電解金屬錳的專利分析與展望

文 蓉，甘利華，楊 勇，陳南雄，劉作華，陶長元

(1. 西南大學圖書館，重慶 400715； 2. 西南大學化學化工學院，重慶 400715； 3. 中信大錳礦業有限責任公司，廣西 南寧 530029； 4. 重慶大學化學化工學院，重慶 630047)

電解金屬錳的專利分析與展望

文 蓉1，甘利華2，楊 勇3，陳南雄3，劉作華4，陶長元4

(1. 西南大學圖書館，重慶 400715； 2. 西南大學化學化工學院，重慶 400715； 3. 中信大錳礦業有限責任公司，廣西 南寧 530029； 4. 重慶大學化學化工學院，重慶 630047)

電解金屬錳的相關產品或過程具有重要的基礎研究和應用研究價值。檢索了自1990年以來在電解金屬錳領域的論文和專利，從文獻計量學的角度分析了電解金屬錳的研究現狀和發展趨勢。中國在電解金屬錳領域有雄厚的研發基礎，電解金屬錳領域已經從基礎研究走向應用研究;需要更加重視專利申請,維護潛在的經濟利益；需要進一步強化含錳材料在新型電池、超級電容器以及金屬合金領域的研發,爭取在基礎研究和應用研究上都取得突破。

電解金屬錳；文獻計量學；研究現狀；發展趨勢

0 前 言

金屬錳性質活潑、熔點較低，因而直接使用的場合并不多。但是，與鐵形成合金之后，根據錳的含量不同，可以得到多種機械性能的合金并大大改善鐵的理化性質，因而廣泛應用于各種金屬合金的生產中[1]。二氧化錳是一種重要的化工原料，不但可以直接用于電池、合成工業、玻璃工業、搪瓷工業等，還可用于制造金屬錳、特種合金和鐵氧體等，因而在建筑、航天等領域都有廣泛的用途[2-3]。硫酸錳是生產電解金屬錳(以下簡稱為：金屬錳)、其他錳鹽和錳氧化物的重要中間產品，廣泛應用于能源、醫藥、化肥、飼料、食品、造紙、催化劑等行業。

通過各種化學反應還可以將金屬錳、二氧化錳和硫酸錳轉化成各種相關的化工材料，可以說，金屬錳、二氧化錳、硫酸錳以及其他與之相關的錳源材料已經廣泛滲透到國民經濟的各個領域[4-6]。

金屬錳及其相關的化學物質的種類繁多,用途也極其多樣化，不可能一一列舉和討論,然而，金屬錳、二氧化錳和硫酸錳是這些化學物質的關鍵物種，在研究金屬錳及其各種化合物的制備和應用過程中,研究人員通常會將錳(含二氧化錳或硫酸錳)作為主題詞之一。另外，由于金屬錳、二氧化錳和硫酸錳的價態不同，在相關化學反應中，通常會涉及到電解。因此，“電解”這一術語也是相關研發人員在發表研究成果時常常采用的主題詞之一。

鑒于以上原因，本文采用電解錳為主題詞，檢索了1990-2016年的科技論文和專利。在閱讀、分析相關論文和專利的基礎上，進行了二次檢索，在文獻計量學的幫助下，理清了電解錳的研究現狀和發展動態。

1 檢索平臺與方法

目前，世界上系統的科技文獻檢索平臺之一是由Thomson Reuters公司開發的Web of Science。這一檢索平臺有兩個功能：a可較為全面系統地查閱到某個領域的文獻量及其發表刊物、出版年、標題等關鍵信息；b可檢索到論文受到引用的情況，從而評估或跟蹤該篇或該類論文受到的關注程度以及相應主題的最近研究進展。這兩大功能為研究人員全面掌握學科發展動態提供了可能。對于電解錳領域，相當部分研究人員將研究成果以專利的形式出現。因此，要了解和把握全面的信息，需要檢索專利。目前，系統和有效的專利檢索平臺之一是中國國家知識產權局的專利檢索及分析平臺。因此，本文討論所依據的數據源來自于Web of Science和國家知識產權局的專利檢索及分析平臺。

2 論文的檢索結果與分析

測試性檢索結果顯示，在電解錳這個領域,全球在各個時段發表的論文中，中國、美國等11個國家(地區)發表的論文總數在20世紀90年代就占83%以上，且這個比例近年增加到90%以上，因此，要了解和掌握電解錳這個行業的研究動態和發展趨勢，分析這11個國家(地區)的數據即可。表1是檢索主題詞為電解和時得到的檢索結果。

