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锂電專利的戰爭
2020-02-12 | 编辑: | 【 】| | 供稿部门:规划战略与信息中心
    

  源于科技的進步,人類在20世紀創造的財富超越了之前2000年之總和。科技,是推動這個星球文明進步和經濟發展的決定性力量。過去百年,誕生的科技發明創造璨若星河,其中有兩項被公認爲對人類曆史影響至爲深遠,其一是晶體管,沒有晶體管就沒有計算機;其二就是锂離子二次充電電池,沒有這兩項發明,這個世界將無法想象。

  每年,锂電池被應用在新制造出來的數以十億計的手機、筆記本電腦等3C電子産品,還有數以百萬計的新能源汽車和這個地球上所有需要用電充電和便攜設備上,並且隨著數量更多的移動設備被創造出來,以及新能源汽車革命浪潮的到來,上面的數字將至少還要再突破一個數量級。

  僅僅是锂電電芯的生産制造行業,全球就已經突破2000億的産值。相信破萬億亦指日可待。

  巨大的商業利潤像是黑洞,吸引來一切之後再將其扭曲。在這個技術門檻極高的锂電行業裏,誰擁有了以代表核心技術的專利,就意味著擁有了統治整個行業的權杖。于是,圍繞著專利,英、德、美、加、日、中這些全球最重要的國家,和這個世界上多位最著名的科學家,多個頂級大學和研究機構,石油大亨、化工巨頭、車企集團、科技公司和資本財團展開了激烈的糾纏混戰。

  中國制造了全球一半以上的锂電池。在這裏,成百上千家大大小小的锂電公司一起享用著這桌盛宴,而罔顧核心技術缺失的尴尬和隱患,以及國內缺乏對知識産權的最基本認知,而導致這個行業中幾乎99%的企業沒有一絲專利保護的概念。走過野蠻生長的莽荒時代,當大潮退去優勝劣汰的殘酷法則開始發揮作用的時候,這個行業中大多數沒有核心技術,又免費使用別家專利多年的中國企業,是否會猛然發覺爲時晚矣?

  于是我們看到,一幕幕交纏著國家意志和公司利益,錯節著良知光輝與人性暗淡,充斥著商業間諜加學術詐騙的專利戰爭,自從锂電從一間狹小的實驗室誕生那天起到今天,重複上演。

  

  1973年10月,阿拉伯世界國家和以色列之間爆發了第四次中東戰爭,以美國爲首的西方國家選擇力挺以色列,招致石油輸出國組織(OPEC)采取暫停石油出口的懲罰性措施,終于導致了對後世影響深遠的第一次石油危機的爆發。國際原油價格就從每桶不到3美元一路暴漲到超過13美元,當年就翻了兩番,力度空前。這場持續三年的石油危機讓歐美國家的經濟遭到重創,直接觸發了二戰之後全球最嚴重的經濟危機。所有發達國家的經濟增長都明顯放慢,英、美、德、日等國家的經濟增長率甚至跌成了負數。

  蝴蝶翅膀的煽動,開始發揮作用。這次石油危機不僅成就了以豐田爲首的日系車在全球範圍內的崛起,也爲今天電動汽車時代的真正降臨埋下了種子。

  爲了能夠抵禦OPEC時不時就要拿起來揮舞一番的石油武器,西方國家希望重構出一套全新的能源解決方案:從研發新一代的二次充電電池開始。在世界上第一塊電池被發明出來一百年後,這個行業終于將要迎來劇烈變革的曙光。

  其实,充电电池很早就被发明出来并广泛应用。比如早在1859年法国人加斯顿·普兰特(Gaston Planté )就发明了铅酸电池,1899年瑞典人沃尔德马·尤格尔(Waldmar Jungner )也发明了镉镍电池。1890年,在经历了上万次失败的试验之后,可充电的镍铁电池被大发明家爱迪生制造了出来,但在风靡了半个世纪之后,由于成本、功率密度及低温性能等方面的差距而被铅酸电池和镉镍电池挤出了市场。

  但即使是鉛酸和镉鎳電池都存在著致命缺點,容量小、能量密度低、循環壽命短、不支持大電流放電,因體積龐大而不能應用到小型電動産品上,更要命的是廢棄的鉛、镉和硫酸,都會對環境産生巨大的汙染。

  若要讓作爲耗油大戶的汽車擺脫石油,一塊合適電池是基礎條件。

  沒有想到的是,美國的福特公司最先做了嘗試。

  那是在1966年,福特做出了一項令世人瞠目轟動一時的舉動,這家因流水線生産而聞名並且把燃油車成功推廣到千家萬戶的汽車巨頭,居然將目光瞄向了電動汽車,甚至還發明了鈉硫電池——由液態的多硫化鈉正極和液態的金屬鈉負極以及固體電解質組成的一款全新化學體系的電池。

  理論上有著鈉硫電池超出鉛酸電池十幾倍的能量密度以及極高的充電倍率,這給了福特推廣電動汽車以極大的信心:搭載鉛酸電池的電動車最多能跑64公裏(40英裏),而換成鈉硫電池後就可以輕輕松松跑上320公裏(200英裏),然後充電一小時,還可以繼續再開320公裏!

