coating for High-Power and Long-Life Lithium-Ion Battery Anodes |
作 者 | Li, FS |
被引用數 | 85 |
國 家 | GERMANY |
表五 聚乙二醇應用於鋰電池相關文獻三部分期刊資訊 | |
欄 位 | 文獻三 |
文獻來源 | MACROMOLECULES,50 (10): 3832-3841 MAY 23 2017 |
標 題 | The Compensation Effect in the Vogel-Tammann-Fulcher (VTF) Equation for Polymer-Based Electrolytes |
作 者 | Diederichsen, KM |
被引用數 | 76 |
國 家 | USA |
註1 | 科技新報,乳霜成分竟有助鋰電池發展,大幅提升電解質穩定性。資料來源 |
註2 | CTB=("polyethylene glycol" or PEG) and ("lithium battery" or "lithium-ion battery" or "lithium cell") |
註3 | CPC:Cooperative Patent Classification |
請洽--- | 華淵智慧財產顧問股份有限公司 | Email:service@wauyuan.com |
華淵鑑價股份有限公司 |
留言列表