基于专利分析的全球石墨烯技术和竞争态势研究

文章来源：新材料产业 文/杨青 王科 知识产权出版社有限责任公司

凭借优异的光学、电学和力学特性，石墨烯被称为21世纪最具颠覆性的“新材料之王”，石墨烯在推动传统产业改造升级、培育壮大新兴产业等方面都将发挥巨大的作用。本文以专利数据为基础，通过对全球技术发展趋势、全球申请人、专利布局区域、专利布局技术方向、中国地区技术创新实力、中国技术创新主体、中国创新人才（团队）等方面进行分析，从全面的视角明晰石墨烯领域的技术和竞争态势。

从数据分析的角度看，专利信息分析就是将专利文献本身所蕴含的技术、法律以及经济方面的情报，进行有效地收集、整理和分析，以达到指导企业技术研发，排挤竞争对手，建立竞争优势，从而实现商业价值最大化的目的。

一、石墨烯技术发展趋势

石墨烯是从石墨材料中剥离出来的二维碳材料，按照碳原子层数可分为单层石墨烯、多层石墨烯及石墨烯微片。石墨烯具备优异的电学、机械和光学等性能，包括中国在内的众多国家和地区的研究机构和企业已经积极投身石墨烯的制备和应用研究，石墨烯在电子信息、新能源、环保、涂料、医药等领域具有良好的应用前景，是未来最具潜力的先进材料之一，随着全球对石墨烯产业的持续投入，重点国家的石墨烯已步入产业化初级阶段。

2004年石墨烯首次从石墨中分离出来，2010年石墨烯发现者获得诺贝尔奖后为大家所熟知，发展至今也仅仅只有短短十几年的时间，而全球自2004年以来的专利申请总量已超过7万件，其中70.9%的专利申请分布在2014年以后。从专利申请趋势来看，石墨烯领域专利申请量自2008年以来呈现持续快速增长趋势，其后随着石墨烯发现者获得诺贝尔奖以及三星、IBM等众多公司和高校（研究机构）纷纷涉足石墨烯研究，对石墨烯的关注度和研发力度不断加大，2012年全球石墨烯领域的专利申请量达到6 445件，世界主要国家通过出台支持政策不断加大对石墨烯的创新支持力度，2016年石墨烯的全球专利申请量跃升至16 467件（详见图1所示）。

图1 全球石墨烯领域专利申请趋势研究

二、石墨烯专利布局区域

从全球石墨烯领域的专利布局区域来看，中国是全球第1大专利布局区域，2004年以来中国的专利申请量达到45 865件，占全球申请总量的60.2%，2010年以来中国石墨烯的专利申请保持快速增长、研发热度不断加大，2015年随着 《中国制造2025》行动纲领的公布，我国对石墨烯的扶持力度不断加强，近年来年度专利申请量远超过其他区域（详见图2所示）。

图2 全球石墨烯领域主要区域专利布局情况

美国在石墨烯领域的专利申请量居全球第2位，美国在国家自然科学基金和国防部高级研究计划署等支持、立项的石墨烯领域相关研究均给予资助，加强了在石墨烯产业化与应用上的推广和发展。

韩国在石墨烯领域的专利申请量居全球第3位，三星等韩国企业在石墨烯领域的研发力度较大，且产学研紧密合作，并取得了显著进展，未来发展前景不容小觑；同时，韩国通过世界知识产权组织（World Intellectual property organization，WIPO）和欧洲专利局（European Patent Office，EPO）提交的专利申请也比较多，一定程度上反映了韩国石墨烯领域申请人寻求全球多地区布局的意愿较强。

而从主要国家/地区在石墨烯产业链各环节的专利布局来看，应用技术领域是主要国家/地区专利布局的最重点产业链环节，其中美国在应用领域的专利布局比重达到73.1%，中国在应用领域的布局比例达70.4%，日本和韩国在应用领域的布局比例略低。

三、石墨烯专利布局技术方向

从中国石墨烯产业的专利布局重点方向来看，制备技术领域中，复合材料制备[1]技术领域布局量最多，其次是材料制备[2]技术领域，制备设备领域专利布局最少；应用技术领域中，储能器件和电子信息是重点专利布局方向，节能环保和涂料应用领域是次重点布局方向（详见图3所示）。

图3 全球石墨烯领域专利布局重点方向

从国外石墨烯产业的专利布局重点方向来看，制备技术领域中，材料制备技术领域布局量最多；应用技术领域中，电子信息是重点专利布局方向，专利布局量远超过其它应用方向，储能器件是次重点布局方向。

制备技术领域中，国内侧重复合材料制备技术领域而国外侧重发展材料制备领域；应用技术领域中，国内侧重发展电子信息和储能器件应用方向，而国外在电子信息领域的“发展倾斜”更为显著。

四、全球石墨烯专利申请人

从全球石墨烯的申请人排名来看，三星集团在石墨烯产业的全球专利申请量居首位，是石墨烯行业领跑者，其在产业链布局中逐步加强应用环节的专利布局，乐金(LG)、LEE, YOUN TEK（个人）、清华大学和IBM公司分列第2～5位，除清华大学外，中国申请人还有海洋王照明、浙江大学和京东方(BOE)进入全球前10榜单，成均馆大学与三星公司在石墨烯领域存在研发合作，也有比较多的专利申请，日本半导体能源研究所为日本在石墨烯领域专利申请量最多的申请人，此外韩国和中国大学表现突出，有多所大学进入前20榜单（详见图4所示）。

