2018年中国石墨烯专利应用领域分析

       从全球范围来看，石墨烯相关专利技术从2010年开始爆发式增长，石墨烯技术从成长期逐渐向成熟期过渡。近些年来，石墨烯专利技术的研究热点主要包括石墨烯原材料制备，石墨烯在储能电池、复合材料、传感器、膜分离、透明导电薄膜、触摸屏、集成电路、光纤、通讯等领域的应用。

       我国是石墨烯技术领域专利申请量最多的国家。本文对石墨烯在化工、储能、电子器件三个技术领域的相关专利进行了分析。

       应用型技术专利持续增长，集中于化工、储能、电子器件领域

       从图1可以看出，石墨烯应用技术专利申请数量呈现逐年增长的趋势，2010~2017年年复合增长率达到了81.3%。

图1 石墨烯应用技术专利年度变化

（来源：中科院宁波材料所，统计截至2018年8月29日）

       石墨烯应用技术专利类型构成可以看出（图2），石墨烯应用技术方面的专利申请共31431件，主要集中在储能(锂离子电池、超级电容器、太阳能、柔性储能等)、电子器件(显示屏和面板、传感器、集成电路、LED&OLED等)、水处理(催化降解、吸附过滤、海水淡化等)、气体处理(空气净化、气体分离等)、化工(橡胶塑料、纤维、涂料油墨、金属合金、无机材料等)、医疗(药物载体、DNA基因检测、荧光标记等)、检测、航空航天等。专利申请数量较高的有化工(14669件，占总申请量的46.7%)，储能(7610件，占总申请量的24.2%)，电子器件(5813件，占总申请量的18.5%)，水处理(1899件，占总申请量的6.0%)。

图2 石墨烯专利技术应用领域分类

（来源：中科院宁波材料所，统计截至2018年8月29日）

       热界面材料是企业在化工领域的石墨烯技术应用焦点

       从化工领域来看(见图3)，石墨烯方面的专利申请共14669件，主要集中在橡胶塑料、涂料油墨、金属合金、无机材料、热界面材料、纤维等领域。其中申请量较多的主要有橡胶塑料(专利申请量3576件，占总申请量的24.4%)，涂料油墨(专利申请量2883件，占总申请量的19.7%)，催化(专利申请量1188件，占总申请量的8.1%)，热界面材料(专利申请量878件，占总申请量的6.0%)，纤维(专利申请量740件，占总申请量的5.0%)。

       在纤维和热界面材料领域，基于石墨烯的相关应用技术正逐步深入。石墨烯应用于纤维领域主要起到导热、导电、增强增韧、抗菌、抗静电等作用。高校和企业均申请了大量相关专利。在高校中，东华大学拥有的专利申请量远高于其他高校，在企业中，圣泉集团、杭州高烯科技有限公司在所有企业中申请的专利数量最多。而在国外申请人中，阿克马法国公司、美国波音公司、美国塞拉尼斯醋酸纤维有限公司在中国也有相关专利申请，但数量较少。

图3 石墨烯化工专利类型构成

（来源：中科院宁波材料所，统计截至2018年8月29日）

       石墨烯应用于热界面材料领域主要起到导热散热作用，有效提高电子器件散热性能。相比于其他类型的申请人，企业在热界面材料方面申请的专利数量最为集中。在中国科学院各院所中，中国科学院宁波材料技术与工程研究所、中国科学院山西煤炭化学研究所拥有较多的相关专利申请。

       锂离子电池是科研院所在储能领域的石墨烯研发重点

       从储能领域来看(见图4)，石墨烯方面的专利申请共7610件，主要集中在锂离子电池、超级电容器、燃料电池、太阳能、硫基电池等领域，其中申请量较多的主要有锂离子电池(3077件，占总申请量的40.4%)，超级电容器(1331件，占总申请量的17.5%)，燃料电池(531件，占总申请量的7.0%)。

图4 石墨烯储能专利类型构成

（来源：中科院宁波材料所，统计截至2018年8月29日）

       石墨烯在锂离子电池方面的应用，主要利用石墨烯优良的导电性、能够缓解电极材料的体积膨胀等特点来提高动力电池的性能。石墨烯在锂离子电池的正极、负极、集流体、隔膜、导电添加剂等方面均有应用。高校、企业、中国科学院和国外申请人均申请了大量专利。在高校当中，浙江大学拥有的专利申请量远高于其他高校，中国科学院也申请了大量的石墨烯基锂离子电池专利，中科院宁波材料所专利申请量又领先于其他院所，在其中居于首位。此外，韩国LG集团、三星集团、日本株式会社半导体能源研究所在中国也布局了较多相关数量专利。

       从电子器件领域来看(见图5，石墨烯方面的专利申请共计5813件，主要集中在显示屏和面板、传感器、集成电路、LED&OLED等领域。其中占比较多有传感器(专利申请数量2096件，占总申请量的36.1%)，显示屏和面板(专利申请数量623件，占总申请量的10.7%)，集成电路(专利申请数量316件，占总申请量的5.4%)。

       京东方和TCL集团引领国内显示屏和面板领域的石墨烯应用研发

图5 石墨烯电子器件专利类型构成

（来源：中科院宁波材料所，统计截至2018年8月29日）

       在显示屏和面板领域，石墨烯常用于制备透明导电膜、电极、引线等，同时，石墨烯在柔性显示中也有大量应用。国内的京东方科技集团股份有限公司、TCL集团在该领域申请有大量专利，远远多于国内其他企业，而高校和科研院所在该领域拥有的专利申请量相比较少，此外，韩国的三星集团、LG集团在中国也申请了一定数量的相关专利。

       在传感器领域，石墨烯的应用涉及生物化学传感器、物理传感器、光电探测器等。该领域专利申请主要集中在高校和中国科学院。其中，济南大学的相关专利数量远高于其他申请人，中国科学院重庆绿色智能技术研究院掌握的专利申请量高于中国科学院其他院所。在企业中，鸿海科技、无锡百灵传感技术有限公司、上海集成电路研发中心有限公司、诺基亚公司拥有一定数量的专利申请。

       结论

       从专利申请情况来看，近些年石墨烯相关专利申请数量仍然保持高速增长态势，大量中国本土企业涌入石墨烯行业。企业不论从申请人数量还是申请的专利总量，都远远超过了大学和科研机构。在科研机构中，中科院宁波材料所和中国科学院重庆绿色智能技术研究院的专利申请数量仍处于前列。

       从研发领域来看，石墨烯技术研发的重心开始从原材料制备向应用技术和终端产品倾斜，尤其是与石墨烯终端产品相关的专利申请量涨幅明显。化工、储能和电子器件领域是采用石墨烯技术最多的三大应用技术领域。