综述：专利全景揭示直接锂提取技术创新轨迹

《Desalination》：What does the patent landscape reveal about innovation trajectories in direct lithium extraction?

　　

研究人员构建了一项四层分析框架，对直接锂提取（DLE）技术进行系统性专利全景分析。该框架整合了专利检索与筛选、技术分类、多指标专利评估以及文本挖掘，以揭示技术演进与创新动态，并将宏观层面创新趋势与专利景观特征同微观层面技术特征及发明特定属性相联结。研究数据来源于Questel Orbit Intelligence全球专利数据库，涵盖超过99.7%的全球专利申请。通过结合关键词与国际专利分类（IPC）检索，并遵循系统综述与荟萃分析优先报告条目（PRISMA）指南，研究人员从8503个锂回收相关专利家族中筛选出2958个聚焦于非电池类原生锂资源（包括含锂溶液、卤水、海水、地热水、废水及油田采出水）的专利家族，排除了已充分文献化的电池回收类专利。

研究人员提出专利实力（P）与技术扩散速度（D）两项定量指标进行综合比较。专利实力定义为每项专利的平均IPC分类数量，用以衡量技术广度与跨领域覆盖程度；技术扩散速度定义为每项专利的平均前向引用强度，用以捕捉特定技术知识在后续创新中的传播速度与广泛程度。基于这两项指标，研究人员识别出电化学技术（D = 4.74）为扩散最快的技术类别，显著高于溶剂萃取（D = 3.31）、膜技术（D = 3.09）、离子交换（D = 2.76）和吸附（D = 2.40）等技术。进而，研究人员采用专利价值、专利影响力、市场策略和专利强度四项指标，对电化学DLE领域排名前100的专利进行多指标评估与文本挖掘分析，并构建系统-工艺-产品-资源（SPPR）框架以映射创新路径。

研究发现，全球DLE专利活动自2016年以来急剧增长，2024年专利活动量约为2016年的六倍。创新格局呈现明显的工业主导与地理集中特征：中国占总专利量的48%，约75%的主要申请人来自中国，工业实体在前20大申请人中占比约60%。膜技术（90%）与电化学方法（86%）呈现最高的有效专利比例，表明强劲的创新动能；而溶剂萃取（22%失效专利）和离子交换（20%失效专利）则显示出相对成熟且更新缓慢的技术组合。跨界融合分析揭示吸附与溶剂萃取具有最高水平的跨技术关联，电化学方法与膜系统存在显著汇聚，指向混合多步工艺架构的涌现。

针对电化学DLE的深入分析表明，该领域经历了从2015年前学术机构主导的探索性研究，向2016年后特别是2019年以来工业主导的应用驱动开发的转变。广东邦普循环科技有限公司与湖南邦普循环科技有限公司以各35个专利家族领先，江苏中南锂业与斯伦贝谢技术公司亦有贡献。学术研究以中南大学（14个专利家族）及中国科学院系统研究所为主导。SPPR框架分析揭示了以下关键趋势：系统架构（S1）层面，混合反应器设计与膜集成系统占据主导，反映工艺整合的核心作用；工艺配置（S2）层面，以电吸附为基础的配置、多步集成工艺和电渗析配置为主流；最终产品（S3）层面，虽仍以富锂溶液为主，但呈现向氢氧化锂（LiOH）生产的明显转变；资源多元化（S4）层面，传统卤水仍占主导，但对工业废水、地热卤水和油田采出水等非常规资源的兴趣日益增长。

直接锂提取（DLE）技术专利分析框架

研究人员构建了四层分析框架以系统分析DLE技术。第一层为专利检索与筛选，从Questel Orbit Intelligence数据库获取数据，结合关键词与国际专利分类（IPC）检索，遵循系统综述与荟萃分析优先报告条目（PRISMA）指南，最终筛选出2958项聚焦于非电池类原生锂资源的专利家族。第二层为文献计量与技术评估，考察增长趋势、司法管辖区分布、IPC分类、主要申请人及技术主题，并将专利归为吸附、离子交换、溶剂萃取、沉淀、膜分离和电化学六大分离工艺类别。第三层采用专利实力（P）和技术扩散速度（D）进行定量评估，前者为平均IPC分类数，表征技术广度；后者为平均前向引用数，表征知识传播动态。第四层基于P和D识别最具扩散性的技术类别，运用文本挖掘技术分析技术演进、性能、成本、环境影响及跨技术关联，并采用专利价值、专利影响力、市场策略和专利强度四项指标进行多指标评估。

锂提取专利趋势与技术分类比较

该部分呈现了2010至2024年锂提取专利的时空趋势。专利出版物数量呈陡峭上升态势，2024年专利活动约为2016年的六倍，标志着向应用驱动、技术导向发展的明确转型。投资格局呈现时序转换：2015年前学术与公共研究机构主导早期发展，2016年后特别是2019年以来转向工业主导。中国占总专利量的48%，近期活动集中于广东邦普循环科技、湖南邦普循环科技、紫金矿业和青海盐湖工业等主要工业申请人。专利地理分布高度集中，中国约占75%，日本、美国和韩国分别约占10%和5%。 aqueous锂资源分布呈现异质性：广义含锂溶液占45%，卤水基资源占41.8%，海水仅占6.7%，废水衍生来源占5.1%，地热水（0.7%）和油田采出水（0.6%）贡献甚微。

