专利景观报告 - 石墨及其应用

专利景观报告 石墨及其应用 © 世界知识产权组织，2023 对原内容进行了修改。这项工作依据Creative Commons Attribution 4.0国际许可证。用户可以在不取得明确许可的情况下复制、分发、改编、翻译和公开执行此项出版物，包括用于商业目的，前提是内容包含说明WIPO是源头信息，并且明确表明。 瑞士 日内瓦 CH-1211 20首次出版 2023 世界知识产权组织 34, chemin des Colombettes，邮政信箱 18 知识产权组织。DOI：10.34667/tind.47589 国际标准连续出版物编号：2790-7015（在线）ISBN: 978-92-805-3514-3（印刷版）ISBN: 978-92-805-3513-6（在线版）ISSN: 2790-7007（印刷版） 适配/翻译/衍生品不应包含任何官方标志或徽标，除非它们已获得世界知识产权组织（WIPO）的批准和验证。请通过WIPO网站与我们联系以获得许可。 版权所有 4.0 国际（CC BY 4.0） 封面：Unsplash，维基百科 对于任何衍生作品，请包含以下免责声明：“世界知识产权组织秘书处不对原始内容的转换或翻译承担任何责任或义务。” 当由世界知识产权组织（WIPO）发布的包含图像、图形、商标或标志等内容归因于第三方时，使用此类内容的用户仅对与权利持有人（们）协商权利负全部责任。 请访问https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 查看此许可证的副本。 任何在此许可证下产生的、无法友好解决的争议应提交根据当时生效的《联合国国际贸易法委员会仲裁规则》（UNCITRAL仲裁规则）进行仲裁。各方应受此类仲裁产生的任何仲裁裁决的约束，作为此类争议的最终裁决。 本出版物中使用的名称和材料的呈现，并不表示世界知识产权组织（WIPO）对任何国家、领土或地区的法律地位，或其当局，或其边界或边界的划定有任何意见。 本出版物无意反映成员国的观点或世界知识产权组织秘书处的观点。 提及具体公司或制造商的产品，并不表示WIPO在提及的其他类似但未被提及的产品中对其表示认可或推荐。 4致谢 5主要发现与洞见 8介绍 9石墨的应用 石墨来源、工艺及衍生物报告结构与方法论10全球趋势12总体专利趋势12区域专业化14石墨来源14处理石墨14 1719鳞片状石墨人工石墨 2122超声波剥离热剥离 32电池应用 4143散热润滑 技术发展下降和细分应用领域的地区 4547495254碳刷水处理生物医药传感器导电油墨 57结论 59附件A：方法论 61附件B：专利搜索 64附件C：附加信息 67首字母缩略词 致谢 一个来自斯里兰卡的关联请求。 这份出版物是在Marco Alemán（知识产权和创新生态系统部门助理总监）的监督下准备的，由Alejandro Roca Campañá（技术和创新支持部门高级总监）和Andrew Czajkowski（技术和创新支持部门总监）指导，并在日本专利局提供的日本信托基金全球工业产权资金的慷慨资助下完成。 本报告由最初由Irene Kitsara（技术及创新支持分部知识产权信息官员）领导，随后由Lakshmi Supriya（技术及创新支持分部专利分析官员）接替领导的项目团队编制。项目团队成员来自IPOS国际的专利分析团队，包括Alfred Yip（专利检索、审查和分析总监）、Huang Jinquan（专利分析主管）、Sun Ting（高级分析师）和Pan Shanshan（分析师）、Björn Jürgens（顾问）、Craig Dsouza（技术及创新支持分部青年专家专业）。项目团队收集并分析了数据，制作了可视化图表，并撰写了报告。此外，还要感谢Hong Kan（技术及创新支持分部专利分析官员）在副本编辑阶段提供的支持。 