图4 全球石墨烯领域申请人排名TOP20

五、中国地区技术创新实力

在《中国制造2025》、《新材料产业发展指南》等宏观政策的引导下，中国各地也纷纷出台石墨烯产业规划和相关扶持政策来积极推动产业发展，石墨烯全产业链雏形初现，基本形成了从制备到下游应用的全产业链，在新能源、大健康、复合材料、节能环保等领域开始迈入产业化应用阶段，逐步形成长三角、珠三角和京津冀鲁3大聚集区域与多地分布式发展的产业格局，在常州、无锡、青岛、深圳等地形成了产业集群，国内先后建立起多个石墨烯产业创新基地。

从中国石墨烯专利的申请地区来看，江苏、广东和北京居省市排名前3位，其中江苏省和广东省的技术创新能力较突出，专利申请量占全国总量比例超过了10%，专利申请量超过2 000件的省市还包括安徽、浙江、上海和山东；城市排名中，深圳市、苏州市和南京市列前3位，此外江苏省有4个城市进入前10榜单，实力不容小觑（详见图5所示）。

图5 中国石墨烯领域省市&城市排名

六、中国技术创新主体

从中国石墨烯领域的申请人排名来看，高校和研究所是最重要的技术创新主体，其中清华大学和浙江大学的专利申请量最多，前20榜单中仅有3家企业，其中海洋王照明中国排名第3、企业排名第1，近期海洋王照明在石墨烯领域并未有持续的技术创新（详见表1所示）。总体来看，目前中国石墨烯领域技术创新能力突出的优势企业还不多，高校和研究所掌握着比较多的专利技术，中国石墨烯产业化还处于初期阶段，离真正的产业化尚有一定距离。

表1 中国石墨烯领域申请人排名TOP20

七、中国创新人才（团队）

表2 中国石墨烯领域申请人排名TOP20

专利发明人是技术创新人员的直接体现，中国石墨烯领域已经出现一批具备一定创新实力的技术创新人才，也已开始形成创新团队。从中国石墨烯产业重要技术创新主体的发明人来看，专利申请量大、技术创新能力强的创新人才（团队）主要集中在高校和研究所中，多为该高校和研究所在石墨烯领域的学术带头人，比较突出的代表性的创新团队包括清华大学的范守善/姜开利团队、浙江大学的高超/陈卫祥/马琳团队、中国科学院重庆绿色智能技术研究院的史浩飞/杜春雷团队等（详见表2所示）。其中清华大学的研发团队已经开始进行海外布局并已有一定的海外布局量，并且与富士康集团有比较多的技术合作。企业中较突出的创新人才比较少，其中重庆墨希科技有限公司是由重庆南江投资有限公司与中科院重庆绿色智能技术研究院共同投资成立的高科技企业，企业的核心发明人大多是中科院重庆绿色智能技术研究院的研发团队，具有大学教授和企业董事的“双重身份”。

八、相关建议

1.领先企业跟踪

行业领先者的技术发展方向往往引领着一个行业的发展，因此对行业领先者技术发展方向的研究，对了解产业未来的发展方向具有重要的指导作用，目前石墨烯领域内三星集团、乐金(LG)、IBM公司等企业的技术创新实力较突出，掌握着比较多的优势技术，尤其是对产业链有较强掌控力的三星集团，中国石墨烯产业内企业和新进入者有必要对这些行业领先者进行动态技术跟踪。

2.加强高端应用领域的研发和专利布局

随着制备技术的完善与成熟，石墨烯专利申请不断向下游应用拓展，并开拓出新的领域，技术实力雄厚的领先企业和科研机构在多个应用方向进行技术研发和专利布局，寻求重点突破，其中电子信息领域是中国和国外应用领域专利布局的重点，在国外专利布局中尤为突出，属于石墨烯的高端应用技术。中国各地在石墨烯产业的发展中，应充分结合本地区下游产业优势，加强在应用环节的研发和布局力度，引导下游大企业投入石墨烯下游应用产品的研发，有必要时启动石墨烯应用示范专项，不断推动石墨烯的产业化应用以及高端应用，打造产业链优势。

3.强化协同创新

目前从国际上来看，三星公司与众多科研院所开展技术合作，合作对象不仅包括成均馆大学、延世大学、韩国首尔大学等韩国大学，还包括麻省理工学院、加利福尼亚大学等美国大学；从国内来看，清华大学已与包括鸿海精密工业在内的众多企业开展广泛的产学研合作，华为技术公司也与包括浙江大学、剑桥大学、中国科学技术大学等在内的多家国内外高校开展技术合作。而从全球技术创新实力来看，高校和科研院所在石墨烯领域的技术实力较突出，是专利协同创新体系中的重要支撑，中国相关企业可借助国内和国际的科研力量开展石墨烯的合作研发，如国内的清华大学、浙江大学等以及韩国的成均馆大学、韩国科学技术院等在石墨烯领域已有一定的技术积累，且清华大学和成均馆大学与企业的协同创新也积累了一定的经验。

4.创新人才（团队）引进

目前中国石墨烯领域的创新人才（团队）多集中在高校和研究所中，针对高校和研究所的创新人才（团队）引进难度较大，建议采用外聘专家方式引进，并应签订相关协议，明确创新成果的知识产权归属；或可借鉴重庆墨希科技有限公司的模式，通过与高校和研究所的创新团队合作产业化项目来实现高端人才的引进。针对地区的人才引进，应逐步建立高端人才引进的知识产权评议机制，有必要时可开展海外领军人才（团队）引进工程，搭建高端人才落地的载体、汇聚石墨烯全球高端人才。

本文封面图来源于图虫创意