  即使是在半個多世紀之後的今天,能夠達到如此性能的電動汽車依舊會讓大多數人流口水吧。

  但福特的電動汽車夢終究還是變成了一紙黃粱,是因爲鈉硫電池的固體電解質的工作溫度區間必須保持在300~350攝氏度,結合當時的技術水平就知道了,如此之高的溫度下隔膜根本就承受不了,並且鈉的熔點是98度,一遇到空氣就會燃燒實際上,直到20年後鈉硫電池才開始真正的商業化應用,並且是在儲能領域。

  但電動汽車在六十年代的昙花一現以及隨之而來的石油危機不是完全沒有意義,相反其影響深遠。自此之後,無論是大西洋還是太平洋兩岸,無論是各國政府、企業巨頭還是研究機構,以及廣大的物理學家、材料學家和化學家們,都開始以極大熱情去探索一個全新的未知領域:一塊更好的充電電池。

  由此,锂——這個星球上已知的質量最輕、元素周期表中排名最靠前的金屬元素,在被發現(1817年被發現並命名爲Li)一百多年之後,開始從未有過的變得與人類親密起來。

  電池行業將迎來一場顛覆性的變革,人類也自此進入到一個全新的時代。

  

  1968年,27岁的英国人斯坦利·惠廷汉姆(Stanley Whittingham)来到美国,至今就再未离开过。在斯坦福大学做了三年的固态电化学博士后研究员之后,他被埃克森公司(Exxon )招致麾下,开始了“锂电池之父”的职业生涯。

  此時,埃克森公司剛剛在新澤西州的林登組建了一家新的研究實驗室,一大批物理和化學界的頂級人才被招攬進來,爲的是研發下一代的電池技術。因爲這家當時全世界最大的石油巨頭判斷,石油資源將會在不遠的將來枯竭,必須早做打算。

  同樣有著先見之明的還有貝爾實驗室,一家因發明了晶體管而揚名天下的頂級科技研發機構。就是前後腳的功夫,貝爾實驗室也成立了一個同樣由斯坦福大學的化學家和物理學家組成的研究小組,在下一代電池的研發上,和埃克森展開了分秒必爭的競爭。

  埃克森對實驗室的研究人員說可以提供他們需要一切,只要是用于研究的,“錢不是問題”。

  土豪终于迎来回报,在经历了五年时间极为保密的研究之后,惠廷汉姆和他的团队终于制成了世界上第一块可充电的锂离子电池。他们创造性地采用硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料,通过锂离子在电池正、负极之间穿梭往来形成电流。充电时,锂离子从正极移动到负极,放电则回到正极,如此往复循毁E

  锂離子電池具有重量輕、容量大、無記憶效應等優點,同時又摒棄了之前的充電電池幾乎所有的缺點,毫不誇張地說是一次質的飛躍。锂電池輕小的體積和質量爲之後更小更便捷的可移動設備創造了誕生的基礎,就連惠廷漢姆當時都不會想到,他創造出來的這枚和硬幣一樣大小的電池和將會給人類帶來何等巨大的改變。

  1976年,埃克森申請了世界上第一個锂電池的發明專利,但卻沒有從中受益,因爲這家公司沒有爲這項偉大的發明找到任何産業化的價值。由于正極材料使用硫化钛的電化學屬性極不穩定,導致電池在充電過程中非常容易起火爆炸,並且在反複充放電的過程中,電池內部材料會分解破碎,衰減極快

  不过这并不影响惠廷汉姆由此获得极高的声誉,并就此奠定在圈内的江湖地位。在惠廷汉姆英年得志的时候,故事的大主角约翰·班尼斯特·古迪纳夫(John Bannister Goodenough)先生已经54岁了,这位30岁才毕业的物理学博士被前辈评判为不会在学界有什么前途了。

  在天才輩出的科技圈,曆來都是要講天賦的。伽利略17歲發現鍾擺原理;牛頓20歲創立微積分,24歲提出萬有引力定律;提出相對論那年愛因斯坦才26歲;創立並完善量子理論的時候,海森堡和費米24歲、泡利25歲、狄拉克25歲、薛定谔是最大器晚成的,那年36歲。

  1976年,在麻省理工的林肯實驗室做了若幹年不算太得志的研究員之後,古迪納夫抓住一個機會去到英國,在牛津大學的無機化學實驗室擔任主任。這位只修過兩門化學課程的物理學博士,沒有想到他事業真正的開端會是在這裏,更沒想到的是會是在電化學領域。

  

  惠廷漢姆的發明讓業界振奮,但充電燃燒和內部粉碎又極大地困擾著他們。古迪納夫是這其中的一員,但他的思維卻超越了同行們的思維框架。

  古迪納夫推斷,惠廷漢姆采用了硫化钛作爲儲存锂離子的正極材料,但充電時锂離子會一直朝著負極方向轉移,當離開正極的锂離子達到一定數量之時,硫化钛正極材料會因爲被掏空而自我坍塌,那麽解決問題的關鍵就是尋找一種更加堅固的物質來取代硫化钛了。