DLE技术专利对比分析

该部分分析了专利存续状态与技术 prominence。膜技术（90%）和电化学方法（86%）具有最高比例的活跃专利，溶剂萃取（22%）和离子交换（20%）则具有最高比例的失效专利。前30大专利实体的分析显示溶剂萃取（32%）和吸附（22%）占据主导，电化学方法占17%。跨界融合分析揭示吸附与溶剂萃取具有最高水平的跨技术关联，膜技术与电化学方法显示出显著汇聚。

基于专利实力（P）和技术扩散速度（D）的比较分析揭示了六类提取技术的显著差异。离子交换具有最高专利实力（P = 7.27），溶剂萃取（P = 6.94）和膜技术（P = 6.74）次之；电化学技术显示中等专利实力（P = 6.46），与吸附（P = 6.48）相当。技术扩散速度呈现不同层级：电化学技术以D = 4.74显著领先，溶剂萃取（D = 3.31）和膜技术（D = 3.09）中等，离子交换（D = 2.76）和吸附（D = 2.40）有限。这一比较建立了基于标准的新兴领先技术识别框架——电化学提取在P和D之间实现了最有利的平衡，被确定为扩散最快的技术类别。

电化学技术驱动技术创新

该部分深入分析电化学锂回收的投资趋势与SPPR框架映射。2005至2015年间投资活动有限且零散，主要由学术和公共研究机构驱动；2016年后转向工业主导专利申请，2019年后显著升级。企业约占电化学专利的73%，大学占23%，研究所不足5%。后2019年激增主要由广东邦普循环科技、湖南邦普循环科技等领先工业参与者主导。

系统架构（S1）分析显示，混合反应器设计占据主导，其次是膜集成系统。混合反应器设计包括：膜集成浓缩系统，采用纳滤（NF）/反渗透（RO）/电渗析（ED）分级配置；吸附耦合混合系统，将锂选择性吸附或离子交换与电化学再生（如双极膜电渗析BMED、流动电极电容去离子FCDI）相结合；电化学或氧化还原耦合平台，将电化学过程与吸附或废水处理相整合。膜集成系统包括：膜基浓缩与纯化系统，依赖电渗析架构；选择性锂提取系统，采用陶瓷锂离子传导膜、固体电解质系统和单价选择性膜；膜驱动转化系统，整合分离与产品形成。此外还包括先进电极工程和集成精炼转化系统等架构类别。

工艺配置（S2）分析揭示电吸附配置占主导，其次为多步集成工艺和电渗析配置。电吸附配置涵盖电容、膜电容、插层和氧化还原辅助系统。多步集成工艺包括：提取-转化集成系统，直接耦合锂提取与产品形成；具有过程强化和试剂循环的提取系统，膜电解生成原位酸碱用于吸附剂再生；连续混合回收平台，整合多种传输和分离机制；下游精炼与升级系统，用于最终纯化和转化为电池级产品。电渗析配置涉及阳离子交换膜（CEM）和阴离子交换膜（AEM）交替形成稀溶液和浓缩通道，包括多级电渗析和双极膜电渗析（BMED）变体。NF/RO-ED混合配置中，NF/RO承担进料调节和体积缩减，ED执行离子选择性富集和最终精修。

最终锂产品（S3）分析显示，富锂溶液占主导，其次是LiOH，较少为Li₂CO₃。26%的顶级专利以LiOH为最终产品，反映高能量阴极化学品需求增长。转化路径包括：通过BMED和锂选择性膜系统的电驱动转化生产LiOH；通过富集后沉淀或碳酸化获得Li₂CO₃。

资源多元化（S4）分析表明，传统卤水仍占主导，但非常规资源兴趣增长。地热卤水、工业废水和油田采出水成为近中期更可行的目标，而海水因极低锂浓度仍受显著制约。

未来展望：面向混合、资源自适应和产品导向的DLE架构

该部分总结了电化学DLE系统演进的主导主题：混合反应器设计与多步集成工艺主导创新格局；膜集成系统展现高度通用性和连接性；产品分布从富锂中间体向LiOH生产转变；资源利用仍以传统卤水为主，但非常规资源关注度上升。这些模式表明电化学DLE正从材料中心优化转向系统工程，性能由集成过程的协调定义。未来DLE将向混合、模块化和资源自适应处理系列演进，以电化学集成为中心。

局限性

该部分讨论了研究的局限性。电化学和混合膜系统尚需进一步开发和规模化验证；吸附和离子交换基DLE系统代表最成熟和商业验证的方法。高盐度卤水的处理面临膜结垢、寄生副反应和电极失活等挑战。专利分析仅提供技术进展的部分视角，并非所有创新都申请专利，且专利指标受战略因素影响。未来研究应采用专利数据与学术文献、行业报告和政策分析相结合的多源方法，并通过中试研究、真实卤水测试、技术经济和生命周期评估进行验证。

结论

该部分总结了主要研究发现。全球DLE专利活动自2018年以来显著增长，创新格局工业驱动且地理集中。电化学DLE被识别为扩散最快的技术。文本挖掘揭示了从单一工艺向集成多功能系统的转变。SPPR框架揭示了以下趋势：（i）混合反应器配置与多阶段处理路径主导当前发展；（ii）膜集成系统展现高度灵活性；（iii）从富锂溶液向LiOH生成的转变；（iv）资源利用仍以传统卤水为主，但非常规资源关注度上升。这些趋势表明电化学过程正推动向模块化、混合化和闭环锂提取系统的转型。未来DLE将向以电化学集成为中心的混合、模块化和资源自适应处理系列演进，但需通过长期稳定性研究、真实卤水测试和全面技术经济评估进行验证。