2023年，世界知识产权组织（WIPO）发布《石墨及其应用的专利态势报告》（Patent Landscape Report-Graphite and its Applications），报告审查了过去十年来全球石墨相关专利活动，使用市场和商业信息来评估石墨技术的现状，确定创新热点话题，并考察了石墨深入应用的研究领域和石墨的新兴用途。
01 过去十年，石墨技术的创新吸引了越来越多的兴趣，但发明集中在少数国家/地区
从2012至2021年，在全球范围内，石墨技术专利家族申请量超过60,000项（图1）。大规模石墨相关发明专利申请表明了该材料在多个行业的重要性。
对石墨的研究兴趣是全球性的。来自60多个国家/地区的申请人申请了相关专利。但是，与石墨相关的专利家族主要集中在少数的几个国家/地区（表1）。在过去十年中，中国是最大的贡献者，拥有超过47,000项专利家族，全球每五个石墨专利家族中就有四个来自中国。其他领先国家包括日本、韩国、美国和俄罗斯。前五个国家/地区的相关专利申请共占全球总量的95%。
图1 石墨相关专利家族，按最早优先年份排序（2012-2021年）[1]
表1 排名前10位的国家/地区的石墨相关专利申请趋势
[1] 注意:专利申请和公开之间一般有18个月的延迟。截至2022年5月30日，2019年是可获得完整数据的最后一年。资料来源:WIPO，检索日期：2022年5月。
02 鳞片石墨和人造石墨是两种首选的主要石墨来源
在不同的石墨来源[2]中，鳞片石墨的专利家族数量最多，2012至2021年，全球有超过5,600项专利申请。它具有强大的吸引力，特别是在中国[3]。在中国的商业实体和研究机构的研究支持下，中国是最积极开发鳞片石墨的国家，并为该领域的全球专利申请贡献了85%的份额。
同时，探索人造石墨的新合成方法和用途的创新在全球范围内受到关注，因为各国都在寻求利用与这种人造物质相关的优越材料，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，其专利兴趣集中在电池阳极应用上。
[2] 天然石墨是富碳有机质在长期高温高压地质环境下形成的。按结晶度可分为三类:即无定形石墨（Amorphous graphite）、鳞片石墨（Flake graphite）和块状石墨（Vein graphite）。此外，还有人工石墨（Artificial graphite）。
[3] 中国是全球市场的主要鳞片石墨供应商。
03 用于块状石墨加工的剥离技术已经得到了证实
石墨的剥离过程已经得到了广泛的研究，尤其是涉及分离石墨内的碳层。其中，超声波和热剥离是全球最流行的两种方法，分别有4,267和2,579项专利家族，明显多于化学或电化学方法。但是，与超声波剥离有关的全球专利活动多年来一直在减少，这表明这种低成本的技术已经成熟。作为将块状石墨加工成石墨纳米材料和石墨烯的一个重要步骤，它在研究机构中特别受欢迎。热剥离是一个较新的过程。与超声波剥离相比，这种快速和无溶剂的热方法已经吸引了更大的商业兴趣。
04 电池应用是一个关键驱动力，并将继续推动全球石墨相关的创新
石墨作为锂离子电池广泛使用的阳极材料，在电池应用方面已经引起了全球的高度关注，占全球石墨产量的10-15%。2012至2021年，有超过8,000项专利家族被申请，电池应用是全球石墨相关发明的一个主要驱动力。中国拥有最多的电池应用的石墨专利家族，其次是日本和韩国，这三个国家/地区贡献了全球90%以上的专利家族。
电池领域的创新主要由电池制造商或阳极供应商推动，他们积累了大量的专利组合，重点关注基于石墨阳极创新的电池性能改进。除了实体企业，学术界和研究机构，特别是中国的大学，一直是石墨阳极技术创新的重要来源。
由于近年来清洁能源行业的爆炸性市场增长，特别是电动汽车和大规模储能方面的储能需求快速增长，预计电池中对石墨的需求将进一步增加。越来越多的领先创新者正在为下一代电池技术探索创新的石墨阳极，以及具有更大能量密度和更好性能的替代阳极解决方案。
05 聚合物和陶瓷应用是石墨技术创新的热点话题
2012至2021年，石墨在聚合物中的应用是一个创新热点话题，全球有超过8,000项专利家族被申请。但是，近年来该领域的专利申请量有所下降，包括中国、日本和美国的专利申请人。大量的专利申请之后出现的下降趋势表明，该领域是一个具有大量技术积累的探索领域。总体而言，用于聚合物复合材料的石墨发明具有很强的商业驱动力，每五个相关专利系列中就有四个是由商业实体申请的。
将石墨用于制造陶瓷是石墨应用的另一个深入研究的领域，仅在过去十年就有超过6,000项专利家族被注册。其中，用于耐火材料的石墨是全球创新的重点。在中国，耐火材料的专利申请占与陶瓷有关的石墨专利家族的三分之一以上，在世界其他地区约占五分之一。其他重要的石墨应用包括高价值的陶瓷材料，如从电气和电子、航空航天和精密工程到军事和核应用各个特定行业的碳化物。
06 石墨用于碳刷的应用已达到饱和点
碳刷领域是一个长期探索的石墨应用领域，被认为是一个成熟的领域。在过去十年中，这一领域的发明很少，2012至2021年，申请的专利家族不到300项，源自中国（贡献最大的国家）的大多数专利家族是在早年申请的（图2）。此外，用于碳刷的石墨从世界其他地方获得的关注也很小，在过去十年中只有零星的专利申请。2012至2021年，来自世界其他地区的专利家族的总数量远远低于1992至2001年和2002至2011年的申请（图3），这表明碳刷技术已经进入技术周期的最后阶段。
07 石墨用于生物医学、传感器和导电油墨的应用正在兴起
生物医学、传感器和导电油墨是石墨的新兴应用领域，吸引了学术界和商业实体的兴趣，包括著名大学和跨国公司。通常情况下，对于一个新兴的技术领域，相关的专利家族是由不同的组织提交申请，没有任何参与者占据主导地位。
因此，排名靠前的申请人拥有发明的数量很少，而不像在充分探索的领域，他们会有强大的技术积累和大量的专利组合。这三个新兴领域的创新重点是高度分散的，对同一个申请人来说也可能是多样化的。最近的发明被认为是利用了石墨纳米材料的发展，特别是石墨纳米复合材料和石墨烯。
赵颖会 编译
来源：https://www.wipo.int/publications/en/details.jsp?id=4649&plang=EN
https://www.wipo.int/edocs/pubdocs/en/wipo-pub-1083-en-patent-landscape-report-graphite-and-its-applications.pdf
原文标题：Patent Landscape Report - Graphite And Its Applications
检索日期：2023年4月23日
文章来源：中科院知识产权信息（微信订阅号：casipr）
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