基于知识持久性的电动汽车电池技术轨迹与创新模式研究：电极、储能装置与充电系统的多维度分析

为解决电动汽车电池技术发展轨迹不明确的问题，研究人员采用知识持久性(KP)分层主路径分析方法，对40,129项专利进行系统性分析。研究识别出电极、储能装置和电池充电系统三大核心技术子域，揭示了硅基电极、多孔结构和物联网(IoT)集成充电等主导技术，发现美国、日本和加拿大为主要知识贡献国。该研究为企业和政策制定者提供了高优先级研发方向，对推动低碳技术发展具有重要意义。

　　

随着全球碳中和目标的推进，电动汽车作为交通领域减排的重要抓手，正迎来爆发式增长。然而，作为电动汽车"心脏"的电池系统，其技术发展路径却始终迷雾重重——哪些技术真正推动了行业进步？未来研发应该聚焦何处？这些问题的答案不仅关乎企业战略布局，更直接影响全球能源转型进程。传统专利分析方法往往将电动汽车电池视为单一技术领域，无法揭示其内部复杂的技术演进脉络和知识流动规律。

正是在这样的背景下，由中韩两国科研机构合作开展的一项创新研究，为破解这一难题提供了全新视角。该研究近期发表在《International Journal of Low-Carbon Technologies》上，采用前沿的知识持久性(KP)分层主路径分析方法，对电动汽车电池技术发展轨迹进行了系统性解构。

研究人员采用了几个关键技术方法：首先通过分类重叠法(COM)从美国专利商标局(USPTO)收集1973-2023年间的40,129项专利数据；其次运用基于知识持久性的分层主路径分析，自动识别技术子域并生成层次化主路径；最后采用知识非传统性(KU)指标来减少网络末端节点的复杂性，从而更好地识别未来技术发展方向。

研究结果呈现出清晰的技术发展图谱：

电极技术轨迹

通过对76项专利主路径的分析，研究发现电极技术经历了从镍氢电池(Ni-MH)向锂离子电池的明显转变。早期研究集中于非水电解质二次电池，2000年代后期转向锂离子二次电池正极材料，特别是尖晶石型锂锰复合氧化物在高温条件下的充放电循环性能改善。2010年代硅合金材料成为研究热点，专利涉及具有硅和金属硅化物的多相微观结构电极组成。近年来，研究重点转向纳米线(节点22924)和界面结构(节点27099)，以及金属颗粒与碳颗粒结合的锂离子电池阳极制备方法(节点26402和27186)。当前研究聚焦于集流体技术，如半固态电极材料在集流体上的沉积方法(节点39802)。

储能装置演进路径

54项专利主路径显示，储能技术从早期的镍氢电池逐步发展为锂离子电池和铅酸电池双主导格局。早期关注材料和处理方法，如热稳定的锂化镍二氧化物(节点687)和增强寿命的铅酸蓄电池电极组件(节点943)。1990年代末至2010年代初，隔膜和相关技术成为焦点，节点2728、2795和21226揭示了控制隔膜性能对实现高循环性能的重要性。近年来研究转向车辆电池结构和控制系统，压力释放机制(节点17751和18440)、大容量存储设备(节点22345)和电池管理系统(BMS)(节点26831)成为关键技术突破。

充电系统创新历程

17项专利主路径展示了充电技术的演进：从早期的快速充电方法(节点408)发展到镍锌电池充电系统(节点445)，再到基于时间导数的充电控制器(节点519)。近期专利集中于电池数据监测和管理系统，如包含监控电路、处理器和存储器的监测系统(节点33192)，以及使用电压传感器确定电池操作模式的系统(节点34252)。最前沿的技术涉及具有无线通信单元的BMS(节点36935)和包含物联网(IoT)控制模块、区块链网络的智能电池系统(节点39785和40128)。

关键知识贡献者分析显示，加拿大不列颠哥伦比亚省、日本富士胶片和Moli Energy公司在整个技术领域贡献最大。各子领域领先企业各异：PolyPlus Battery Company、Celgard Inc.和Portable Energy Products在储能装置领域领先；通用汽车、Christie Electric和Electronic Power Devices在充电系统领域占据主导地位。国家层面，美国、加拿大和日本是主要知识贡献国。

研究结论与讨论部分指出，该研究通过系统性技术领域分解、动态技术轨迹追踪和关键知识贡献者识别，为电动汽车电池技术发展提供了全新认知。研究发现充电技术是最持久的"遗传"技术，而电极技术自2000年左右成为主流研究领域，其中硅基合金因其高理论容量(3578 mAh/g)成为最有前景的下一代负极材料，但仍需解决体积膨胀、循环稳定性和电极-电解质界面问题。多相微观结构的优化和纳米尺度尺寸效应是提升电化学性能的关键技术。

研究强调，美国、加拿大和日本的技术领先地位得益于政府资金支持、税收激励政策以及庞大的电动汽车市场需求。然而，企业间合作不足（仅5%专利有多个申请人）可能制约突破性技术创新，特别是在跨学科领域。

与传统主路径分析方法相比，本研究采用的KP分层主路径方法在自动生成分层多知识轨迹、客观呈现子技术领域间知识流动和互动等方面具有显著优势，更适合分析复杂的收敛技术领域。

该研究不仅为企业和研发机构指明了高优先级研发方向（如硅基电极、物联网集成BMS和多材料电极设计），也为政策制定者提供了科学依据，对加速电动汽车产业发展和推动交通领域低碳转型具有重要意义。未来研究可进一步整合语义挖掘技术和多源数据，以更全面地把控技术演进轨迹，同时开发综合KP值与商业部署指标的复合指标，以更好地协调知识贡献与产业领导力动态。