2019年全球及中国石墨烯行业技术专利分析 中国专利申请最为活跃、企业成为助力军

石墨烯在强度、光学、电学等方面的超优异性能并未在产品中体现,“杀手润”级、颠覆性的石墨烯应用技术和产品尚未出现。因此,石墨烯在应用领域的技术研究仍有很长的路要走。

全球各国不断加大石墨烯研发投入

石墨烯,因其拥有独特的物理性能而被广泛关注。它是目前世界上已知最薄、最坚硬、导电性和导热性最好的材料,“多才多艺”的性质使得石墨烯有着广阔的应用前景,可以运用在计算机芯片上,大幅度提高计算速度。

用石墨烯作为导电添加剂,可以显著提高锂电池的充电速度和综合性能。所以人们称它为会改变世界的材料。世界各国已纷纷将石墨烯的研究列为国家战略层面的布局,不断加大石墨烯的研发投入。

1、中国为石墨烯专利申请最活跃国家

美国切萨布鲁夫(Chesbrough)提出技术生命周期理论(TLC),任何一种技术的演进都经历了从创意产生到成熟至淘汰的不同发展阶段,即所谓的萌芽期、成长期、成熟期和衰退期四个阶段。从相关专利申请数量来看,石墨烯相关专利申请在2009年之前维持平稳,2009年之后呈现指数级增长,每年都有大量新专利应运而生。

2019年全球及中国石墨烯行业技术专利分析 中国专利申请最为活跃、企业成为助力军

根据中国科学院宁波材料技术与工程研究所以及浙江省石墨烯制造业创新中心发布的《2019全球石墨烯专利技术分析报告》数据显示,在Incopat原始数据库中共检索到92906件石墨烯相关专利(族)。石墨烯相关专利申请最早出现在2004年,快速增长开始于2010年,近2年,石墨烯专利申请数量增速开始放缓。截止2019年8月,2019年全球石墨烯专利申请共3257件。

图表2:2004-2019年全球石墨烯专利申请数量变化趋势图(单位:件)

注:专利从申请到公开,到数据库收录,会有一定时间延迟,图中近2年数据会小于实际数据。

如下图所示,2019年,中国已经成为全球石墨烯专利的主要贡献者和申请最为活跃的国家,中国申请人申请的专利总量占全球的71.61%,远高于其后的美国(9.21%)和韩国(9.07%),并且申请活跃度(2016—2018年申请量占申请总量比例)也远高于其他国家。其中,通过PCT途径申请专利的活跃度非常高,这说明,近几年石墨烯技术领域的申请人已纷纷加强在全球的专利申请和布局。

图表3:2019年主要国家/地区石墨烯技术专利申请活跃度分析(单位:件,%)

对石墨烯技术专利文献的最早优先权国进行统计分析后发现,在所有技术原创国中中国居于首位,来源于中国的专利数量大幅领先于随后其他各国家/地区,占据了66.57%的份额;韩国、美国、日本紧随其后,也是石墨烯技术的主要技术原创国。但是,来自韩国、美国和日本等的专利数量与中国相比存在很大差距。

图表4:全球石墨烯技术专利最早优先权专利国家/地区数量(单位:件)图表5:全球石墨烯技术专利最早优先权专利国家/地区分布(单位:%)

目前全球发明和实用新型专利普遍采用国际专利分类(International Patent Classification,IPC)对其进行标识。同一专利可能具有若干个分类号时,其中第一个称为主分类号,主分类号最能充分代表发明信息。据统计,全球石墨烯专利技术主要集中在C部(化学、冶金)和H部(电学),其他部也有一定的专利申请量。

图表6:石墨烯专利技术总体研发布局(单位:%)

2、与发达国家相比中国石墨烯研发存在“多而不优”问题

《新华(常州)全球石墨烯指数报告(2019)》指出,经济产出和学术产出是表征竞争绩效评价的两个重要方面。分析结果显示,位居绩效评价前三位的分别是美国、澳大利亚和中国。美国凭借其在企业表现、论文影响力和专利布局等方面的突出表现,位居首位。澳大利亚拥有高水平的论文质量,学术影响力明显。中国石墨烯技术专利应用最广泛。

近五年,中国在石墨烯领域具有较高的学术影响力,但在石墨烯相关论文的平均被引次数方面,新加坡、澳大利亚、美国、德国处于领先地位。在石墨烯高被引论文占比方面,同样是新加坡、澳大利亚、美国、德国等国家占据主导地位,尤其是美国在企业表现、论文影响力和专利布局等方面都有不俗的表现。

从研发活动产出看,中国在论文引用率、国际发明专利等方面与发达国家相比还存在大而不强、多而不优等问题,行业认可度、成果影响力以及研发投入效率有待进一步提升。中国石墨烯产业生态尚需由“量”到“质”逐渐转变。

图表7:石墨烯技术研究绩效评价前三国

《新华(常州)全球石墨烯指数报告(2019)》指出,中国的专利申请总数、企业申请专利数量、科学论文发表总数、高被引论文数量等各项指标均大幅领先其他国家,中国石墨烯正处于蓄势待发的“技术增长期”。

数据显示,2014年至2018年,中国石墨烯科学论文的数量和年均增长率均位居全球首位,2018年达到37283篇。其中,高被引论文数量为2549篇,遥遥领于其他样本国家,体现了科研机构和科研工作者在石墨烯领域较高的研究参与度。2014-2018年,中国的专利数量始终位居全球首位。

