爱华网作者：美国专利律师 蔡茫茫 发稿时间：2010-05-25 10:28:03 点击：119
磷酸铁锂（LiFePO4）电池是新一代的锂离子电池，从发明到现在还不到15年。它具备成本低、充放电效能高、使用寿命长、热稳定性好、储电密度高以及安全等众多优点，拥有巨大的市场潜力。目前，很多汽车公司在考虑用它作为电动车或者油电混合车的动力源。同时，使用了磷酸铁锂电池的电动工具和电动自行车也已经投放市场。
磷酸铁锂电池的优点多源于它自身的结构。这种电池使用磷酸铁锂作为阳极，金属锂作为阴极。充电时，锂离子从斜方晶系橄榄石结构的磷酸铁锂晶格中脱出，而铁氧键和晶体结构保持稳定。这是因为铁氧键比其他锂电池所用的钴氧键等稳定得多，氧原子很难从晶格中离开，因此磷酸铁锂电池能够多次稳定地充放电，同时不会像某些其他的锂电池那样会因受热或短路而出现爆炸的可能。磷酸铁锂晶格中，铁氧键搭成的八面体和磷氧键组成的四面体一起构成空间骨架，锂离子可以比较灵活地迁入和逸出晶格，为充放电带来方便，也容易被其他离子取代。不过，这样的结构也造成一些问题：锂离子处在紧密堆积的晶体结构中，迁移速率比较低，使得磷酸铁锂材料的导电性不强。
有趣的是，磷酸铁锂电池问世后，围绕着其结构的专利争斗也随之展开。最早报道使用磷酸铁锂材料作为电池正极以及锂离子可逆性逸出现象的是美国德克萨斯大学的约翰·古丁福（John Goodenough）教授，其美国专利5910382提出申请的日期是在1997年，申请获批准的时间是1999年；通过部分连续案（Continuation in Part），在2003年又得到了美国专利6514640。德克萨斯大学曾经雄心勃勃地宣称，通过这两项专利以及后续的数10项相关专利，其对所有磷酸铁锂正极电池拥有知识产权。然而，日本电信公司（NTT）却提出，他们在此前已经报道了橄榄石结构的锂离子正极材料，专利权应当属于他们。不过，两者之间的争斗最后出现了戏剧性的结局：由于日本电信公司的工程师涉嫌窃取德克萨斯大学的商业秘密，因此被迫将拥有的所有磷酸铁锂电池专利授权给后者，并支付3000万美元来达成和解。
然而，至此故事还远没有结束，德克萨斯大学遇到了更多的挑战：锂离子在晶格中灵活的位置使得其他研究者能够用别的离子来部分取代磷酸铁锂材料中的锂离子，制造出因化学式有所不同而晶体结构也有所不同的正极材料。较早的挑战来自近年来相当有名的A123公司。A123的华裔创始人蒋业明（Yet-Ming Chiang）曾经是麻省理工学院的科研人员。他提出使用Li1-XFePO4材料，在晶格中留下“空洞”，促进锂离子的迁移和材料的导电性能；后来他又提出用其他材料取代部分铁的观点。位于麻省的美国联邦地区法院在2006年4月判决，这些变种的材料并不侵犯德克萨斯大学的5910382专利和6514640专利。2008年12月，欧洲专利局也取消了古丁福教授的一项相关的欧洲专利。
虽然5910382专利（经修改缩小了权利要求范围）和6514640专利在美国专利商标局复审以后确认了有效性，但是总体来讲，磷酸铁锂材料的制造商被控侵犯德克萨斯大学专利的风险减小了。不过，德克萨斯大学在自己的“主场”——德州北区美国联邦法院，还在继续诉讼A123公司。
继A123公司之后，其他厂家如Valence和台湾地区的Aleees等也先后推出了自己的基于磷酸铁锂的改进材料，包括用不同的碱金属离子替代锂离子，不同的过渡金属离子替代铁离子，得到各种新的晶胞参数等。在电极原理方面的专利斗争暂时“退潮”后，技术方面的专利之争成为新的焦点：为了增加导电性，磷酸铁锂通常被制作成微小的颗粒，外面“镀”上一层石墨等材料。制作磷酸铁锂也有几种不同的化学途径。A123公司目前拥有电池制造方面的若干项美国专利和几十项美国专利申请；Valence公司更是拥有数百项美国专利。
国内生产磷酸铁锂电池材料的厂家起步很早，数量比较多，以比亚迪汽车（BYD）为代表的新一代锂电池生产公司和用户也受到了广泛注意。此外，国内公司为美国公司生产在美国销售的新型电动工具，已经用到了A123公司的磷酸铁锂电池技术。各公司在国内申请的发明专利和实用新型专利有很多，但是在国外的相应申请还比较少。一个潜在的风险是，配备有新型电池的电动产品向国外销售时，如果电池或者相关生产技术被指侵犯专利，整体产品的出口都可能受到影响。从长远考虑，应当更加积极地研究相关对策。
关键词： [ 磷酸铁锂 ] [ 锂离子 ] [ 电动车 ] [ A123 ] [ 蒋业明 ] [ 麻省理工学院 ]