  古迪納夫將目標鎖定在了金屬氧化物(大方向正確是多麽的重要!)他和兩名博士後助手系統性地圍繞著元素周期表進行探索,解析不同的金屬元素和氧元素的結合來查明在什麽電位下锂離子可以從這些氧化物中脫出,並且一點一點地摸索出在它們崩潰前能從其中抽出多少锂離子。

  直到1980年,也就是四年之後,古迪納夫終于確定了最佳材料是钴,一種遍布非洲中南部的銀白色金屬。钴和锂的氧化物可以在4伏的電壓下支持半數的锂離子脫出而不坍塌,這對于充電電池來說,足夠了。

  用于可充電锂離子電池正極的钴酸锂,其性能遠遠優于當時的任何材料,使用钴酸锂做正極材料的電池,是市場上任何同類電池載電量的幾倍,由此人類的電池技術終于向前邁出了實質性的一大步。如何評價古迪納夫的曆史性貢獻呢?看看你的手機,還有此刻正在使用的筆記本電腦,以及你手邊有的又沒有的一切你能想到的便攜式設備,爲它們提供動力的全部都是钴酸锂電池當年特斯拉的第一款汽車産品Roadster,用的也是钴酸锂。

  今天,钴酸锂電池几乎出现在这个世界上几乎所有的移动产品里面,但是无论是牛津还是古迪纳夫,却都没有从中赚得一分钱。原因是对于这项日后注定要改变世界的发明,牛津大學居然一點都不感冒。古迪納夫向牛津大學進行專利申報的時候,後者認爲這只是一項沒有多大市場應用前景的簡單科研成果,甚至拒絕爲其申請專利!

  而古迪納夫也一向對商業提不起一絲興趣,但他又感覺將這項成果應該會對産業有所用處,扔在實驗室裏落灰有點可惜,于是就以極低的價格將這項技術的版權轉售給了英國原子能科學研究中心,一家歸屬于英國原子能管理局的政府實驗室。

  如果没有钴酸锂会怎样?举个最简单不过的例子,还记得上个世纪80年代中国第一批土豪手里握着的大哥大吧,那像一块板砖一样的手机为什么会那么大那么重?就是因为没有用到钴酸锂。为什么在80年代钴酸锂電池没有被迅速地产业化,这是因为还有一个亟待解决的问题:电池负极。

  當時锂電池的負極材料使用的還是锂金屬,用锂金屬作負極的電池可以提供相當高的能量密度。但是這種锂電池又存在著很大的問題,一來金屬锂會和有機電解液發生反應,使負極材料逐漸粉末化直至最終失去活性,二來電池在充放電過程中內部會生長出锂枝晶,從而有可能刺穿隔膜導致電池發生短路甚至燃燒爆炸

  在钴酸锂誕生之後的十年之間裏,锂離子電池發展進程異常緩慢最主要原因就是沒有找到合適的負極材料。有研究人員試圖通過使用锂和其它金屬的合金或者化合物來代替金屬锂,但是發現在充放電循環中锂合金會發生體積變化導致電池容量很快衰減。

  問題非常棘手,日本人,該你們上場了。

  日本的電子電器業巨頭索尼公司同樣對電池技術保持著極大的興趣,從80年代就開始著手研發布局,並密切關注全球動態。沒有資料顯示索尼是何時從何人手中拿到钴酸锂這項技術的,但可以確定的是這項被英國人束之高閣的技術在日本人那裏卻如同至寶。

  這一頁將被寫進曆史:1991年索尼發布了人類曆史上第一個商用锂離子電池,這家公司把幾節钴酸锂18650圓柱形锂電池裝進最新款的CCD-TR1攝像機裏的時候,整個世界的消費類電子産品的面貌從此將被徹底改寫。

  做出了决定性贡献的是吉野彰(Akira Yoshino),他开创性地用碳(石墨)代替金属锂作为锂电池的负极,结合钴酸锂正极,从根本上改善了锂电池的容量、循环寿命,以及降低了成本,为锂电池的成功产业化助推了最后一把力。

  題外話,80年代末和索尼就锂電池商業化展開激烈競爭的是另一家日本化學和材料巨頭旭化成公司,只可惜晚了一步。但在1992年,旭化成和東芝成立了合資公司,開辟了锂電池業務。

  1999年,在東莞新科磁電廠當到工程總監的曾毓群辭職創業,建立了一家叫做新能源科技有限公司(AmperexTechnologyLimited,ATL)的電池公司,ATL最初的技術來源正是前面提到的貝爾實驗室。在和埃克森競爭失利之後,這個大佬貌似已經在锂電江湖裏沈寂許久了。但你若要就此小瞧這家被稱爲諾貝爾獎得主搖籃的科研機構,就大錯特錯了。

  在索尼推出锂離子電池之後,貝爾實驗室成功拿下了聚合物锂電池的專利。聚合物電池跟其他锂電池的正負極材料以及工作機理相同,最重要的區別就在其電解液是凝膠狀固態而非液態的。電解液變成固態之後最大的好處就是锂電池可以做到更輕更薄。而爲了繞開索尼公司的圓柱形專利,貝爾實驗室還發明了軟包這種封裝形式

