基于专利数据的国内外陶瓷膜技术情报分析研究

刘萍萍，张俞，叶勤

摘要：本文基于incoPat数据库进行专利检索，采用专利情报的分析方法对陶瓷膜技术相关的国内外专利数据进行量化分析。陶瓷膜技术专利的检索结果从年度申请态势、区域分布、主要专利权人、IPC分类号、高被引专利引证、3D沙盘等方面进行了多维度分析，以揭示陶瓷膜技术的专利布局状况，并就重点研发领域进行了深度挖掘，分析研究了相关技术领域的重点、热点以及空白点，从而为我国陶瓷膜专利技术的产业化提出了参考性建议。

关键词：陶瓷；膜；专利分析；IPC；3D沙盘

中图分类号：G35文献标志码：A文献标志码

0引言

陶瓷膜（ceramic membrane）又称无机陶瓷膜，以氧化铝、氧化锆、氧化钛等原料，经过特殊的制作工艺烧结而成的膜［1］，具有多层非对称结构，可分为3层：支撑层、中间层和分离层。其作为一种高效的分离材料可以取代传统工艺中的离心机分离、蒸发、板框过滤等分离技术［2］，支撑层对膜层起到了支撑的作用。因此，需要具有高孔隙率和高抗弯强度［3］。陶瓷膜的特性相较于传统的聚合物分离膜材料，其具有良好的耐酸碱性，较高的热稳定性、高渗透性、耐冲刷性［4］、抗微生物侵蚀、耐有机溶剂［5］等诸多优点，可以广泛应用于生物制药行业、食品行业、化工行业、环保行业等［6］。作为高性能膜材料的关键领域，陶瓷膜已成为化工化学业界重点发展的新兴产业［7］。

专利分析是对专利文献中大量的或者个别的专利信息进行加工、分析或者组合，并且利用统计方法和技巧将这些信息转化为具有纵览全局和预测功能的竞争情报，为企业的技术、产品以及服务开发中的决策提供有价值的参考［8］。本文旨在从专利情报分析的角度，通过专利计量、专利引证等方法对陶瓷膜技术进行多维度分析，镜像追踪陶瓷膜领域的专利技术发展动向，以准确把握陶瓷膜领域的未来发展趋势，为相关产业发展提供参考建议［9］。

1数据溯源与分析方法

本文国内外数据均来源于合享智慧科技有限公司incoPat专利数据库，数据来源涵盖了我国、欧美、日韩等主要陶瓷膜技术领先国家，陶瓷膜技术的国内外检索式确定为（（（TIAB=（ceramic* AND membran*） OR TIAB=（ceramic*AND film*） NOT TIAB=（optical*）） OR （TIAB=（陶瓷 膜） OR TIAB=（陶瓷膜））） AND （IPC=（C04B OR B01D OR C25D OR C02F OR H01M OR C23C OR H01L OR H05K OR B32B OR H01G OR B01J OR C01B））） AND PD=［19830101 TO 20230831］。通过进行申请号合并，本文检索出1983年1月1日—2023年8月31日的陶瓷膜专利申请共51 027件，其中世界专利申请共34 967件，我国专利申请共16 060件，分别就陶瓷膜年度申请态势、区域分布、主要专利权人、IPC分类号、高被引专利引证、3D沙盘等进行多维度统计和分析。由于专利申请公开一般需要18个月的时间，加上数据库的数据收录具有一定的延迟性，本文的统计指标仅供参考。

2国内外陶瓷膜技术的专利情报分析

2.1陶瓷膜技术的专利申请量趋势分析

1967年美国的西屋电力公司率先申请了陶瓷膜领域的技术专利，但此后的十余年间，国外陶瓷膜的专利申请量依然较少且分布较为分散，反映出此阶段陶瓷膜技术的发展速度缓慢。为了更好地进行统计分析，图1从1983年开始绘制。