本报告借鉴了在项目构思期间以及审阅尼鲁瓦拉·科特加多教授（斯里兰卡贾耶瓦ardenepura大学）和斯里兰卡国家创新局团队的数据和报告时所获得的有益意见：阿吉特·德·阿利斯教授（首席创新官/研究生院院长，斯里兰卡摩拉图瓦大学），以及来自国家创新局（NIA）的高级创新官员温迪亚·维杰辛赫、纳沃迪·维克拉马辛哈、西达西·达纳亚凯和巴格亚·赫拉特。我们还要感谢玛丽亚姆·泽赫塔布奇（创新经济部门经济官员）审阅报告并提供宝贵意见。 更多信息最后，我们对WIPO编辑和设计团队表示衷心的感谢，包括：出版物和设计部门负责人Charlotte Beauchamp，她提供了宝贵的支持和建议；编辑Vanessa Harwood，负责编辑监督；以及Sheyda Navab，负责报告设计。 在线资源：本报告的电子版可在www.wipo.int/publications/en/XXX访问。此网页还包括来自报告的数据集。联系方式：patent.information@wipo.int 主要发现与洞见 1789年被命名，石墨这个词源于希腊语绘制,意味着“绘制或书写”。这源于它在铅笔中作为“铅”的主要用途。石墨从最初作为一种标记和书写的手段的朴素开始，因其优异的耐火性能而在炮弹模具制造中脱颖而出。此后，石墨由于其优异的电热导率、良好的化学稳定性和耐腐蚀性，成为各种工业应用中不可或缺的材料。本WIPO专利景观报告考察了过去十年全球石墨相关专利活动。报告使用来自各国政策的个别信息以及市场和商业信息来评估石墨技术的当前状态，并确定创新热点，同时考察石墨的较好研究领域和新兴应用。 石墨技术领域的创新在过去十年吸引了越来越多的关注，但发明主要集中在几个地理区域。 全球范围内，从2012年到2021年共提交了60,000多项石墨技术专利族。如此大量的与石墨相关的发明凸显了该材料在多个行业中的重要性。 石墨在全球范围内受到关注。超过60个国家和地区的申请人提交了专利申请。然而，石墨相关专利族主要源自少数几个国家。中国是最大的贡献者，拥有超过47,000个专利族，占过去十年全球提交的石墨专利族总数的五分之四。其他领先国家包括日本、韩国、美国和俄罗斯联邦。这些来自领先五国的申请人来源国共同占有了与石墨相关的全球专利产出量的95%。 鳞片石墨和人造石墨是两种首选的初级石墨来源。 同时，创新探索人工合成的新方法和用途。在石墨的不同来源中，鳞片石墨拥有最多的专利家族数量，从2012年至2021年全球范围内累计提交了超过5600件。它具有强大的吸引力，尤其是在中国——全球鳞片石墨的主要供应商。在商业实体和研究机构的活跃研究支持下，中国是开采鳞片石墨最为活跃的国家，并贡献了该领域全球专利申请的85%。 石墨在全球范围内受到关注，因为各国寻求利用这种人造物质所具有的优越材料特性，并减少对天然材料的依赖。专利活动主要由商业实体主导，特别是世界知名的电池制造商和阳极材料供应商，专利兴趣集中在电池阳极应用上。 已建立。 石墨层间剥离过程，涉及石墨中碳层的分离，已被广泛研究。具体而言，超声波和热剥离是全球最流行的两种方法，分别拥有4,267和2,579个专利族。这是 显著高于化学或电化学替代品的水平。与超声剥离相关的全球专利活动逐年下降，表明这种低成本技术已经得到了很好的确立。它在研究机构中特别受欢迎，是处理大量石墨成为石墨纳米材料和石墨烯的一个关键步骤。 电池应用是关键驱动力，并将继续维持。全球石墨相关创新。热剥离是一种较新的工艺。与超声波剥离相比，这种快速且无溶剂的热方法引起了更大的商业兴趣。 作为锂离子电池最广泛应用的阳极材料，石墨在全球电池应用领域引起了广泛关注。从2012年至2021年，共有超过8000个专利家族被提出，电池应用成为全球石墨相关发明的关键驱动力。中国在电池应用领域的石墨专利家族数量最多，其次是日本和大韩民国。这三个顶级地区合计贡献了全球90%以上的专利家族。 