锂离子电池(lithium-ion batteries, LIBs)作为现代高性能电池的代表，在电子消费品、新能源汽车和储能等领域的应用日趋广泛，其需求和市场规模不断扩大^[1]。特别是随着新能源汽车行业的快速发展，废动力电池的报废将带来环境风险和资源浪费问题，不利于行业的可持续发展。2018年被行业内称为废动力电池报废元年^[2]。然而就目前情况来看，中国针对包括废旧动力电池在内的废旧锂离子电池在回收技术与管理体系仍有很大的提升和完善空间^[3]，其中废锂离子电池的资源回收与再生技术关乎到电池生命周期的资源供给，是近年来行业关注的重点之一。虽然世界各国已在这方面取得了一些进展，也开发了一系列资源回收技术，然而目前针对技术现状及发展缺乏系统梳理，特别是如何在此基础上与中国资源回收产业的高效管理有效结合、提高政策引导效率尚缺乏定量化判定依据。

本文结合中国废旧锂离子电池行业现状，采用知识产权分析方法对中国废旧锂离子电池资源回收的发展现状进行了系统分析，总结归纳近年来相关资源回收技术的发展情况和趋势，旨在从产业应用的角度对该技术研究现状和未来进行系统梳理，为技术发展以及高效政策引导提供半定量的参考依据。

1 锂离子电池回收技术需求

废旧锂离子电池与一般固体废弃物不同。从构造来看，常见的锂离子电池的正极和负极材料中通常含有钴、锂、镍、铜和铝等有价资源，且成分含量较为确定，甚至超过天然矿石中的资源含量，而其中的重金属及电解液中的氟化物等有机物如果被不合理处置可能会产生环境危害、威胁人类健康^[4]。从数量来看，随着近年来新能源汽车行业的快速发展，动力锂离子电池需求量和报废量均逐年递增，对其进行资源管理和回收再利用十分有利于平衡供需关系，并极大促进资源可持续和循环经济的发展^[5]。2017—2018年，废LIBs回收已经得到了行业的广泛关注。特别是2018年1月，七部委联合发布《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》，鼓励汽车、电池生产企业与报废汽车回收利用企业等通过合作共建、共用废旧动力蓄电池回收渠道^[6]。

无论是从减轻环境污染，保障资源供给，还是从新能源汽车行业的可持续发展等角度，锂离子电池回收技术都已成为当前固废处理及其资源化领域研究的热点和重点之一^[7]。近期国内外学者^[8-10]也从不同角度综述了废旧锂离子电池回收技术原理及其在实验室和工业上的应用情况，如图 1所示。可以看出，当前锂离子电池的资源回收技术要点可以分为预处理过程、湿法回收、火法回收和再生过程等几类。然而这些技术的产业应用情况很难通过对原理的综述获取^[11-12]。因此，有必要依托目前中国相关产业应用状况，从知识产权角度分析探究各技术点的技术突破情况，为将来的技术研发以及高效管理提供定量化参考依据^[13]。特别是在生产者责任延伸制度的推行方面，对目前已申请专利的回收技术进行系统性分析，有利于生产者将所用到的生产技术延伸到产品的整个生命周期，特别是与废弃产品的回收和处置进行有机结合。

2 研究数据与方法

关于LIBs回收技术的专利研究是基于国家知识产权局专利检索系统进行的，该系统提供了一个免费访问数据库，其中包含来自世界各地的约9 000万份专利文献的数据^[14]。专利检索使用高级检索模式进行，通过关键词和IPC分类相结合的方法进行检索。关键词“锂离子电池/锂电池/lithium-ion battery/ lithium ion battery/ Li-ion battery/ Li ion batteries” “废旧/废弃/废/waste/ old/ used” “回收/再利用/recover/ recycle/ recycling”被用于检索专利名称或摘要，检索使用的国际专利分类(IPC分类)如表 1所示。专利检索截至2018年12月1日。国家知识产权局数据库共检索到1 631项本研究相关专利，经过去重后进入分析文献库的专利文献1 112篇，阅读筛选出相关专利903篇，以此为基础进行趋势分析。技术路线分析结果来自中国知网专利数据库^[15]。共检索得到761篇相关专利，筛选得584篇，下载其具体内容以进行技术路线分析。