  對于這項專利,貝爾實驗室采取來者不拒廣撒網的策略,在全球範圍內向包括ATL在內的二十多家公司出售了專利:先交一筆授權費,之後買賣出一塊電池再從銷售額中抽成。

  但是貝爾實驗室沒有說這種軟包聚合物電池存在一個巨大的問題,就是一充電就鼓包脹氣。最後就連貝爾實驗室都說,這個是材料的本質問題,無解。

  接下來的故事大家都知道了,曾毓群通過改進電解液配方把問題解決了,ATL也成爲獲得專利授權的20多家公司中唯一成功量産的一家。之後就是大風起兮雲飛揚,手機開始普及,ATL開始順風順水,先是在2004年拿下蘋果MP3的電池訂單,從2007年第一代iPhone發布起,ATL至今都是蘋果的電池供應商。

  以手機和筆記本電腦爲代表的數碼産品時代,正式到來。

  題外話,到今天,ATL是占到一半市場份額的全球最大的聚合物锂電池供應商。雖然之後被日資收購,但我們不能抹滅這家公司在锂電池實現國産化的曆史進程中起到的關鍵性作用。打個比方,ATL已然是中國本土锂電行業的黃埔軍校。

  

  曆史的車輪繼續轉動。

  钴酸锂電池虽然有着诸多优势,但随着大规模的应用,其缺点也开始暴露出来:首先就是成本高,因为钴毕竟是一种价格昂贵的小金属;其次是抗过充和循环性能差;最后就是废弃污染严重。

  所以在发明了钴酸锂之后,为了找到一种比钴便宜的替代金属,同时寻找一个更利于锂离子高效运动的结构。古迪纳夫和他的学生迈克·萨克雷(Mike Thackeray)紧接着又开始了对一种比钴酸锂更好的正极材料的寻找。

  钴酸锂正極材料中的原子是凸一層層堆疊起來的片層架構,充放電過程中锂離子只是在這些片層之間來回脫嵌。古迪納夫想到了尖晶石(又一個正確的方向),他認爲尖晶石結構的原子排列的方式允許锂離子可以在三維空間中進行擴散,也就是尖晶石允許锂離子通過多個通道中往返,從而大幅度提高锂電池的充放電倍率。

  1982年,萨克雷发明了一种开创性的锰基尖晶石,即之后被日系车企大批量应用到电动汽车之上的锰酸锂电池。此后,萨克雷跳到美国的阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory, ANL)任职,专注于锂电池的研发。而ANL在此后的专利大战中,还有更重要的戏份。

  1986年,在從牛津大學回到美國,擔任德克薩斯大學奧斯汀分校的科克雷爾工程學院機械工程和電氣工程系的教授之後,古迪納夫開始了下一個探索之旅,同時也將深陷有史以來最大的專利大戰之中。

  1993年,當古迪納夫和他的團隊正在專心致志地徜徉在材料化學的奇幻海洋中時,他的實驗室來了一位叫岡田重人的訪問學者(沒錯,日本人),岡田在此之前是日本國內的電話巨頭日本電報電話公共公司(NTT)的移動通信工程總監。

  古迪納夫沒有多想,就讓岡田留了下來,因爲這本來就是學術界很正常的交流活動,更何況NTT還給實驗室提供了一批實驗經費。

  但是很快,古迪纳夫就会认识到天下没有白来的午餐,七十多岁的古迪纳夫非常痛苦的认识到,虽已过古稀之年,但自己仍旧是 too young,too simple。

  古迪納夫和他的團隊繼續尋找這可以代替钴酸锂的更優秀的正極材料物質,他們開始系統地調換周期表裏的各種金屬元素,最終將名單縮小到最後的一個目標——鐵和磷的組合。

  最終,鐵和磷沒有形成古迪納夫想要的尖晶石構型,但是卻無心插柳地組成了另外一種晶體結構——橄榄石。即钴酸锂、錳酸锂之後,锂離子電池的第三種正極材料就此誕生:磷酸鐵锂。

  是的你沒看錯,這三種最重要的锂離子電池正極,全部誕生自古迪納夫的實驗室,而這裏也成了世界锂電池的搖籃。

  這次,古迪納夫就算是再遲鈍,也很快認識到了這項發明的重要性,他認爲這個研究成果絕對會震驚世界。但萬萬沒想到的是,在古迪納夫帶領團隊在研發的第一線奮戰的時候,他們的研究成果被源源不斷地通過岡田傳回了日本。

  岡田的雇主NTT公司,在當年(1995年)11月就悄無聲息地申請了專利,也許是做賊心虛以及不想在美國引起麻煩,NTT申請的只是日本的專利。

  但這依然讓古迪納夫感受到震驚和憤怒,直到第二年聽到消息之後他才反應過來,所謂的訪問學者原來就是日本公司派來竊取研究情報的間諜。

  磷酸鐵锂電池具備的成本低、充放電效能高、使用壽命長、熱穩定性高等優勢,使這種正極材料擁有著巨大的市場潛力。

  1996年,德州大学代表古迪纳夫的实验室向美国申请了专利,并在1997年10月被批准,这项编号为WO 1997040541的专利是磷酸铁锂电池的第一个基础专利。

  很快,另一位世界级的锂电科学家米歇尔·阿尔芒(Michel Armand)也加入了进来,这位法国人被公认为世界锂电池产业的奠基人之一。这位大佬在1980年提出“摇椅式电池”概念(锂离子电池的基本运行理念),索尼正是基于这个概念,于1990年成功完成了世界第一款锂离子电池的商业化。