图1给出了1983-2023年陶瓷膜专利申请变化趋势，国外陶瓷膜技术在1983年—1986年尚处于技术萌芽期，专利申请数量较为缓慢；主要申请人有日本碍子株式会社（ngk insulators ltd）、京瓷株式会社（kyocera corp）、村田制作所（murata manufacturing co）、普萊克斯科技公司（praxair technology inc）、松下电器产业株式会社（matsushita electric ind co ltd）。1987年—1990年，专利申请量呈现出显著增长趋势。1991年—1998年，专利申请量进入平稳增长期。而1999年—2005年，专利申请量又迎来了新一轮的快速增长期，并在2001年到达峰值。在此期间，日本、美国、韩国、欧洲的专利申请量所占比重较大。2006年—2022年，专利申请量出现下滑趋势，但专利申请数量变化并不显著，专利权人总体保持稳定，显示相关技术发展进入成熟期。

我国自20世纪90年代开始涉足陶瓷膜技术领域，2001年之前的陶瓷膜专利申请量较为稀少，反映此时我国的陶瓷膜技术尚处于探索阶段，技术创新不够，可能与我国的专利立法较晚，相关主体对于知识产权和专利的保护意识不足，并没有引起足够的重视有关。2002年—2009年，我国的陶瓷膜技术开始呈现出逐渐增长的趋势；2010年—2022年，我国陶瓷膜相关专利申请量进入快速增长期，并于2018年到达峰值，说明我国陶瓷膜的技术研究越来越受到重视，相关技术发展趋于成熟，同时我国陶瓷膜专利的保护意识也逐步增强，这也与我国颁布的一系列政策助推陶瓷膜新技术的研发有关。

2.2陶瓷膜专利的申请国家分析

分析专利申请国家/地区可以了解主要研究者的国家分布及其实力，由图2可知，国外申请陶瓷膜专利国家中，日本是拥有陶瓷膜专利技术最多的国家，排名第一，有专利数量17 194件；排名第二的是韩国，有专利数量3 960件；排名第三的是美国，有专利数量3 783件。日本是陶瓷膜专利技术研发实力最为雄厚的国家，其研究领域主要集中在金属陶瓷、陶瓷基板、载体膜、叠层陶瓷电容器等方面；美国研究领域主要集中在陶瓷浆料、陶瓷薄膜、电致伸缩膜、陶瓷基板等方面；韩国研究领域主要集中在陶瓷材料、陶瓷基板、陶瓷器皿、陶瓷涂层等方面。

在我国，国内专利申请人占据了陶瓷膜专利申请数量的绝大多数，为16 060件，但是也有一些国家在我国申请了陶瓷膜相关专利，共有专利申请1280件，主要来自日本、美国、德国、韩国等国家（见图3）。可见，作为陶瓷膜研究领域的技术强国，日本与美国掌握着陶瓷膜材料与制备的核心技术，并且极其重视在全球市场的专利布局，抢占我国技术市场份额并建立竞争优势的企图逐步显露。

此外，我国对于陶瓷膜技术的申请优势主要集中于社会经济发展状况比较好的省市，如江苏、广东、浙江、山东、北京、上海等地，其中江苏以2688件专利占据榜首位置，占排名前10省市总量的24.4%，国内总量的16.7%。

2.3陶瓷膜技术的专利权人分析

分析专利权人可以探知处于研发活跃以及技术水平领先的相关主体。如表1所示，国外陶瓷膜技术领域专利权人主要集中在企业，并且全部集中在日本，其中村田制作所（Murata manufacturing co）、日本碍子株式会社（Ngk insulators ltd）和松下电器株式会社（Matsushita electric ind co ltd）是陶瓷膜技术研发最有代表性、技术水平最高的专利权人，同时也是推进产业化运作的重要实体企业。

如表1所示，我国陶瓷膜专利的专利权人排名中，5个集中在大学，4个集中于企业，1个集中于科研院所，说明我国对于陶瓷膜技术的研究主要以高校和企业为主，排名第一的是南京工业大学，以183件专利占据榜首，主要涉及膜分离、膜过滤、催化等技术领域；排名第二的是村田制作所（Murata manufacturing co）为日本在华申请陶瓷膜专利的企业，专利数量131件；排名第三的是哈尔滨工业大学，专利数量105件；排名第四和第六分别是中国科学院上海硅酸盐研究所、江苏久吾高科技股份有限公司，说明我国部分陶瓷膜企业开始逐渐成为陶瓷膜创新的主体。因此，国家应该鼓励相关领域的校企合作，促进陶瓷膜专利技术产业化进程，重视并激励企业提升研发能力，从而进一步提高产业化率。

