中、美、日、韩新能源汽车产业竞争优势测度与比较研究——以锂电池汽车为例

杨 武，宋晓晴

(北京科技大学经济管理学院，北京 100083)

0 前言

自20世纪50年代以来，中国一直在促进燃油汽车的生产与发展，但燃油汽车大而不强的局面始终难以改变。随着环境恶化和能源短缺问题日益加重，发达国家对关于汽车尾气排放标准的制定愈加严格[1]，使得传统燃油车技术发展逐渐趋于饱和，对中国在燃油车领域的技术创新与升级也提出了巨大挑战。同时，中国自改革开放以来长期采取的“跟随追赶”模式使得中国在传统产业的生产和交易过程中受到由于各种基础设施不健全和生产要素分配不均所导致的瓶颈约束，致使中国无法在传统国际市场中获取持续性竞争优势[2]，进而被长期锁定在以发达国家跨国公司所主导的全球价值链低端难以突破[3]。

自20世纪90年代开始，全球汽车工业经历重大技术转型，新能源汽车的发展已成必然，新能源汽车的发展必然性也为中国提供了在汽车领域实现技术跨越的“机会窗口”[4-7]。基于此，中国逐渐将汽车产业发展重心由燃油汽车转移到新能源汽车。2009年国务院在 《汽车产业调整和振兴规划》中强调，以新能源汽车为突破口，加强自主创新，培育自主品牌，形成新的竞争优势，并以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向[8]。其中，锂离子电池以其高能量密度与低成本的优势，已成为目前全球电动汽车最主要的动力源[9]。中国在已有锂电池技术积累与资源优势的情况下[10]，选择以锂离子动力电池为动力源的新能源汽车 (以下简称锂电池汽车)作为新能源汽车的最主要发展方向，牢牢抓住锂电池汽车赛道并取得显著成就。因此，本文选择以锂电池汽车为研究对象，测度中、美、日、韩在锂电池汽车领域的竞争优势指数，分析中国在锂电池汽车领域的竞争优势，促进中国在新能源汽车获得持续性竞争优势。

1 文献综述

1.1 竞争优势

Porter[11]于1985年首次提出“竞争优势”概念，并重点阐述了技术与竞争优势之间的关系，由此提出获取竞争优势的技术战略制定与改进措施。在竞争优势理论提出后，众多学者投身于这一方向的研究，并从多方面探讨了竞争优势的形成与发展。Peteraf[12]将竞争优势定义为一个组织维持或持续高于普遍投资回报率的能力。Barney[13]提出竞争优势源于资源的利用效率，并从价值、稀缺性、模仿性和可替代性四个方面论证了企业资源禀赋与持续竞争优势之间的关系。朱富强[2]从要素禀赋、技术水平和规模经济三方面讨论了产业竞争优势形成过程中的影响因素，为不同国家在不同发展阶段的需要进行组合。

随着经济全球化的不断深入，越来越多的学者基于全球化背景对获得持续性竞争优势的影响因素进行分析。樊纲[14]指出，新兴国家的竞争优势主要集中于初级要素的持有，但因缺少优质要素而无法实现持续性竞争优势。企业国际竞争核心已变为技术竞争，即竞争优势的实现更多地依赖于技术创新能力、技术学习能力与技术吸收能力，其中技术创新能力及其实现取决于以知识管理能力为主的经济体内部能力[15-17]。此外，基于技术创新所形成的品牌升级亦可以帮助新兴经济体企业在国际竞争中获取一定优势[18]。

1.2 竞争优势的测度

在竞争优势理论分析与应用的基础上，部分学者将各指标进行量化处理，更加客观地反映了各指标对竞争优势的影响程度，并对各经济体在某一产业的竞争优势进行比较分析。蔡跃洲等[19]利用贸易增加值方法，从多角度测算了中国各行业的比较优势和国际竞争力。林子华等[20]应用某产业在国际市场中的出口量作为依据对竞争优势进行测度，得出中国在资本密集与技术密集型产品出口方面的竞争优势正不断攀升。姜南[21]结合专利数据，对各省战略性新兴产业竞争优势进行了测度与分析。李林等[22]利用专利数据，对美国、德国、日本、中国在先进制造技术子领域的技术优势演化周期不同阶段进行了比较分析。张贝贝等[23]通过专利IPC分类号与文本内容对专利进行筛选，并以各国在芯片制造技术子领域的专利数量作为指标来比较各国的竞争强度。