  阿爾芒提出了用1%的碳對磷酸鐵锂進行包覆,從而有效解決了磷酸鐵锂材料導電性能差,不適宜大電流重放電的問題。經過包碳之後,磷酸鐵锂電池可以在80℃和1C倍率的條件下,達到160mAh/g的容量,並且具有較好的導電性能。

  解決了這個問題之後,阿爾芒和古迪納夫共同申請了磷酸鐵锂包碳技術的專利,這就是第二個磷酸鐵锂的基礎專利,這項專利讓磷酸鐵锂電池從實驗室走向市場變成了可能。

  這兩項專利,是磷酸鐵锂技術路線無論如何都無法繞行的兩大核心技術專利。

  这期间,阿尔芒正好在加拿大蒙特利尔大学担任化学系的教授,所以就在当地创建了由加拿大国家公共事业魁北克水力公司(Hydro-Quebec,H-Q)投资的Phostech Lithium公司。

  由此,H-Q和Phostech成爲獲得這兩項磷酸鐵锂的基礎專利獨家授權的單位。

  但是,由于太多說不清道不明的原因,古迪納夫的核心技術早已通過各種各樣的渠道,散布到全世界各地去了。

  

  2001年,德州大學和H-Q公司首先把NTT告上法庭,指稱後者的磷酸鐵锂的專利是其派商業間諜以非法方式獲得,而NTT堅稱其專利是其科學家(岡田重人)回國後自行研發的辛勤結晶,跟德州大學沒有絲毫關系。

  NTT背後有日本政府撐腰,雙方陷入到一場看似無休止的拉鋸戰之中。但對于德州大學和古迪納夫以及H-Q來說,更悲催的是還在後面,磷酸鐵锂開始在全球遍地開花,他們即將陷入到多線作戰之中。

  這場圍繞磷酸鐵锂核心技術的專利混戰,將越來越多的實力公司牽扯了進來。

  2006年,全球最大的手持电动工具巨头Black & Decker(B&D)推出了一款799美元的产品组合DCX 6401 Combo Kit(其中各产品可单独销售),这套产品由于采用了磷酸铁锂电池而不再需要电线,并且实现了1小时高速充电、功率大幅提升、高安全性以及2000次以上的电池循环寿命,颠覆了全球全球电动工具市场。

  所以一經推出就大賣,上市第2個季度就創下2000萬美元的銷售成績,打破B&D自1843年創立以來的銷售紀錄。

  而B&D这款产品所用电池的供应商是一家2001年才成立的初创公司,名字叫A123 Systems。

  在磷酸锂铁技术被发明出来5年时间之后,麻省理工的一位材料科学与工程学教授蒋业明(Yet-Ming Chiang)(来自台湾)创办了这家磷酸锂铁电池公司A123。A123刚开张时,总员工数只有5人,美国能源部提供的10万美元科技项目经费以及从学校拿出来的0.5克材料。

  短短幾年之後,到2006年,A123的資本額就激增到1.02億美元,員工人數超過250人,手握超過1億美元的大訂單。這家因爲號稱擁有納米制程技術(將磷酸锂鐵正極材料制造成均勻的納米級超小顆粒,因顆粒和總表面面積劇增而大幅提電池的高放電功率)而紅極一時,背後更是得到了美國能源部、摩托羅拉、通用汽車、高通、P&G和紅杉創投等巨頭的巨額投資。

  業界人士曾這樣評價蔣業明:“這是一個非常擅長營銷的商人。”

  美國的Valence公司也開始生産磷酸鐵锂電池,而向來唯美國科技馬首是瞻的台灣地區以及中國大陸,也開始用“鴨子劃水”的方式投身到磷酸鐵锂産業。例如僅僅在台灣,就有上千家大大小小的電池廠,幾乎全部都沒有獲得專利授權。

  更要命的是,有些公司利用開始在各地瘋狂的搶注專利,許多在台面下不願曝光的從業者甚至也取得了足以和兩大基礎專利對抗的技術專利。

  磷酸鐵锂電池的生産在全球遍地開花,然而古迪納夫卻沒有收到一分錢的專利使用費,一來沒有人願意跟一家深陷專利訴訟官司的機構合作,二來正好可以渾水摸魚,免費拿來使用,誰會主動付你專利費?

  这期间,德州大学-H-Q公司的“维权联盟”中加入了一个实力战将,南方化学(SUD- CHEMIE)。这家全球最大的化学磷肥巨头收购了Phostech,从而间接拥有了两项基础专利的授权。这家时年已经150岁的德国老公司当时正在积极寻求转型,对锂电池的兴趣要远远大于肥料。这家公司的CEO甚至扬言,磷酸铁锂电池业务在3年时间之内要达到其总营收的50%。

  德州大學-H-Q-南方化學“維權聯盟”開始舉起法律的武器四處出擊了。他們將NTT、A123以及Valence告上法庭,訴訟侵權公司對其損失進行賠償,每家高達3.5億~5億美元,對NTT特別要求重罰到10億。

  最終的結果是,“維權聯盟”和NTT最終以庭外和解結案。德州大學承認“NTT並未竊取其技術機密”,但是NTT被迫將所擁有的磷酸鐵锂電池材料專利授權給德州大學。此外,NTT還支付了3000萬美元的和解金。

  對外授權專利的一方反而向對方掏錢,其實也就意味著NTT默認了偷竊古迪納夫技術的事實。

  但和A123的官司卻以失敗爲告終,原因是A123背後的靠山實在是過于強大,不僅有美國能源部這樣的官方背景,還有通用汽車這樣的巨頭扶持。作爲關系到未來國際競爭力的新能源産業的關鍵領域,美國這樣的大國怎麽會不樹立起一兩家標杆企業呢?