对于得到的专利文献，通过IPC分类和关键词聚类对专利进行分类，通过关键词检索分析技术要点的知识产权构成。并结合中国近3年来颁布的政策法规对未来技术的发展要点提出建议和规划。

3 锂离子电池回收技术进展 3.1 专利技术发展趋势分析

趋势分析是为了揭示专利申请人各年度申请专利数量的趋势变化，从而反映出申请时间与技术发展情况。专利申请量随时间的变化曲线如图 2所示。

从图 2可以看出，锂离子电池回收相关专利以发明为主，占总申请的88.89%，其余为实用新型。而任何产品与技术都是有生命周期的，一般包括起步、技术发展、技术成熟、技术衰退和技术再发展等5个阶段。截至目前，锂电池回收技术发展经历了3个阶段：2000—2010年的技术萌芽期，在这期间逐渐产生了相关专利申请，表明此阶段技术尚处于技术的起步阶段或实验开发的初步探索阶段；2011—2014年的缓慢上升期，专利数量逐年波动上升，说明该技术进入了发展阶段；2015年至今的加速上升期，相关专利的年申请量呈指数型上升，技术产生了新的突破从而继续发展，2017年相关专利就达到了200件以上，并有持续上升的趋势。这说明该技术的研究受到越来越广泛的关注，越来越多的企业与研究机构的研发人员投入到相关研究中；也说明废锂离子电池资源回收具有很大的探索空间与潜力。

3.2 专利区域分析

专利申请区域分析是为了揭示专利申请在地域上的分布情况：一方面，区域分析是在对专利定量分析或定性分析基础上，绘制与中国各地区相关的专利地图，通过对地图的解读得出相关结论，了解各区域对废锂离子电池资源回收技术的研究进展；另一方面，区域分析可以反映一个国家或地区相关技术研发实力、技术发展态势、重点发展技术领域、区域领先企业，也可以反映国际上对该区域的关注程度、对该区域的专利布局情况等。

从全球分布来看，对于废锂离子电池回收技术方面的中国专利，申请人以中国人为主，申请专利数占81.17%。外国申请人中，韩国、日本和美国人申请专利数比例依次位居前三名。因为中国、日本、韩国和美国均是电子产品制造大国，且近年来中国对新能源汽车、储能以及环境保护特别是资源循环等方面的重视，所以有效促进了废锂离子电池相关产业的发展。从中国申请人所在的省份分布情况来看，除北京(申请专利数占11.15%)、上海(申请专利数占4.34%)等高校和科研院所的聚集地外，广东(申请专利数占17.67%)、安徽(申请专利数占9.28%)、湖南(申请专利数占8.49%)等省份是锂离子电池资源回收产业的聚集地，可以推测有相当一部分具有相关技术实力的企业分布于这些省份。

3.3 专利技术领域分析

技术领域趋势分析是为了揭示所分析技术在不同IPC分类的研究情况分布，同时能够揭示此类技术在不同领域的研究和应用情况随时间的变化。由检索结果可以看出，废旧锂离子电池回收技术所涉及的IPC分类技术领域很多，按占比由高到低依次为H01、C22、C01、B09、B01、B02、C02、C07、C25、B03等，主要分布在H部(电学)、C部(化学；冶金)、B部(作业；运输)几个大类。选取总申请量最多的H01 (基本电气元件)、C22 (冶金; 黑色或有色金属合金; 合金或有色金属的处理)、C01(无机化学)、B09 (固体废物的处理; 被污染土壤的再生)、B01 (一般的物理或化学的方法或装置)、B02 (破碎、磨粉或粉碎；谷物碾磨的预处理)等6个领域进行技术趋势分析，结果如图 3所示。