综上所述，目前对于竞争优势影响因素的研究，学者主要聚焦技术维度，即技术的学习、吸收与创新，对于市场维度与法律维度的研究相对较少。在竞争优势测度中也普遍集中于单维度或双维度的测度，无法全面地对某一产业的竞争优势进行准确评估，且应用专利数据进行测度时普遍采用相关专利总量作为测度依据，未对高质量专利进行筛选，由此可能导致测度结果的偏差。因此，本文在已有研究的基础之上，以innojoy大为专利搜索引擎作为专利检索工具，从技术、经济、法律三维度筛选出中、美、日、韩在锂电池汽车领域的关键核心专利，在此基础上对四国竞争优势进行测度，并对四国在该领域的竞争优势指数进行比较与分析。

2 研究设计

本文主要针对以下两个问题进行设计与改进：一是目前应用专利数据进行测度时普遍存在测度维度单一的问题，即通常采用专利有权量、专利授权量、专利申请量等数据对各产业进行分析与比较，由于竞争优势具有动态性与复杂性[24]，因此单一维度的测度往往难以真实反映竞争优势形成的程度与趋势；二是以往文献应用全部相关专利数据进行竞争优势测度，未对关键核心专利进行筛选。由于各产业的专利申请普遍存在数量多但质量参差不齐的情况，因此在应用全部专利数据进行后续计量时极易出现测度结果偏差甚至与真实状况相悖的情况。基于以上两个问题，本文在杨武等[25-26]对专利高质量量化研究基础之上构建“技术-经济-法律”三维分析模型及核心专利识别指标体系，应用熵值-TOPSIS法对指标进行赋权与排名，划分出关键核心专利。基于已筛选出的各国关键核心专利相关数据，应用景气综合指数法计算各国在该产业的竞争优势指数，综合反映各国在锂电池汽车领域的竞争优势并进行分析与比较，从而对中国锂电池汽车的实现程度及各国发展趋势进行评估。

2.1 测度模型构建

本文测度模型的构建旨在选取适当指标对高质量专利进行识别，并划分出关键核心专利。目前关于专利价值及核心专利识别的测度标准往往集中于技术维度[27]，但单一维度的指标往往无法准确识别高质量专利[24]，专利高质量不仅应体现其技术维度的创新性与独享性，还应包括经济维度的市场接受度与应用规模，以及法律维度的全面性与广泛性。基于此，本文在已有研究的基础上，选取技术 (Technology)、经济 (Economy)和法律 (Law)三个维度对关键核心专利进行识别，并据此构建TEL模型，如图1所示。

图1 TEL模型

(1)技术维度。在技术维度的指标选择上，本文保留了常见的测度指标，即被引证数、被审查员引证数、引证专利数、引用非专利文献数、IPC部数、IPC小类数和引证专利国别/地域数，并新增CPC (Cooperative Patent Classification)分类数作为测度指标，所应用指标共8项。其中，CPC分类相比于IPC分类更加细致，对于技术涉及领域的考察更加全面，因此加入此指标体系。

(2)经济维度。在经济维度的指标选择上，本文选取剩余有效期、innojoy同族数、转让次数、是否三方专利 (美日欧)和新兴产业分类数共5个指标，可以从多方面直接或间接反映经济效益的好坏、市场规模的大小、对他国技术的影响强度以及获得国家资助的程度。

(3)法律维度。在法律维度的指标选择上，本文选取权项数、独权数、存活期、是否PCT国际申请、主权项字数、说明书页数和innojoy布局国家/地域数共7项指标，主要反映专利的法律保护范围与保护强度，范围越广、强度越高则越有利于产品获得持续性竞争优势。

2.2 研究方法

本文首先应用熵值法对三级指标进行赋权，在此基础上应用TOPSIS法对各专利进行综合评价，从而更客观、真实地反映各专利价值，以筛选出关键核心专利，在此基础上，应用景气综合指数法合成产业竞争优势指数，该方法来源于美国商务部教授提出的合成指数 (Composite Index)，在实际应用中多用于周期性波动的测度与研究，本文对所研究产业测度产业竞争优势指数的过程中均应用时间序列数据，因此可以采用该方法进行测度，以此实现不同组织竞争优势的比较。其中应用熵值-TOPSIS法进行综合评价的具体计算过程见步骤 (1)至步骤 (8)。