通过对比国内外主要专利权人可知，国内外陶瓷膜专利技术的研发存在显著差异，比如日本的村田制作所，高度重视在我国的专利布局，以提升在我国的市场地位和竞争优势，以获取高价值利益。

2.4陶瓷膜技术的IPC分析

IPC分类号是各国专利文献获得统一分类的一种工具，可以了解某一技术领域的研究重点、研究热点、研究趋势等。表2为国内外陶瓷膜专利技术按IPC小类排名前10的技术领域分布。国外的陶瓷膜专利技术的侧重点主要集中在小类H01L（用于转变光或热为电能的半导体或其他固态器件）；C04B（石灰、氧化镁、 矿渣、水泥及其组合物，例如：砂浆、混凝土或类似的建筑材料、人造石、陶瓷）、C23C（对金属材料的镀覆、用金属材料对材料的镀覆、表面扩散法、化学转化或置换法的金属材料表面处理；真空蒸发法、溅射法、离子注入法或化学气相沉积法的一般镀覆）等。H01L的专利申请量最多，为9 919件，排名第一，占据排名前十申请总量的20.2%；排名第二位的是C04B，专利申请量为8 025件，占据排名前十申请总量的16.3%；排名第三位的是C23C，专利申请量为6 794件，占据排名前十申请总量的13.8%。由此可见，国外对于陶瓷膜申请的主要技术领域以半导体、陶瓷材料本身及其制造方法，金属材料的镀覆为专利申请的重要领域。

我國陶瓷膜专利技术以小类B01D（分离）最多，专利申请量为3 850件，稳居第一，占据排名前十申请总量的21%；排名第二的是C02F（水、废水、污水或污泥的处理），专利申请量为3 226件，占据排名前十申请总量的17.5%，排名第三的是C04B（石灰、氧化镁、 矿渣、水泥及其组合物，例如：砂浆、混凝土或类似的建筑材料、人造石、陶瓷），专利申请量为2 737，占据排名前十申请总量的14.9%。由此可见，我国陶瓷膜研究的重点技术领域以分离为主，而关于水、废水、污水或污泥的处理研究也是陶瓷膜专利申请的重要领域。

2.5国内外陶瓷膜专利的高被引专利引证分析

分析专利高被引频次的目的在于定位核心专利。表3为国外陶瓷膜专利被引频次最高的5件专利，排名第一位的是马丁·玛丽埃塔公司（Martin Marietta Energy Systems， Inc）申请的专利“Protective lithium ion conducting ceramic coating for lithium metal anodes and associate method”，公开号是US5314765A，可视为其在陶瓷膜专利领域的核心专利，主要研究领域涉及电池结构，利用覆盖在锂阳极上的锂磷氧氮化物薄膜层，从而将锂阳极与电解质分离。表4为我国陶瓷膜专利被引频次最高的5件专利，排名第一的核心专利是现代自动车株式会社和汉阳大学校产学协力团联合申请的专利“Method for preparing crosslinked ceramiccoated separator containing ionic polymer， ceramiccoated separator prepared by the method， and lithium secondary battery using the same”，其公开号是CN101989651A，主要涉及的是交联陶瓷涂层隔膜的制备方法制备的陶瓷涂层隔膜，将含有用于改善热特性和机械特性的陶瓷颗粒、用于改善电池循环特性和高倍率特性的功能无机化合物和用于将陶瓷颗粒和功能无机化合物，黏结在多孔膜基材上的离子聚合物的涂层材料，涂覆在多孔膜基材上，进行化学交联。

