【中国特許分析】リチウムイオン電池技術の中国特許出願状況は?中国企業の勢いは止まらない?

Pocket

リチウムイオン電池の特許分析

リチウムイオン二次電池は、スマホ、PC等電子製品から、電気自動車・ハイブリッド車(EV・HV)、充電・発電設備等まで幅広く使われています。
技術的なハードルが高いこの分野において、日本、米国、中国、韓国、ドイツをはじめ、各国は研究開発に注力しています。中でも、近年の中国企業は成長スピードを加速しており、特許出願の件数もますます増えています。
今回は、リチウムイオン電池における2011年~2020年の中国特許出願について簡易的な分析を行いました。

1.2011~2020年のリチウムイオン電池に関する公開件数推移

まず、2011~2020年の10年分について、各国(地域/組織)ごとの特許出願公開状況を調べてみると、全体的に早いペースで出願公開件数が増加しており、落ち着く様子は見られません(図1を参照)。
このうち、世界の半分以上のリチウム電池を製造していると言われる中国は、世界でも断トツ1位の特許出願件数となっています。中国特許データベース「incoPat」で検索してみると、2020年だけでもその公開件数は2万件を超えています。

中国(CN)の次は、アメリカ(US)、日本(JP)、韓国(KR)で、それらの特許公開件数も同じトレンドで増えています。
また、PCT出願(WO)の数も多いです。これは、リチウムイオン電池分野については、グローバルな特許戦略が不可欠と考えられるためでしょう。台湾(TW)の出願件数も多いことが分かります。

最近10年間Li電池に関する公開公報件数推移
【図1. 2011年~2020年のリチウムイオン電池に関する公開公報件数推移 (※incoPatでの検索結果)】

 

2.特許分類(IPC分類)の件数

リチウムイオン電池の特許に付与されるIPC分類は、主に H01M10/052(下位分類を含む)が中心であり、他の技術分野に比べると分類の特定はしやすいと思われます。
これ以外では、電極に関する発明に H01M4/13(下位分類を含む)も付与されます。
2020年の21,796件の中国公開特許のうち、13,968件にはリチウム二次電池の分類(H01M10/052)が付与され、2,823件には電極の分類(H01M4/13)が付与されています(図2を参照)。
 

《IPC分類と定義》
  • H01M10/00  二次電池;その製造[2]
  • H01M10/05 ・非水電解質二次電池(H01M10/39が優先)
  • H01M10/052 ・・リチウム二次電池
  • H01M4/00  電極[2]
  • H01M4/02  ・活物質からなるまたは活物質を含有した電極[2]
  • H01M4/13  ・・非水電解質二次電池用の電極,例.リチウム電池用のもの;その製造方法

IPC分類別の出願件数推移
【図2. IPC分類別の出願件数推移】

 

一方で、H01M10/052もH01M4/13も付与されない公報もあります。
中国特許については、特に古い年代の出願などでIPC分類付与の精度がよくないケースが散見されるため、検索時に注意が必要です。
例えば、下位請求項にリチウムイオン電池の発明があるが、独立請求項の主発明は自動車であり、自動車の分類だけが付与されているケースなどが考えられます。あるいは、リチウムイオン電池の制御に関する発明であって、通信系(H04)の分類一つしか付与されていないようなことも考えられます。
 

3.中国特許・実用新案の公開件数推移

上記の各年の出願公開のうち、特許と実用新案の割合はどうなっているのでしょうか?
最近10年間の公開件数の統計を見ると、特許は実用新案のおよそ2~3倍です(図3を参照)。
2017年から、特許も実用新案も増加のペースがさらに加速しています(図2、図3を参照)。

最近10年間Li電池に関する中国特許・実用新案の公開量
【図3.最近10年間におけるリチウムイオン電池に関する中国特許・実用新案の公開件数】

 