(1)对数据进行无量纲化处理。在数据总量较多且数值差异大的情况下，为了减少特殊数值对实验结果的影响，本文选取归一化的方式对数据进行无量纲化处理：

(2)计算第j项三级指标的熵值ej：

(3)计算第j项三级指标的信息效用值dj：

dJ=1-ej

(4)确定第j项三级指标的权重wj：

(5)构建规范化矩阵Y=(yij)n×m，随后对其进行加权处理，形成加权规范化Z=(zij)nm：

zij=yij×wj

(8)计算相对接近度ci，并对其进行降序排序，由此得到从优到劣的评价对象排名：

在得到上述关键核心专利后，应用景气综合指数法合成产业竞争优势指数，具体计算过程见步骤 (9)至步骤 (13)。

(9)计算单个三级指标的对称变化率Cit(t)：

式中，Yij(t)为第t年的第j项二级指标下第i项三级指标原始数据。

(10)为了剔除不规则影响因素，计算标准化对称变化率Sij(t)：

(11)计算二级指标的平均变化率Ri(t)：

式中，wij为第j项二级指标下第i项三级指标权重。

(12)为了使二级指标便于比较，计算指数标准化因子Fj，在此基础上计算标准化平均变化率Vj(t)，其中F2=1：

(13)计算二级指标的合成指数Ij(t)，在此基础上，根据二级指标权重Wj，合成产业竞争优势总指数，其中Ij(t)=100：

3 实证分析

3.1 数据来源

本文应用innojoy专利搜索引擎对中、美、日、韩在锂电池汽车领域的专利进行检索，以lithium battery vehicle、lithium ion battery、lithium cell、Li-ion为关键词对专利名称、摘要及权利要求书内容进行检索。选取B、C、F、G、H为主分类号，并对其大类进行筛选，排除其中不相关主分类大类，即H04、B65、B23、B64、F21、B25、G08、B63、G02和F24，最后筛选出申请年度从1992年至2021年共32443项有效专利进行后续测度。

3.2 测度结果

(1)关键核心专利赋权。根据上述计算步骤对TEL模型中各指标进行赋值，赋值结果见表1。

表1 关键核心专利识别指标体系

(2)关键核心专利筛选与排名。选取各三级指标排名前5%的专利，应用TOPSIS法进行专利价值计算与排名，经过初步筛选，从32443项专利中筛选出14811项专利用于后续计算。应用主申请人国家作为划分技术所属国家的标准，取专利分数和前30%的专利作为关键核心专利，共从中筛选出1770项专利，占专利总量的5%。其中，中国拥有专利763项，占关键核心专利总数的43%，美国、日本、韩国分别拥有630项、189项、53项关键核心专利。

(3)产业竞争优势比较与分析。从总体来看 (见图2)：美国最早在锂电池汽车领域具有竞争优势，其竞争优势指数自1993年开始一直到2016年均呈现稳步上升的趋势，自2016年后发展趋于平稳，近两年有轻微下降的迹象但并不显著，截至2021年仍居于首位；日本作为四国中第二个取得竞争优势的国家，其竞争优势指数从1994年到1999年发展较为缓慢，自1999年进入发展快车道后，分别于2000年与2011年实现了两次高速发展，于2014年达到顶峰后逐渐趋于平稳，并于2018年后呈现明显下降趋势，在四国中居于末位；韩国是四国中第三个取得竞争优势的国家，其竞争优势指数发展趋势与日本较为接近，1998—2009年韩国呈现稳步上升趋势，2009年后呈现阶梯状上升趋势，分别于2010年与2013—2014年实现了两次高速发展，并于2014年超过日本，截至2021年，韩国在四国中排名第三；中国是四国中最晚获得竞争优势的国家，其竞争优势总指数在2000年至2009年呈现较为平缓的上升趋势，于2010年开始进入快速发展阶段，分别于2016年和2017年超过日、韩两国，并于2019年到达顶峰后呈现轻微下降趋势，截至2021年，中国的竞争优势指数以微弱的差距落后于美国，位列第二。

图2 竞争优势总体指数比较

在技术维度方面，由图3可以看出：美国最早开始在锂电池汽车领域进行技术布局，其竞争优势指数从1993年至1998年呈现快速增长趋势，自1997年后发展速度趋于平缓且呈现持续上升趋势，于2017年开始趋于平稳，无明显上升或下降趋势；日本和韩国的发展趋势较为接近，两国分别于2010年与2008年开始快速发展，均于2014年左右完成高速发展进入平缓发展阶段，并于近两年呈现下降趋势；中国在技术维度初次获得竞争优势的时间最晚，其竞争优势指数经历了近9年的低速增长后于2010年开始高速发展，并于2017年超过日本和韩国，成为技术维度第二大优势国，仅次于美国。