2.6陶瓷膜专利的3D沙盘分析

通过incoPat数据库中的3D专利沙盘模拟推演，可以快速聚焦专利布局热点，掌握竞争对手的主要研发方向，从而为提升自身专利质量和市场竞争力提供依据。在3D专利沙盘模拟推演中，波峰代表技术热点，波谷则代表技术空白区。如本文通过3D专利沙盘模拟推演可知，国外主要陶瓷膜专利申请人日本Ngk Insulators LTD（日本碍子株式会社）技术热点的研发主要集中于研究静电电极、陶瓷板、石墨舟、多层陶瓷电容器、电子元件、电极层、固态电解质、二次电池、负极片等方面。Ngk Insulators LTD（日本碍子株式会社）的专利布局有着较为明显的技术方向区分，每一方向的技术布局均较为密集、波峰明显，呈现十分明显的团队优势，但是在微弧氧化、陶瓷薄膜、陶瓷材料、过滤装置、陶瓷膜滤芯、陶瓷膜片等方面处于技术研究的空白点。以我国主要专利申请人南京工业大学为例，其研究陶瓷膜技术点主要集中在过滤装置、陶瓷膜滤芯、陶瓷膜片、微弧氧化、陶瓷薄膜、陶瓷材料、废水处理、膜过滤等方面，并在膜分离、膜过滤、超滤、 纳滤、微滤等方面进行了多方面的布局，但是在陶瓷颗粒、陶瓷浆料、锂离子电池隔膜、静电电极等方面处于技术研究的空白点。

3結论及建议

通过对国内外陶瓷膜技术领域的专利申请趋势、专利权人、技术主题、专利引证、3D沙盘等方面的分析可知，我国陶瓷膜相关专利技术研究较之国外陶瓷膜专利技术的发展还存在一定的差距，具体结论如下：

（1）国外陶瓷膜目前处于技术成熟期，相应技术已经市场化，日本已经形成产业链；韩国和美国也快速增长，技术分布范围逐渐扩大，并向产业化方向迈进。我国的陶瓷膜目前尚处于快速成长期，技术发展还有待进一步的加强。因此，我国需加强创新研发，坚持采用技术引进和外企合作等形式提升自身的研发能力，争取在未来的陶瓷膜市场上争取一定竞争优势。

（2）国外陶瓷膜核心技术主要集中在H01L、C04B等，其是实现陶瓷膜技术不可缺少的部分；我国陶瓷膜核心技术主要集中在B01D、C02F等，国外对于陶瓷膜研究的技术领域以半导体、陶瓷材料本身及其制造方法，金属材料的镀覆为主；我国对于陶瓷膜研究的技术申请主要以分离技术为主，同时对于水、废气、污水与固体废弃物的处理等也是陶瓷膜专利技术研究的主要领域。

（3）从全球专利的区域发展上来看，陶瓷膜技术的研发主要集中在日本、韩国、美国，其中日本碍子株式会社（Ngk insulators ltd）、村田制作所（Murata manufacturing co）、Matsushita electric ind co ltd（松下电器产业株式会社）和kyocera corp（京瓷株式会社）的陶瓷膜技术研究最为成熟，日本陶瓷膜技术研究主要以金属陶瓷、陶瓷基板、载体膜、叠层陶瓷电容器等方面为主，而我国在陶瓷过滤膜、陶瓷膜管、陶瓷薄膜、陶瓷膜过滤器、陶瓷复合膜、陶瓷隔膜等方面的研究具有比较优势。

（4）国外陶瓷膜技术的专利权人主要以企业实体为主，侧重以企业联盟形式推进产业化，专利权人之间体现出显著的产业协同趋势，而我国陶瓷膜技术的研究以高校和科研机构为主，校企合作强度不足，且协同研发的趋势不明显，企业间合作和联系较少。因此，我国对于陶瓷膜技术的发展应将院校为主的研发转向企业主导的技术应用，强化“产、学、研”的协同创新模式，为陶瓷膜的发展奠定宽幅研发的基础。