由图 3可知，2010年之后废锂离子电池资源回收技术在H01领域即电池领域的专利申请增长趋势明显，2017占比年达到58.59%并远远超过其他方面的研究和应用，这是由于锂离子电池产业的迅速发展导致的；此外，在C22领域的专利件数增加也很明显，2017年占比达15.49%，这说明锂离子电池回收技术多采取冶金的方式方法，二者联系紧密、结合性强；而C01、B09、B01、B02等方面的研究和应用也呈现不同程度的上升趋势，且涉及领域逐年增多，说明了该技术具有一定的领域交叉性，基本电子元件产业的研究结合废旧锂离子电池回收技术还衍生出其他相关方面的技术技术领域发展。总体来说，废旧锂离子电池回收技术涉及的技术领域呈现扩张的趋势，并且在各个领域都呈现研究热度上升的趋势。

基于技术领域的IPC分类调整关键词标签，对检索结果进行3-D聚类，结果如图 4所示，代表每一个专利的圆点堆积起不同技术方向的山峰，山峰越高则代表相关方向的专利越多。表 1中展示了每个圆点所在IPC领域的具体解释。专利技术最集中的“正极、材料、再生、磷酸铁锂”和“负极、集流体、电解液、处理工艺、石墨”这2个方向的专利技术主要分布在H01M10/54类别。而其余几项技术方向的IPC分类较为广泛，尤其是“检测、装置、新型、处理”标签下的专利几乎与占比最多的H01M10/54类别无关。

3.4 专利申请人及发明人分析

申请人及发明人趋势分析可以分别反映出不同申请人或主要研发人员对该项技术的研究关注度和技术水平，体现该技术领域的竞争者分布、科研水平和技术专业性等。

中国申请人中，专利申请量较多的企业有邦普循环和合肥国轩高科动力能源有限公司等，其中后者在该方面迄今已申请了43件专利，在申请数量上明显高于其他申请人。中南大学、中国科学院过程工程研究所、兰州理工大学等高校和科研院所的专利申请量亦很领先，且起步较早，这说明在这几所高校均较早就投入相关方面的研究，一直保持着对该技术领域的创新与关注，研究较为深入。其他科研单位包括北京工业大学、哈尔滨工业大学、清华大学、北京理工大学等科研单位也在废电池回收技术方面有一定的积累和优势。

在发明人方面，2013年及以前，每年从事废旧锂离子电池回收技术研究的发明人很多，且人员更替较为频繁。但自2014年及以后，从事该技术研究的发明人数量变化较少，不同时期均有新的核心发明人出现，且专利的处理对象也有一定的分散度(见图 4)，说明此领域技术发展蓬勃，越来越多发明人对此技术领域的前景看好且均注重自身的知识产权保护。

从申请人和发明人所属机构属性来看，科研院所和各类企业对该领域申请的专利占总专利量的比例基本相等，分别占31.75%和33.63%。企业的申请量大表明该技术不仅具有很大的理论研究价值，且具有很强的实际应用价值。

3.5 技术路线分析

根据中国知网专利库584项专利全文进行专利技术路线分析，结合专利的3-D聚类分析图得出的主要技术方向标签(见图 4)，以关键词统计其回收各个阶段的研究情况，汇总如表 2所示，与图 1的技术要点结合分析可以得出技术在不同侧重方向上的发展情况。在回收电池种类方面，在已说明电池种类的专利中，回收磷酸铁锂和三元/多元电池的专利较多，分别占比41%和26%。该类型比例也从一定程度上说明了锂离子电池应用情况与发展趋势。在回收的部件方面，超过一半专利是回收正极，其余依次是负极、集流体、隔膜和粘结剂。正极中含有较多有价金属，价值较高。从回收的产品来看，价值和使用频率较高的锂和钴是有价金属回收的重点。在回收的步骤中，专利技术主要集中于以下方面，即废旧锂离子电池的收集-预处理、放电-检测、分类、筛选-拆解、破碎-回收过程-再生、制备6个步骤。其中，回收过程、再生制备过程和拆解破碎过程的专利较多，占整个回收步骤专利的80%以上。在回收过程中，主要采用的方法有湿法、火法、生物法、超声法、超临界流体、机械活化法和综合方法。湿法冶金技术由于其工艺流程简单、环境污染小、选择回收性高等，广泛应用于各种金属元素回收工艺之中，因此在锂离子电池回收过程专利中占比达41%。而综合方法在回收过程中应用也比较多，占29%，也是技术跨领域发展的重要体现。