4.中国特許出願人の国別割合

リチウムイオン二次電池に関する中国公開特許では、その8割以上を中国現地出願人が占めています。次いで、日本籍の出願人が8.9%、韓国籍の出願人が3.6%、米国籍の出願人が2.4%、ドイツ籍の出願人が1.3%、となっています。

Li電池に関する中国特許出願人の国別割合
【図4.リチウムイオン電池に関する中国特許出願人の国別割合】

 

5.注目されている技術効果・課題

リチウムイオン二次電池に関する中国特許の中には、どのような技術効果や課題が多いのでしょうか?

incoPatによって機械的に抽出したキーワードに基づく統計結果を、図5と図6に示しました。
図5と図6から見ると、複雑性低減、安定性向上、コスト低減、安全性向上、効率向上、利便性向上などに関する技術効果や課題解決に集中しているのが分かります。

但し、これは機械的に処理した結果であり、汎用的な課題・効果しか列挙されていません。
より詳細な観点での技術分類を付与するには、サーチャー/アナリストによるに分析が必要になります。

技術効果ごと公開公報件数
【図5.技術効果別の公開公報件数】

 

技術効果ごとの割合
【図6.技術効果ごとの割合】

 

6.リチウムイオン電池に関する中国特許出願人ランキング

具体的な出願人名を見ると、特許公開件数ランキングの上位10社のうち、6社が中国現地企業です。
中国政府は、2015年に「中国製造2025計画」を発表し、新エネルギー車や半導体、次世代通信技術などを重点分野/品目に位置付けた後、産業政策的にもこれらの分野を発展するように誘導していると考えられます。

上位外国籍出願人としては、韓国企業2社(LG化学、サムスンSDI)、日本企業2社(トヨタ自動車、パナソニック)があります。
電池メーカー/エネルギー関連企業以外では、電子製品メーカーと自動車メーカーが中心になります。外国籍出願人はいずれもグローバル企業で、世の中で良く知られている企業です。

また、Top10には入っていませんが、ドイツのロバート・ボッシュ有限公司(Bosch)もリチウムイオン電池に関する出願公開件数が多いです。

 

出願人 公開件数 出願人国籍
1位 株式会社LG化学 1,441 韓国
2位 合肥国軒高科動力能源有限公司 1,385 中国(2006年設立)
3位 サムスンSDI株式会社 1,083 韓国
4位 トヨタ自動車株式会社 1,032 日本
5位 中南大学 962 中国
6位 寧徳新能源科技有限公司 894 中国(2008年設立)
7位 比亜迪股份有限公司(BYD) 859 中国(1995年設立)
8位 天津力神電池股份有限公司 828 中国(1997年設立)
9位 寧徳時代新能源科技股份有限公司(CATL) 764 中国(2011年設立)
10位 パナソニック(松下電器産業株式会社) 642 日本


【表1. リチウムイオン電池に関する中国特許出願人ランキング】

 

7.中国現地企業・上位出願人の特許状況分析

上記の中国現地出願人6社について特許公開状況を調べてみました。

ステータスを見ると、全体的に特許の生存率は高いです。この調査をした時点では、合肥国軒高科動力能源有限公司、中南大学、寧徳新能源科技有限公司は8割以上の特許が生きており、さらに寧徳時代新能源科技股份有限公司(CATL)は9割以上の特許が生きています。(表2を参照)

中国現地企業名 出願件数  有効 審査中 無効 生存率
合肥国軒高科動力能源有限公司 1,385 658 557 179 87%
中南大学 962 425 358 183 81%
寧徳新能源科技有限公司 894 515 266 114 87%
比亜迪股份有限公司(BYD) 859 423 120 316 63%
天津力神電池股份有限公司 829 311 68 450 46%
寧徳時代新能源科技股份有限公司(CATL) 764 391 317 56 93%

※有効特許(=登録特許)と審査中特許とは一部重複あります。

【表2.上位中国籍出願人の公開特許ステータス(調査時点)】

 