（5）通过3D沙盘中对竞争对手进行模拟推演可知，国外专利申请人Ngk Insulators LTD（日本碍子株式会社）技术热点研发主要集中在静电电极、陶瓷板、石墨舟、多层陶瓷电容器、电子元件、电极层、固态电解质、二次电池、负极片等方面；而国内专利申请人南京工业大学研究陶瓷膜技术点主要集中在过滤装置、陶瓷膜滤芯、陶瓷膜片、微弧氧化、陶瓷薄膜、陶瓷材料、废水处理、膜过滤等方面。

基于上述专利分析，对我国陶瓷膜技术的研发有如下几点建议：

（1）挖掘陶瓷膜技术创新潜力，提高专利申请质量。我国在陶瓷膜技术领域的专利申请量不断增加，但是专利质量却有待进一步的提升，并且缺少研发陶瓷膜核心技术的企业。因此，我国专利权人应积极挖掘自身的技术创新潜力，不断提高专利申请的质量。

（2）通过建立“产学研管服”协同的技术创新体系，不断加强专利权人与创新主体间的创新合作，紧抓重点科技成果转化，并建立灵活多样的专利授权、转让、许可和应用的专利成果转化机制，有效推进陶瓷膜领域的最新科技成果转化为现实生产力。

（3）进行专利布局，抢占国际市场。我国专利权人应当强化海外专利布局意识，针对性地优化境外专利申请策略，积极主动在国际市场上抢占一席之位。

（4）加强专利预警分析工作，为陶瓷膜专利技术的发展保驾护航，政府部门牵头组织相关企业进行专利预警工作，规避知识产权侵权风险，维护技术安全，企业本身也应该依托政府部门的扶持和知识产权服务机构的指导，投入大量的财务、物力进行相关性研究，挖掘高价值专利，同时加强自身的知识产权专利预警，为产品的研发、生产保驾护航。

参考文献

［1］王世周，任科恩，余家峰.陶瓷膜技术的应用［J］.氯碱工业，2014（12）：15-16.

［2］刘思.基于Innography的食品加工领域中陶瓷膜技术应用专利情报分析［J］.现代信息科技，2019（23）：111-113.

［3］张利剑，汪永清，胡学兵，等.中温制备高性能刚玉-莫来石质陶瓷膜支撑体［J］.膜科学与技术，2019（5）：52-57.

［4］王古平，史勤益，马李.氧化钇掺杂ZrB2-SiC陶瓷基复合材料的抗烧蚀性能研究［J］.中国陶瓷，2015（1）：18-23.

［5］胡学兵，于云，汪永清，等.氧化石墨烯改性对不同孔径Al2O3微滤膜纯水渗透通量的作用［J］.膜科学与技术，2016（6）：32-35.

［6］肖汉宁，熊敏，郭文明，等.多孔陶瓷膜及其在液固和气固分离中的应用［J］.陶瓷学报，2017（6），791-798.

［7］曹义鸣，徐恒泳，王金渠.我国无机陶瓷膜发展现状及展望［J］.膜科学与技术，2013（2）：1-5.

［8］马天旗.专利分析［M］.北京：知识产权出版社，2015.

［9］罗晓宁，鄢春根，王裕芳.陶瓷复合材料专利信息分析［J］.陶瓷学报，2017（4）：586-590.

（编辑李春燕）

Study on patent intelligence analysis of domestic and international ceramic membrane technology

Liu  Pingping， Zhang  Yu， Ye  Qin

（Intellectual Property Information Service Center， Anhui University of Technology， Maanshan 243002， China）

Abstract：  Based on incoPat database， this paper conducts an analysis on patent data of ceramic membranes with the method of patent information analysis. Concretely， from the aspects of annual application situation， regional distribution， principal patentee， IPC classification number， highly cited patent citations， 3D sand table and so on， a multi-dimensional analysis of the search results is carried out to reveal the patent layout of ceramic membrane technology. In addition， this paper profoundly explores the important patent fields by going deeply into the key points， hot spots and blank points in related technical fields， so as to provide referential suggestions for the industrialization of ceramic membrane patented technology in China.

Key words： ceramic; membrane; patent analysis; IPC; 3D sand table