4 政策建议

资源再生循环是锂离子电池生命周期的重要环节。一方面，废旧锂离子电池回收的技术水平对相关资源效率、资源供给、环境风险等具有重要作用；另一方面，资源再生技术与行业发展也会对环境管理、产业政策等产生显著影响。近年来中国在锂离子电池溯源、生产者责任延伸等方面做了大量的工作。表 3中列出了近3年来中国部分关于废旧动力锂离子电池回收的相关政策和法规。目前，中国对新能源汽车的支持政策主要是提供管理办法，但仍应采取更多措施进一步鼓励技术创新。结合上文中对于中国锂离子电池回收技术的应用情况分析和中国政策导向对未来政策法规的侧重方向，提出如下意见和建议：

首先，应鼓励电池回收企业之间的横向专利合作和科研院所与企业之间的纵向专利合作。通过宏观政策调控或第三方组织/协会/联盟等，在保障企业技术秘密或先进性的基础上，促进合理的技术信息交流，可有助于疏导和规避相似领域的过度投资。进一步通过“政府-科研院所-产业合作”模式为废电池回收行业存在的关键技术难点与运行模式提供支撑，切实促进监管部门-研究机构-企业等的高质量对接、针对企业的实际需求，促进行业的可持续发展与绿色化升级。该模式可以确保所有相关方都在知识产权保护法框架下开展相关活动，使研究机构和回收企业之间的合作更加规范。

其次，建立专利池对技术发展及建立相关的行业标准至关重要。专利池是指由多个专利权人组成的专利许可交易平台，通过专利池可以便捷地形成知识产权集合体。虽然中国的锂离子电池回收技术已得到广泛开发，但许多来自不同领域的专利权人缺少其他利益相关者分享专业知识的渠道。这种分散的专利分布无法促进锂离子电池产业的进一步快速发展。可引导建立与锂离子电池回收有关的专利池，进一步促进相关行业标准的发布，使电池回收企业能够遵循标准并降低企业的成本和风险，并鼓励技术创新。但是，专利池的管理模式直接影响到标准的进展，中国产业联盟必须要处理好相关法律问题，避免技术垄断，实施公平、合理和非歧视性原则，建立适当的专利转让费标准等。

最后，在技术布局方面进行锂离子电池全生命周期管理。建立起锂离子电池的全生命周期管理的体制机制、数据溯源系统，推进生产者责任延伸制度，促进行业不同环节间优势互补，确定出在原料开采、产品生产、设备装配、使用消费、回收再利用等各个环节的责任方，提升政策的参与度与实践效力。

5 结论

本文利用知识产权分析的方法对废旧锂离子电池资源回收技术发展开展研究，结合相关政策分析了技术进展、技术分布和技术现状。结果表明：1)废锂离子电池回收领域专利从20世纪90年代锂离子电池商业化应用起开始出现，经历了2008年及以前的起步开发阶段、2011 —2014年的波折上升期，在近3年进入了快速增长发展时期，年专利申请量已突破200件；2)中国作为“废旧锂离子电池回收”相关专利的最重要技术拥有者，申请量达总量的92.32%，申请量排名比较靠前的公司、机构或个人也主要集中在中国。但应注意其他国家高价值专利对市场的争夺情况，加强高校研究与企业的实际项目结合，提高专利价值和有效量是未来工作的重点所在；3)废旧锂离子电池的资源化回收技术具有较强的领域交叉性，参照当前技术路线，关注不同领域的技术应用、加强技术薄弱点对提高研究的创新性和确保中国在相关技术领域的优势具有重要作用。

根据当前行业现状，未来的一段时间内，废旧锂离子电池资源回收领域内的专利量仍会逐年增加，该领域的技术会进入一个新的发展时期。应进一步推进废旧锂离子电池回收方面的技术以企业和科研单位为联合创新主体、以市场为导向、产学研相结合，通过政策与市场引导两方面相结合，推动中国相关技术领域的持续健康发展。