各社の年度別出願公開状況を見ると、合肥国軒高科動力能源有限公司は、2011~2015年には特許公開がないですが、2016年から急に大量に公開されました(図7を参照)。

上位中国現地出願人の年度別公開特許量
【図7. 上位中国現地出願人の年度別公開特許数】

 

中国の現地出願人は、この技術分野の関係者の方以外にとってはあまり馴染みのない企業も含まれるかもしれません。
各企業について簡単にご紹介します。
 

(1)合肥国軒高科動力能源有限公司

ランキング2位の「合肥国軒高科動力能源有限公司」(https://www.gotion.com.cn/)、略称「国軒高科」は、2006年に中国合肥市に設立した上場企業です。日本のつくば、シンガポール、アメリカにも法人を設立しています。
同社は、中国で新エネルギー自動車用リチウムイオン電池の研究開発及び販売を最も早く開始した企業の1つであり、海外出願を含めると4000件を超える特許・実用新案・意匠権を有しています。

国軒高科の主な製品はリン酸鉄リチウム(LFP)材料と電池、チタン酸リチウム(LTO)材料と電池、三元電池(NCM622)、パワーバッテリーパック、バッテリー管理システム(BMS)、エネルギー貯蔵バッテリーパック等があります。特許権利化されている技術は、バッテリーセル用4つの主要材料、バッテリーセルの構造設計、バッテリーセルの加工技術と設備、BMS、PACK、テスト評価、解体リサイクル、エネルギー貯蔵等があり、電池産業に関する全体的な技術をカバーしています。

国軒高科は、中国の国家レベル企業技術センターを有し、2000人以上の研究開発チームを抱えているとされています。中国の国家重点プロジェクト“863”計画の研究課題を担当し、新エネルギー自動車革新工程も関わり、業界的な国家基準の策定にも参画しています。

2016年、国軒高科がリードした「高比エネルギーリチウムイオン電池の研究開発と統合アプリケーション」課題、「年産6億Ahのリチウムイオン電池生産拠点」プロジェクト、「新エネルギー車リチウムイオン電池スマート工場」プロジェクトが、中国国家「十三五計画」、国家発展改革委員会及び工信部の重点プロジェクトに選ばれています。
2019年、「国軒高科」の企業商標は、国家知識財産局に中国馳名商標と認定されました。2020年からは、フォルクスワーゲン社の投資を受け、研究開発を連携し電池技術のさらなる競争力を強めています。
 

(2)中南大学

中南大学(http://www.csu.edu.cn)は、湖南省長沙市にある中国の「985工程」「211工程」に選ばれた重点総合大学です。
複数のリチウムイオン電池の研究室があり、特にその電極材料の研究に強いとされています。
下記の比亜迪(BYD)社の創業者兼CEOを務めている王傳福氏も、中南大学冶金物理化学専攻のOBです。
2018年、頼延清教授チームの「高比エネルギーリチウム硫黄電池技術」と、杜柯准教授チームの「リチウムイオン電池の三元材料と新型カソード材料の工業化技術」が、それぞれ1.4億人民元と1.5億人民元という高額で現地企業に譲渡されて、業界内で話題になりました。それ以外に、李新海教授のチームなど、複数の研究室がリチウムイオン電池に関する特許出願数増加に貢献しているようです。
 

(3)寧徳新能源科技有限公司

寧徳新能源科技有限公司は、2008年に福建省寧徳市に設立されたリチウムイオン電池メーカーです。
その親会社は新能源(香港)科技有限公司(Amperex Technology Limited、略称ATL、https://www.atlbattery.com/zh/index.html)であり、1999年香港に本部を設立し、子会社が広東省と福建省にあります。

アメリカのベル研究所から購入したリチウムイオンポリマー電池の特許をもとに、電解液の成分改良によりバルジ変形の問題を解決し、当時はリチウムイオンポリマー電池技術を産業化した会社として業界内で有名でした。ソニーやパナソニックのハードシェル、円筒形バッテリーと異なり、ソフトパックのリチウムイオンポリマー電池に注力しています。