  而且通用即將在2010年推出Volt,這款被其寄予厚望的純電動汽車采用的就是A123的磷酸鐵锂電池。如果A123敗訴,Volt也將陷入侵權糾紛。這顯然也是美國政府不願意看到的。

  這之後,“維權聯盟”又把手伸向了中國台灣,在這座不到4萬平方公裏的小島上分部了大大小小的上千家電池廠,其中絕大多數都沒有專利授權。因爲台灣出産的電池幾乎全部用來出口,所以爲了避免專利糾紛,這些台灣企業都選擇了“花錢消災”的方式處理此事。

  但那些在本土市場就能就地消化的公司,在本國政府的保護下,待遇就不一樣了。因爲專利的戰爭,本質上就是國與國之間的較量,在保護知識産權的漂亮外衣之下隱藏著的,其實正是國家利益和商業利益的考量。

  

  全球各大車企都將新能源技術作爲未來發展的方向,電動汽車也成爲各方爭奪的焦點領域,發展電動汽車也已經成爲越來越多國家普遍形成的共識。而這次爲了磷酸鐵锂電池專利,歐洲與美國之間也終于撕破了臉面。

  2009年12月9日,歐洲專利局裁決,撤銷授予美國德州大學對磷酸鐵锂電池的歐洲專利擁有權,同時也裁決古迪納夫教授等人在歐洲不擁有該項專利的發明權。

  此前,德州大學就磷酸鐵锂電池專利,已經在美、日、德、意、英、法、加七國申請了專利保護。爲了保護本國的電池和汽車産業,一紙判決書說撤銷就撤銷了,這是不是有點耍流氓?

  在中国,2003年3月,H-Q公司以国际申请专利为基础进入中国,向中国国家知识产权局提出名称为“控制尺寸的涂敷碳的氧化还原材料合成方法”的发明专利申请,2008年 9月国家知识产权局正式批准,授予其CN100421289C的专利。

  H-Q公司所獲得專利共125項權利要求,覆蓋了包括磷酸鐵锂等多種正極材料及其主要制造技術。這意味著,中國境內所有在産的磷酸鐵锂電池公司都屬于侵權了,都需要向H-Q公司繳納專利使用費。

  隨即,H-Q公司開始廣撒“英雄帖”,要求中國公司向其一次性繳納1000萬美元專利入門費或者是每噸磷酸鐵锂材料繳納2500美元。

  2010年8月,中國電池工業協會向國家專利複審委員會提出加方專利無效請求,以“專利不具有新穎性”、“專利技術缺乏創造性”、“專利文件修改超範圍”、“專利權利要求得不到說明書支持”等7方面理由向中國專利複審委員會提出請求裁定加拿大公司專利無效的申請。

  2011年5月28日,國家專利複審委員會對加拿大魁北克水電等公司的發明專利做出無效決定,對修改後的111項權利要求宣告全部無效。國家專利複審委員會給出的專利無效理由:一是授權文本的修改,超出了原始申請文件記載的範圍,不符合我國專利法第33條的規定;二是授權文本的權利要求方案得不到說明書的支持,不符合我國專利法第26條第4款的規定。

  成百上千家相關公司舒了一口氣,國家利益至上,在此不做評判。

  “維權聯盟”在全球範圍內四處揮劍,牽涉多個國家和公司的磷酸鐵锂專利混戰如火如荼的時候,磷酸鐵锂還被認爲是最適合爲電動汽車提供動力的電池,但是他們沒料到的是,一種結合了鎳酸锂、钴酸锂和錳酸锂三者優點的一個全新的正極材料體系,已經在加拿大的一家實驗室裏悄然誕生。

  2001年4月的一天,加拿大達爾豪斯大學的物理學教授兼3M集團加拿大公司的首席科學家杰夫·达恩( Jeff Dahn)发明了可以规模商业化的镍钴锰三元复合正极材料,从而使这种材料突破了走向市场的最后一步。

  其实,早在三元体系及制备方法之前就被提了出来,例如1997年9月日本电池株式会社发明了采用共沉淀法制备镍钴铝三元材料;1999年11月,日本中央电气工业株式会社发明了共沉淀法制备阳离子掺杂的镍钴锰三元材料;2000年9月美国IIion Technology公司发明出采用固相法制备三元材料的技术。

