日常生活中所使用的電能依據儲能技術類型可分為化學能式(電池)、電氣式、機械式及熱能式，而所有的電子設備，小至藍牙耳機、手錶，大到電動車或發電站，都存在電池或電力儲能裝置。隨著電動車輛、固定儲能電池未來市場規模及商機的增長，電池和電力儲能的研發創新技術逐漸被重視，專利申請數量也因此逐年增加，如圖1。

圖1. 電力儲能的專利增長趨勢
(圖片來源：Innovation in batteries and electricity storage, A global analysis based on patent data | September 2020)

歐洲專利局(EPO)專利審查委員及國際能源總署(IEA)的能源專家，針對2000年至2018年間的全球電力儲能技術專利文獻，利用EPO的PATSTAT專利資料庫進行全文檢索與分析，並以國際專利家族(International Patent Families,IPFs)的形式呈現電力儲能創新的主要趨勢，結果顯示電力儲能的整體專利申請量的趨勢為逐年增加，自2000年起，全球企業在電力儲能領域專利總申請量已超過65,000 IPFs，且每年數量不斷攀升，從2005年1,513 IPFs成長到2018年超過7,000 IPFs，如圖2。

圖2. 電力儲能的專利申請狀況
(圖片來源：Innovation in batteries and electricity storage, A global analysis based on patent data | September 2020)

一、電化儲能之電池專利申請狀況分析

儲能技術專利量的增加，與電化學技術（即電池）的發展創新有很大的關聯，電池發明專利占電力儲能專利中近9成，遠遠超過電氣(9％)、熱能(5％)和機械(3％)3種能量儲存形式的創新。因此本文著重以電化學儲能（電池）的專利申請狀況進行說明。

電池技術主要分成：電池單元、電池模組、電池的熱管理以及其他技術，申請量主要以電池單元為大宗，雖然在2014至2017年間電池單元的申請成長量停滯，但在2018年IPFs數增加17.5％，如圖3。

圖3. 電化學儲能(電池)相關技術的專利申請狀況
(圖片來源：Innovation in batteries and electricity storage, A global analysis based on patent data | September 2020)

電池單元主要也可分成：鋰電池、其他電化學材料、電池製程及電池工程。自2005年以後，鋰電池已在可攜式電子設備和電動車中具主導地位，並具有大量專利申請。至2018年，與電池有關的專利申請案中，鋰電池的改良占比45％，而其他化學電池僅占比7.3％。

與電池模組技術相關的專利申請案從2003年的不到100 IPFs增加到2018年的1,000 IPFs以上。近10年，電池模組的專利申請趨勢也漸漸轉往汽車產業發展，且電動汽車電池組的改良已對固定儲能設備(包括電網管理)，產生正向的溢出效應(spillover effects)。

2010至2013年，與鋰電池中電極材料相關的IPFs數量迅速增長(由355增加至900)；直到2018年，約有40％的鋰電池技術與電極材料的創新有關。目前常見的電極正極材料為鈷酸鋰(LCO)、錳酸鋰(LMO)、鎳鈷錳酸鋰(NMC)、磷酸鐵鋰(LFP)及鎳鈷鋁酸鋰(NCA)，其中NCA及NMC又被稱為「三元材料鋰電池」。2005年，LCO材料的專利申請量是NMC材料的兩倍，但在2011年NMC的專利申請量已超過LCO材料；2009年至2018年間NMC專利申請量增加400％。目前NMC材料被認為最有潛力被應用於電動車領域，且研究人員正在繼續研究降低鈷含量的方法，以降低整體成本和毒性。近年來，NCA材質也被視為一種具有潛力的電池材料，可當作電動車的電池。

二、主要專利申請人分析

亞洲企業在全球電池技術相關專利申請狀況獨占鰲頭，其中又以日本及南韓企業較為領先。亞洲企業在全球前10位電池相關專利申請人中，便占9家；在前25位申請人中亞洲囊括三分之二，其中6家是歐洲企業，2家來自美國。前5大專利申請人分別為：韓國三星、日本松下電器、韓國LG、日本豐田汽車和德國博世，而臺灣富士康公司在電池專利的申請量排名為全球第15名，如圖4。