取扱製品は、小型化高エネルギー密度電池、軽量化ハイパワーバッテリー、10分間で80%の電池容量を充電できる急速充電電池、形状的に不規則な設備に用いる異形電池、BMS付バッテリーパック等があります。
主な取引先としてはスマホ・PCメーカー、ドローン・ロボットメーカー、スマートホーム・仮想拡張現実・ウェアラブル電子機器メーカーがあります。主要なスマホメーカーのバッテリーサプライヤーの一つであるようです。
 

(4)比亜迪股份有限公司(BYD)

比亜迪(BYD)(https://www.byd.com/cn/index.html)は、1995年に深圳に設立した上場企業です。
もともとは電池製造から起業し、かつて世界2番目の充電電池メーカーとして、MOTOROLA、NOKIA等の携帯大手の電池サプライヤーでしたが、今では自動車メーカー・車両メーカーとしてもよく知られます。2015年から3年連続で新エネルギー自動車の出荷量が世界一になっています。2017年には、新エネルギー大型バスの出荷量も世界一になりました。オール電化大型バスの出荷量は4年連続世界一となりました。

同社は、ヨーロッパ、インド、米国に工場を有しています。2015年には、世界初のゼロ排出オール電化二階建てバスがイギリスに展示され、2016年に都市渋滞対策として独自開発したストラドルモノレール交通システム「雲軌(Skyrail)」が深圳市で完成・開業しました。片道運送能力は1~3万人/時間に達し、汕頭市での設置工事も進んでいます。100%独自知的財産権を有する「雲巴(SKRSHUTTLE)」スマート交通システムは無人運転、顔認識等の技術を搭載しています。

BYD社のSkyrail
【BYD社のSkyrail(*)】
(*)BYD社サイトより[ https://en.byd.com/skyrail/ ]

 
電池製品については、Ni-MH(ニッケル・水素)電池、コバルト酸リチウム電池、リチウム鉄リン酸塩電池、三元電池の二次電池と、太陽光発電による蓄電池と、鉄イオン電池を取り扱っており、「光貯蔵一体化」モードを推進しています。
 

(5)天津力神電池股份有限公司

天津力神電池股份有限公司(略称:力神電池、http://www.lishen.com.cn/)は、1997年に天津市に設立された企業です。同社は、リチウムイオン電池とパワーバッテリーを研究開発及び製造販売しているハイテクの国営企業です。
特許を含む知的財産権を2000件近く保有し、国家レベルパワーバッテリー工程技術センターとして、複数の国家レベル重点プロジェクトを完遂または担当しています。

製品には円筒形、プリズマティック型、パワーおよびポリマーバッテリー、太陽光発電システム、スーパーキャパシタ等6つのシリーズの約1,000種類のモデルがあります。
これらは主に電子製品、新エネルギー交通道具、エネルギー貯蔵分野に適用されます。そのため、スマホ・PCなどの主要な電子機器関連企業、現地自動車メーカー、中国国家送電網等のサプライヤーとして、乗用車・作業車・レール車・バイク等各種の車両、発電システム、電動道具、PC・スマホ・デジタル製品、ウェアラブル電子機器、3D眼鏡、玩具、リモコン等にリン酸鉄リチウムや三元系の電池や充電システムを提供しています。
 

(6)寧徳時代新能源科技股份有限公司(CATL)

寧徳時代新能源科技股份有限公司(Contemporary Amperex Technology Co. Limited,略称CATLまたは寧徳時代、https://www.catl.com/)は、2011年に同じ福建省寧徳市に設立された上場企業です。上記の「寧徳新能源科技有限公司」とよく混同されるようですが、両社は現在、法律上完全に別会社です。ただし、沿革的には両社の間に繋がりがあり、寧徳時代(CATL)の創業メンバーはもともとATL社から独立したチームです。