在Incopat中国发明申请数据库中,共检索到中国国家知识产权局受理的69645件石墨烯相关专利(族),其中发明专利60439件,实用新型专利9061件,外观设计专利145件。我国的石墨烯相关专利申请始于2004年,至2010年后开始增长迅速,近2年依然保持快速增长态势,但增长速度有所放缓。

图表8:2004-2019年我国受理的石墨烯专利申请数量年度变化趋势(单位:件)

在中国申请的石墨烯相关专利中,我国申请人共申请66524件,占比95.52%,国外申请人申请3121件,占比4.48%。美国是在中国申请石墨烯相关专利数量最多的国家,共申请专利1047件,占比1.5%。可见,中国受理的石墨烯相关专利绝大多数来自于我国本土申请人。

图表9:石墨烯中国发明专利申请来源国家/地区构成(单位:%)

3、中国企业为石墨烯专利申请助力军

从下图可以看出,随着石墨烯技术向产业化方向的发展,企业和个人的专利申请数量已占到48.0%和9.2%,其中企业已成为我国石墨烯专利申请的主力军。此外,作为国内科研力量的主要聚集地,中国科学院和高校一直是国内石墨烯专利申请的中流砥柱。虽然中国科学院申请人数仅占0.8%,但是其专利申请数量却占到8.4%,高校申请人数量仅占6.2%,但其专利申请数量却占到33.7%。

图表10:中国石墨烯主要研究机构专利申请数量占比情况(单位:%)

注:内环为专利申请数量占比情况,外环为专利人数量占比情况。

根据专利申请人性质的不同,将专利申请人分为:企业、高校、科研机构、个人和其他。在2006-2013年期间,高校申请人的石墨烯专利申请量一直高于其他类型申请人,这段时间内高校是国内石墨烯专利申请的主力军。从2014年开始,企业成为国内石墨烯专利年申请量最多的申请人,并于2016年起其申请量达到年度申请总量的半数以上。

图表11:2006-2018石墨烯中国申请人类型构成及申请量年度变化(单位:人,件)

在SooPAT专利网站输入“石墨烯”关键字搜索数据来看,专利申请数量排名前三的均为高校。我国石墨烯专利数申请人排名第一位为浙江大学,共拥有专利数870项,占比为0.94%;清华大学排名第二,共拥有专利数694项,占比0.75%;排名第三为哈尔滨工业大学,共拥有专利数618项,占比为0.66%。

图表12:2019年中国石墨烯申请人排行榜(单位:件,%)

在SooPAT专利网站输入“石墨烯”关键字搜索数据来看,目前我国石墨烯专利外观设计分类中,服装及相关饰品相关的专利技术较多,合计占比达到了24.25%,而供暖设备相关专利亦较多,占比为10.64%;用于包扎伤口、护理和医疗的材料相关专利占比为4.68%。

图表13:2019中国石墨烯专利按外观设计分类排行(单位:件,%)

4、中国自然科学基金会累计资助石墨烯项目21.76亿元

从石墨烯刚刚成为科研界新星时起,中国各大科研机构就已经紧跟前沿科学的脚步,涉足石墨烯研究了。清华大学、中国科技大学、中科院北京物理所、中科院沈阳金属所、中科院宁波材料所、中科院山西煤化所等众多高校、研究所纷纷成立相关研究组,投入大量经费,引进众多海归人才,加强石墨烯领域的研究和探索,并取得了很多成果。

2007-2020年1月,中国国家自然科学基金委员会(National Natural Science Foundation of China)对石墨烯项目累计资助经费达到21.76亿元。截至2020年1月,国家自然基金委员会已资助石墨烯相关研究5050项,其中重大项目12项共资助8050万元,重点项目37项共10106万元。国家科技重大专项、国家973计划也围绕“石墨烯宏量可控制备”、“石墨烯基电路制造设备、工艺和材料创新”等方向部署了一批重大项目,取得了一批创新成果。

近年来,有关石墨烯的项目急剧增加。重点项目包括:金属富勒烯的形成机理研究、石墨炔的精确修饰、组装及电催化性能研究、碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌耐药机制与毒力因子及其进化研究、用南海沉积物中长链烯酮重建中新世大气二氧化碳浓度变化等。

图表14:2018-2020年1月国家自然基金委员会资助的有关石墨烯的重点项目清单(单位:万元)

目前石墨烯在应用领域仍存在众多问题。石墨烯应用主要是以“添加剂”形式对涂料、改性纤维、热管理器件等传统产品的性能进行改进,而现阶段石墨烯对这些传统材料的性能并没有“质”的提升。如“石墨烯”涂料防腐性能以及润滑剂的润滑效果受有大数量级的提高。

石墨烯在强度、光学、电学等方面的超优异性能并未在产品中体现,“杀手润”级、颠覆性的石墨烯应用技术和产品尚未出现。因此,石墨烯在应用领域的技术研究仍有很长的路要走。

更多数据及分析请参考于前瞻产业研究院《中国石墨烯行业深度市场调研与投资战略规划分析报告》,同时前瞻产业研究院提供产业大数据、产业规划、产业申报、产业园区规划、产业招商引资等解决方案。

本文来自前瞻产业研究院,本文观点不代表石墨烯网立场,转载请联系原作者。

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