圖4.前25大(Top 25)專利申請人
(圖片來源：Innovation in batteries and electricity storage, A global analysis based on patent data | September 2020)

此外由專利申請人趨勢中發現，電池技術領域的專業化概況的多樣性，不僅在不同公司之間，公司與大學之間以及公司與公共研究組織之間的研發合作也都有出現。儘管出現多元化的趨勢，但電池技術的創新仍主要集中在少數大公司中(約占80％)，其餘比率分散於中小企業、學術單位之間。學術單位中，以法國核能所(CEA)擁有358 IPFs，最為大宗，其次是4個亞洲的研究組織，分別為中國大陸清華大學(141 IPFs)、臺灣工業技術研究院(125 IPFs)以及韓國科學技術學院(102 IPFs)和日本國立技術學院(93 IPFs)。

三、主要發明人國籍分布

根據電池技術相關的IPFs背後的發明人地理淵源，可確定全球頂級創新中心及其技術專長的地域性概況。電力儲能相關技術的專利發明人國籍，日本在電池以及電氣儲能部分大幅領先其他各國，其中電池占總IPFs數的40.9％、電氣儲能為47.1％，其明顯超過該領域第2與第3大的總和。韓國及美國分別為電池及電氣儲能技術領域的第2大，歐洲則為第3大。歐洲的發明人雖然在電池以及電氣儲能技術中表現不如日本、韓國，然而在機械儲能以及熱能儲能的專利申請量分別為42.6％以及29.2％。至於中國大陸的發明人在4種型態的儲能專利申請量較少，分別落於3.9~6.9％之間。

2014至2018年間，各國家相對於其他國家而言在電池技術創新方面的專業化程度，可藉由相對技術優勢(RTA)指標來觀察，其中韓國及日本的RTA數值分別為2.2及1.7，即表示韓國與日本相當重視電池技術創新的發展，並具有很強的專業性。反而美國與中國大陸對於各種創新研究，相對不重視電池技術創新。德國的電池技術創新專業性是歐洲地區的領先者，且2014至2018年的RTA接近1，高於2000至2013年的0.7，如圖5。

圖5. 電化學儲能(電池)相關技術的RTA指數
(圖片來源：Innovation in batteries and electricity storage, A global analysis based on patent data | September 2020)

四、結論
電力儲能技術對於滿足電動運輸科技的需求，以及實現以達成可再生能源轉變，均相當重要。電力儲能創新快速且持續增長，顯示技術開發人員和企業正在應對能源轉型的挑戰。專利分析數據雖顯示日本、韓國在這項策略產業上居領先地位，但美國和歐洲憑著豐富的創新生態，及包括大量中小企業及研究機構，未來實力不容小覷。至於，我國的企業公司(鴻海集團的富士康事業)及學術單位(工業技術研究院)，在這場儲能技術創新競賽中亦占有一席之位。

此外，除鋰電池技術外，其他儲能技術諸如超級電容器及氧化還原液流電池等也正迅速崛起，以補足儲能技術中的安全性、穩定性等弱點。

相關連結

1. EPO-IEA study: rapid rise in battery innovation playing key role in clean energy transition，發布日期2020年9月22日
2. 固態鋰電池專利申請狀況分析，2019年05月16日08:30 來源：中國知識產權報
3. Innovation in batteries and electricity storage, A global analysis based on patent data | September 2020
4. 產業專利分析報告.第61冊，先進儲能材料，知識產權出版社，2018，ISBN 978-7-5130-5476-8
5. 產業專利分析報告.第23冊，電池，知識產權出版社，2014，ISBN 978-7-5130-2637-6
6. 鋰電池技術之專利分析。（PSC財團法人專利檢索中心，2016年2月）

• 發布日期 : 110-09-05
• 更新日期 : 110-08-27
• 發布單位 : 國際及法律事務室
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