图3 技术维度竞争优势指数比较

在经济维度方面，由图4可以看出：美国最早在市场上占有竞争优势，日本紧随其后但发展缓慢，韩国获取竞争优势最晚，但发展速度较快，美、日、韩三国的竞争优势指数于2005年基本汇于一点，在经过9年的波动上升并于2014年再次汇于一点后均呈现出缓步下降的趋势，中国于2000年初次在经济维度获得竞争优势。与技术维度测度结果相似的是，中国锂电池汽车于2009年左右开始在经济维度方面高速发展，并一举超过美、日、韩，于2018年成为经济维度第一大优势国。

图4 经济维度竞争优势指数比较

在法律维度方面，由图5可以看出：美国最早在法律维度取得竞争优势，发展趋势呈现持续平稳上升状态，于2016年达到顶峰后趋于平缓并呈现轻微回落迹象；日本较早获得法律维度竞争优势，但一直发展缓慢，直到1999年才呈现出明显的上升趋势，于2014年达到顶峰后开始下降；韩国锂电池汽车于2000年至2012年快速发展，经过两年的高速发展于2014年超过日本，基本与美国齐平，但此后发展平缓，无明显上升或下降趋势；中国于2001年初次在法律维度获得竞争优势，同技术与经济维度一样，于2009年左右开始在法律维度高速发展，分别于2016年和2017年超过日本和韩国，竞争优势指数与美国相近，成为法律维度第二大优势国。

图5 法律维度竞争优势指数比较

4 结论与启示

本文基于专利信息，构建“技术-经济-法律”三维模型及其指标体系，识别出关键核心专利，在此基础上应用景气综合指数法合成产业竞争优势指数，以此形成中、美、日、韩的竞争优势指数发展趋势。通过对四国在锂电池汽车领域竞争优势的测度与分析，可以得出以下结论。

(1)四国在锂电池汽车领域的竞争态势已基本趋于稳定，并于近年逐渐呈现下降趋势。具体来看，中、美、日、韩的总体竞争优势指数分别于2019年、2016年、2014年、2014年基本停止上升，并呈现平稳发展态势，近两年开始出现下降趋势，其中，日本与韩国的下降趋势最为明显，通过两国颁布的政策与条例可以发现，两国正在将研究方向转向更为清洁的氢燃料电池。例如，日本政府于2014年明确将战略方向转向加速建设“氢能社会”，并发布了 《氢能/燃料电池战略发展路线图》；韩国新能源汽车目前正处于补贴退坡阶段，但相对来说，对氢燃料电池汽车的补贴力度仍远高于其他类型新能源汽车[28]。

(2)美国获得竞争优势时间最早且指数发展趋势最为稳定，连续多年稳居第一。中国获得竞争优势时间最晚，但指数发展速度最快，截至2021年末，中国总体竞争优势指数与美国齐平，远超日、韩两国。究其原因，一是中国政府调整了产业结构，并颁布了相关补助政策，例如，政府于2009年左右开始对汽车产业结构进行战略调整，于2010年开始施行对部分新能源汽车进行相关税费减免的政策等；二是中国在汽车领域通过技术学习、企业并购等方式，已做好充分的前期技术铺垫，具有良好的研究基础[29]，例如，为计算机和消费电子行业制造锂电池的技术专长等[30]；三是拥有全球稀土元素和其他战略矿产储备的大量份额[31]，可为中国在锂电池汽车领域发展提供资源储备。

(3)在三维度的比较中可以发现，中、美、日、韩在技术维度的下降幅度相较于经济与法律来说最小，其中，美国无明显下降趋势。由此表明，虽然各国政策逐渐转向氢燃料电池的开发，但对锂电池汽车技术的研究并未懈怠，其竞争优势指数的下降也主要源于锂电池汽车政府补贴的退坡。因此，中国在大力发展氢燃料电池汽车的同时仍需在现有技术水平上进一步克服已知困难，保持现有竞争优势，获得持续性竞争优势。

新能源汽车发展预示着汽车领域必将经历多次系统性的变革，也是中国从汽车大国发展为汽车强国不可多得的机遇。但是，由于氢燃料电池存在的成本高、技术难度大、安全性低等问题尚未得到完全解决，锂电池汽车在未来很长一段时间内仍会是各国的主流新能源汽车类型。同时，基于中国所具备的资源、技术等方面的积累，在锂电池汽车领域有望在未来很长一段时间内仍占据持续性竞争优势。

需要指出的是，由于锂电池本身的特性，锂电池汽车对锂矿与稀土资源的高需求量，以及报废所产生的废料仍会对环境造成一定程度的污染，目前还无法做到完全的清洁与环保。基于此，可以预测氢燃料电池汽车在克服技术难题后极有可能成为未来发展的主流方向，因此中国仍需持续推进氢燃料电池汽车技术的学习与研发，以获取未来在汽车产业中持续性的竞争优势。