在这个领域，创新主要由电池制造商或正极供应商引领，他们积累了大量专注于基于石墨正极创新提高电池性能的专利组合。除了行业参与者外，学术界和科研机构——尤其是中国大学——也一直是石墨正极技术创新的重要来源。 石墨在电池中的应用需求预计将进一步增加，这是由于近年来清洁能源行业市场增长的爆炸性发展，特别是电动汽车和大规模储能的需求快速增长。越来越多的领先创新者正在探索下一代电池技术中的石墨负极，以及具有更高能量密度和更好性能的替代负极解决方案。 聚合物和陶瓷应用是石墨技术创新的热门话题。 石墨在陶瓷制造中的应用代表另一个密集研究的领域，其中涉及超过石墨在聚合物应用中的研究从2012年到2021年一直是一个创新热点话题，全球范围内记录了超过8000件专利家族。然而，在近年来，包括中国、日本和美国（US）在内的该领域申请人的主要来源国，专利申请量有所下降。大量专利申请随后呈现下降趋势表明，这是一个经过充分探索且拥有大量技术积累的领域。总的来说，石墨在聚合物复合材料领域的发明受到商业驱动的强烈影响，五分之四的相关专利家族都是由商业实体提交的。 专利布局报告：石墨及其应用在过去十年中仅注册了6,000个专利家族。具体而言，耐火石墨是全球创新的关键焦点。它占中国陶瓷相关石墨专利家族的超过三分之一，在全球其他地区约占五分之一。其他重要的石墨应用包括适用于特定行业的高价值陶瓷材料，如用于电气和电子、航空航天和精密工程以及军事和核应用的碳化物。 点。 碳刷代表了长期开发的石墨应用领域。这被认为是 从全球范围内的相关专利活动来看，一个成熟的领域已经显现。在过去十年中，这一领域发明不多，2012年至2021年间仅有不到300个专利族提交。此外，大多数源自中国的专利族——这一领域的主要贡献国——都是在较早年份提交的。此外，石墨碳刷在全球范围内获得的关注度较低，在过去十年中仅偶尔出现专利申请。2012年至2021年间，来自世界其他地区的专利族总数远低于1992-2001年和2002-2011年间提交的数量，这表明碳刷技术已进入其技术周期的最后阶段。 石墨在生物医疗、传感器和导电油墨应用中的使用是新兴的。 生物医学、传感器和导电墨水是石墨的新兴应用领域，这些领域吸引了学术界和商业实体，包括知名大学和跨国公司的关注。 通常对于一个新兴技术领域，相关的专利族由不同的组织提交，没有任何参与者占据主导地位。因此，顶尖申请者的发明数量较少，与被充分探索的领域不同，在这些领域他们将有强大的技术积累和庞大的专利组合。 这三个新兴领域的创新重点高度分散，且可能多种多样，即使是对于单个申请者也是如此。然而，最近的发明被观察到利用了石墨纳米材料的开发，特别是石墨纳米复合材料和石墨烯。 命名为18世纪的石墨 20世纪（Uwaterloo，2022年），这一术语得以保留。 “铅笔”这个名字是一个误称：铅笔从未含有铅，而是由石墨制成。尽管铅笔中所称的“铅”的真正成分已被鉴定，th 石墨的历史可以追溯到16世纪早期。th 19世纪，在英国 Borrowdale 地区发现了一处巨大的纯石墨沉积（Pencils, 2022）。当地人用这种类似煤的矿物来标记羊皮。当冶金学家遇到这种物质时，他们误将其视为一种黑色铅，而不是碳的一种形式，因此得名“铅笔”。 石墨在1789年被命名为“石墨”，源自希腊语“graphein”，意为“绘画或书写”，这主要归因于它最初在铅笔中的使用（Uwaterloo，2022年）。然而，石墨的第一个工业应用并非用于标记或书写。相反，在发现它之后，英国政府很快发现它是一种 excellent refractory material，适用于制造炮弹模具。从这种模具中生产的更圆更光滑的炮弹，有助于当时英国海军的优越地位。石墨的使用在19世纪得以扩展。th 20世纪将包括在炉具抛光、润滑剂、油漆和铸造面层中的应用。但应用在20世纪急剧增加。th世纪，随着生产和纯化方法的改进。 图1. 世界石墨储量与矿山产量。然而，尽管石墨的工业应用和需求是全球