  但受制于當時的材料技術和設備工藝水平,這些技術都只能存在于實驗室的瓶瓶罐罐之中。

  但至今業界公認傑夫·達恩是三元材料技術的真正開創者和發明者,這是因爲達恩精確限定了NMC鎳錳钴材料中鎳的含量,從而顯著提高了三元材料的性能。2001年4月27日,3M公司向美國申請並在2005年11月15日獲得了編號爲US6964828B2的專利,從而成爲三元材料的基礎核心專利。基礎專利意味著,只要是在三元體系下,就是誰都繞不過去的。

  而幾乎在同一時期,美國的阿貢國家實驗室(ANL)也在2001年首次提出了富锂的概念,並在此基礎上發明了層狀富锂高錳三元材料,且在2004申請成功專利。ANL锂電研發的負責人就是前面提到的,古迪納夫的學生,發明了錳酸锂的薩克雷。

  2012年,特斯拉開始爆發漸勢崛起的勢頭,馬斯克開出數倍高薪從3M的锂電研發部門挖人。借此機會,3M順水推舟,采取人走但是專利權留下的策略,徹底將電池部門解散,開始通過對外輸出專利和技術合作的方式賺取更高的利潤。

  3M選擇的合作夥伴是比利時的優美科公司(Umicore),當今世界最大的電池正極材料供應商。雙方采取深度綁定策略,優先向對方提供專利授權和技術合作,並且退出正極材料生産領域的3M還會把客戶推薦給優美科。

  除了優美科之外,3M將專利授權給了包括松下、日立、三星、LG、L&F和SK在內的多家日韓锂電企業,以及中國的杉杉、湖南瑞翔和北大先行等正極材料企業,總數有十幾家之多。

  而ANL的專利只授權給了三家:德國化工巨頭巴斯夫、日本正極材料廠戶田工業以及韓國的LG。

  爲什麽3M和ANL手中掌握的都屬于三元體系之中的核心專利,但在市場接受度上卻有著如此之大的差距?

  因爲這兩項專利側重點存在著很大的差異,3M的技術側重于化學計量比的常規三元材料,而ANL的富锂高錳層狀正極材料至今還存在著一些難以克服的技術瓶頸,所以産業界普遍認爲ANL的技術路線實現規模産業化的可能性不大,作爲動力電池應用到電動汽車上的的可能性更是微乎其微。

  兩相對比,業內大多數公司都選擇向3M購買更具商業價值的三元材料專利授權。而巴斯夫雖然花了大代價和ANL結成産業同盟,站隊富锂高錳路線,然而身體卻很誠實,其真正批量生産的三元正極材料正是化學計量比的技術路線,也就是說本質上買了ANL專利的巴斯夫卻用的是3M的專利技術,這算典型的侵權啊。

  但就是這樣,讓所有人都想不到的是,2015年4月初,巴斯夫居然反咬一口把優美科給告了,稱其侵犯了ANL和他的專利權。

  就這樣,全球兩大頂級的産學研聯盟,一邊是巴斯夫-ANL-薩克雷,一邊是優美科-3M-傑夫·達恩,一邊是德美同盟,一邊是比美聯軍,圍繞著三元材料的核心專利,正式開戰。

  

  巴斯夫和ANL這樣做,都是被逼的。

  巴斯夫,这家业务遍及全球、年营收近千亿欧元却依旧坚持把总部莱茵河畔的路德维希港的全球第一化工巨头,近些年来在其重注的新能源业务上却连栽跟唾E

  這個世紀的前十年,巴斯夫把賭注壓在了氫能和燃料電池上,其決策層認爲未來傳統汽車的轉型方向無疑是氫燃料電池。這家以石油化工爲主業的公司轉型新能源的決心換來瘋狂收購,僅僅是2006一年,就接連拿下了美國特種化工品公司Engelhard和德國燃料電池初創公司Pemeas,並且在當年就成立了專門的燃料電池分公司。

  但後面的事實證明,很顯然巴斯夫上錯了牌桌。因爲僅僅在一年之後,全球範圍內除了像豐田這樣的極少數派至今仍舊在堅持以外,歐美主流車企幾乎可以說全部都放棄了燃料電池汽車路線。巴斯夫首當其沖,燃料電池難以爲繼,至今處于半死不活的狀態。

  眼见氢燃料电池路线失败,不认栽的德国人立刻转换到锂电池路线上来,进而又是一场大收购:2012年2月,美国镍氢电池公司Ovonic和电解液公司诺莱特(Novolyte );2012年11月,美国贝克安德伍德(becker underwood)公司;2015年4月,德国默克集团(Merck KGaA)的全球电子化学业务。在花了十几亿美元之后,在整合了自己在总部原有的锂电正极材料部门的基础上,正式成立了包括镍氢电池和锂离子电池(正极材料和电解液业务)的电池材料部。

  但因爲協調和整合全球多個分公司的不順暢,以及對新業務好不熟悉的德國總部犯了一系列決策失誤,導致巴斯夫在锂電正極材料的業務上數年時間沒有進展。以中國市場爲例,在動力電池搶到瘋的2015年,這家有著做著全球第一正極材料供應商美夢的化工巨頭只賣出了區區幾百噸的三元正極材料。