寧徳時代(CATL)は電気自動車(EV)・新エネルギー自動車のバッテリーシステム、エネルギー貯蔵システム、バッテリー管理システム、セル材料、電池リサイクル二次利用等に研究開発及び製造販売をしています。
グローバル企業から、中国現地企業まで、多くの電気自動車(EV)メーカーが、寧徳時代のバッテリー技術を使っています。2017年から、CATL社はヴァルメト・オートモーティブと戦略的な提携を結び、ハイブリッド車(HV)のバッテリーバック及び工程技術サポートを提供しています。

寧徳時代は2011年設立された、比較的新興の電池メーカーですが、成長が急速で早くも業界トップクラスになり、2017年から2019年の間でパワーバッテリーシステムの出荷量は連続3年で世界一となっています。
リチウムイオン電池のほかに、燃料電池も取り扱っています。電池回収、電池材料に関する産業基準の策定にも参画しています。自動車以外では、バイクや船舶にも製品・サービスを提供しています。また、中国国家「十三五」重点研究開発計画のうち、新エネルギー自動車及びスマート送電網という2つのプロジェクトを担当しています。
主要な研究開発センターと工場は、中国寧徳市とドイツにありますが、日本の横浜市及び米国にも営業と開発の拠点があります。

同社の技術は、業界初のCTP技術(CELL TO PACK)とナノリベットセル強化技術、また高ニッケル811体系と、4.5ミクロンの極薄箔材技術と合わせることで、電池エネルギー密度は最大215Wh/kgに達し、車を900㎞まで連続運転させることができるとのことです。
また、独自の電池加熱技術で、ゼロコストで2℃/minの昇温を実現し、たった15分でバッテリー温度を-20℃から10℃まで上昇することができ、雪が多く寒い地域での運転をスムーズにします。
ビッグデータクラウドサービスやV2X技術等も採用し、バッテリーの健康状態、寿命、SOC等をインテリジェント管理し、常に最適化を行っているようです。

 

以上、出願件数ランキング上位の中国現地企業について概要をご紹介しました。
リチウムイオン電池分野では電池メーカーが主役となりますが、自動車メーカーや大学も活躍しています。
まだ歴史の浅い企業も多いですが、その成長スピードは著しく、独自の技術研究開発を重視して膨大な投資を継続的に行いながら、技術成果を出しています。しかも、これらの企業は特許戦略にも力を入れていることが伺えます。

リチウムイオン電池に関する事業活動を展開するうえでは、中国特許を十分に調査・分析しておくことが重要といえるでしょう。
 

8.参考:簡易的な検索式

1. IPC=(H01M10/052) && 189,952
2. IPC=(H01M4/13) and TIABC=(锂 or 锂离子 or “Li”) && 82,584
3. TIABC=((锂 or 锂离子 or “Li”) and (电池 or 充电 or 蓄电)) and IPC=(H01M) 304,520
4. (#1 or #2 or #3) AND (PD=[20110101 to 20201231]) 252,356
5. (#1 or #2 or #3) AND auth=(CN) 124,746

 
(日本アイアール株式会社 特許調査部 X・W)


中国の技術情報調査、特許調査・分析サービスのページはこちら(日本アイアール・メインサイトへ)


 

Pocket

技術セミナー検索


製造業向け技術者教育Eラーニングの講座一覧

 

技術系新入社員研修・新入社員教育サポート

 

在宅勤務対応型のオンライン研修

 

技術者教育の無料相談受付中

スモールステップ・スパイラル型の技術者教育プログラム

資料ダウンロード

講師紹介

技術の超キホン

そうだったのか技術者用語

機械設計マスター

技術者べからず集

工場運営A to Z

生産技術のツボ

技術者のための法律講座

機械製図道場

製造業関連 展示会・イベント情報

公式Facebookページ

スぺシャルコンテンツ
Special Contents

導入・活用事例

テキスト/教材の制作・販売