  而同一時期,同行優美科的正極材料生意做得風生水起,不讓巴斯夫眼紅是不可能的。

  而此刻他的盟友ANL的處境也好不到哪去。作爲美國能源部(DOE)的主管科技研發業務的親兒子,ANL在過去若幹年花了DOE數億美元的研發經費用來研發锂電池,而花公款是要向納稅人給個交代的。

  幾億美元的投入換來的卻是一紙不能産業化的專利證書,這萬萬是交代不過去的。實際上,整個2015年,一直有傳聞說對研究成果頗爲失望的DOE將大幅度削減锂電項目資助,鬧得ANL內部人心惶惶。

  于是乎,巴斯夫和ANL這對一個賣不出正極材料,一個賣不出正極材料專利的難兄難弟,終于將矛頭指向了共同的敵人——此刻正風生水起的優美科和3M。

  于是在2015年4月,巴斯夫正式向美國國際貿易委員會(ITC)和特拉華州威爾明頓地方法院提起訴訟,指控優美科侵犯了其兩項锂電池專利權。巴斯夫起訴優美科,顯然能夠得到以下幾點好處:一、轉移公衆視線和行業注意力,占據輿論高點而化被動爲主動;二、一旦勝訴,不但會贏得行業聲譽,還有巨額的侵權賠償款,在向法院提交的文件中,巴斯夫可是說“優美科的侵權行爲已經對他造成數十億美元的經濟損失”呢;三、一旦贏了官司,以後偌大的美國市場就都是巴斯夫和ANL的了。

  過程很複雜,直接說結果,巴斯夫和ANL勝訴,ITC裁決禁止由優美科制造生産的或代表其制造生産的,進口的或代表其進口的侵權锂金屬氧化物正極材料未經許可在美國境內銷售。

  業界噓聲一片。

  後人分析,ITC罔顧基本科學事實閉眼瞎判是出于兩點考慮:一、DOE以官方身份介入了這場知識産權糾紛以保存自己和ANL的顔面;二、當時巴斯夫已經投重資在美國俄亥俄州建設了一座正極材料工廠,這無疑是個重要的加分項。

  這場官司再次證明,涉及戰略産業的知識産權審判,往往其決定作用的不是基于科學和事實,而是大國間出于長遠經濟利益的考慮。政府通過幹預司法而掌握知識産權戰略的制高點,已不算什麽秘密。

  啓示 

  一、越是尖端科技的研發,越要重視專利的保護。專利是最核心的機密和利益相關。

  二、無論是磷酸鐵锂還是三元材料,核心技術以及核心專利都沒有在中國人手裏。基礎材料科學容不得半點虛假,靠的是一個國家和民族長久以來的堅持和投入。中國在锂電池研發上的投入與日本相比,人力上是1/10,資金上是1/100。紮實刻苦搞研發需要的是平常心和恒心,快速發財的心態要不得,只有更紮實更長期的努力,才能做出成績。

  三、尊重知識産權,我們不一定要通過研究繞過別人專利、或者推翻別人的專利才算勝利,找到適合自己發展的方式與途徑才是正道。锂離子電池經過第一代钴酸锂和第二代磷酸鐵锂和三元锂,正在朝著第三代邁進。前兩代的核心技術和專利都被外國公司瓜分完畢,中國由于起步較晚而沒有先發優勢。

  四、中國或許可以通過提前布局,努力在下一代實現超越。但是也必須認識到,一般電池材料情況是:五年時間的基礎研究,五年的應用研究,五年的産品開發,所以我們必須做好打持久戰的准備。

  後記 

  時年已九十有六的古迪納夫依舊站在科技前沿和帶學生的第一線,這是一位淡薄了名利,如春風化雨一般的老人。每年的諾貝爾化學家,這位科技巨擘都是最熱門的人選,但又每年陪跑,希望他能夠在有生之年獲得這一殊榮,雖然我們知道他壓根就不在乎這個。古迪納夫至今心心念念的是在活著的時候,對下一代的固態電池做出實質性的貢獻。

  吉野章是每年陪著古迪納夫陪跑諾獎的業界泰山北鬥,目前也致力于推動下一代锂電池的技術進步。

  傑夫·達恩至今活躍在産業前沿,雖然正在奔七,但卻依舊堅持一周工作六天時間,堅持帶學生,堅持做實驗。

  2009年,A123 IPO成功,股价在交易第一天飙升50%,但在经历短暂辉煌之后,之后3年时间就破了产,落得个最后被中国万向集团收购的结果。应了那句老话:起得来,落得也快。

  今天,無數的産業人士還在爲著锂離子電池能夠有著更高的能量存儲能力、功率能力、更好的循環壽命和安全性能,以及降低其成本而不懈努力。

  谨以此文致敬:世界锂离子电池产业开创者,为推动人类科技和历史进程做出卓绝贡献的,品节高贵无私的,今天依旧勤勉、踏实、低调地坚持奋战在锂电研发第一线的约翰·班尼斯特·古迪纳夫(John Bannister Goodenough)、吉野章和杰夫·达恩(Jeff Dahn),并感谢行业资深人士Michael Li 对本文做出的重要贡献;作者微信:99771985

 

  編輯:規劃戰略與信息中心 圖書館 

  信息來源:https://mp.weixin.qq.com/s/VoQMoZlKE5AXE5x_qJondg

 

 

 
  评 论

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