從表1可以看出：在20世紀90年代，單就發表的論文而言，日本、美國、法國和中國臺灣占據前4位，中國大陸僅排第5位。在2001-2010年這10年，中國大陸發表的論文數為281篇，超過日本、美國、法國和中國臺灣而位居第1；在2011-2016年，中國大陸發表的論文數為744篇，是美國、日本、韓國、法國、印度和德國的總和。相反，日本由20世紀90 年代的第1變為本世紀初的第3，最近幾年滑落到第6。美國則在所有時段都排第2位。整體上看，在1990-2016年這27年里，以上11個國家(地區)發表的論文中，以錳和電解為主題詞的論文為3 319篇。其中，中國發表論文最多，為1 055篇；其次是美國，為509篇，大約是中國的50%；第3是日本，為351篇，接下來是韓國、法國和印度，為200多篇。這些數據表明，就論文的體量而言，中國是最重要的研發國家，其次是美國和日本。

表1 全球主要國家(地區)自1990-2016年在電解錳領域發表論文的影響因子

注：發表論文數n、被引用次數nc、平均引用頻次anc以及高引文數nhc。

就論文的質量而言，中國大陸在20世紀90 年代發表的論文的被引頻次只有13.4次/篇,僅略超印度。21世紀初的10年中，中國大陸發表的論文的被引頻次為30.5次/篇，相較之前有大大改觀，處于主流國家(地區)的中上游水平。從高引用論文數可以看出，中國的總數是23篇，占全球總數的46%，其次是美國，為15篇；接下來是加拿大和日本，分別為4篇和3篇。

綜合論文的體量和質量，可以得到的結論是，在電解錳領域，目前中國、美國和日本是3個最具有研發實力的國家。這種變化的主要原因如下：a中國近些年來的基礎研究和應用研究都得到大大強化，研發的人力、物力投入快速增加，尤其是這種關乎國家經濟建設的領域，研發投入的增幅空前；b美國在基礎研究領域以及在信息、電子技術領域處于世界領先地位，但是在這種傳統的應用型行業，其重視程度遠遠不及中國；c日本、德國、英國、韓國和法國等主要發達國家的錳資源遠遠不及中國的豐富，研發動力沒有中國的強勁。從最近幾年的情況看，中國與包括美國在內的西方國家相比，中國科研人員發表的論文數量與其他國家之間有進一步拉大的趨勢。可以說，中國在電解錳的基礎研究實力已經處于世界領先地位。

3 專利檢索結果與分析

電解錳既是一塊基礎研究的熱土，也是應用研究的主戰場之一，要把握電解錳的研發現狀和發展趨勢，需要檢索和分析基礎研究和應用研究兩方面的研究成果。在電解錳領域,從事基礎研究的科研人員樂于以論文的形式發表研究成果，從事應用研究的科研人員趨向于申請專利，旨在保護知識產權。因此，要評估一個國家或地區在電解錳的基礎研究能力和應用技術開發能力，除了檢索發表的論文以外，還需要檢索專利情況。1990-2016年有關電解錳的國外專利數見表2。

表2 1990-2016年有關電解錳的國外專利數

從表2可以看出：美國的專利數居首，為1 341件，比日本和歐洲專利件數的總和都多。中國的專利則遠遠少于美國和日本的。對于中國，在20世紀90年代，專利數為0，2010年以后開始重視專利申請，近幾年的專利申請數量快速增長，排第2，與美國的差距大大縮小。由表1可知，中國科研人員在電解錳的論文數雄踞第1且與第2、第3的差距很大。而從表2可以看出，中國科研人員申請的專利數與美國和日本相比，還有很大的差距。鑒于近幾年中國更加重視知識產權保護和電解錳的研究和開發，幾年內有望超越日本，直追美國。

對比表1～2可知，在20世紀90年代，日本發表的論文數居首，專利數也居首；中國的論文數不多，專利申請件數為0。自2011以來，中國的專利有了快速的增長，但是，美國在論文只有中國的大約1/3的情況下，專利卻超過中國的3倍；日本的論文只有中國的大約1/8，但是專利是中國同期的45%；其他的發表論文少的國家或地區，專利也少。由上可以看出：一個國家或地區的專利申請數與論文發表數之間成正相關關系，表明基礎研究(成果主要以論文形式出現)是應用研究(成果主要以專利形式出現)的必要前提。對我國的啟示是，在繼續重視基礎研究的同時，需要同時重視應用研究；美國和日本盡管在這些傳統的基礎研究領域的投入在減少，但是在關乎潛在經濟利益的專利申請上，其重視程度遠遠超過中國。整體上看，中國需要進一步強化專利申請以便保護我們的利益。

4 發展態勢

從發表的論文的總量看，金屬錳、錳鹽、錳的氧化物以及其他含錳化合物的合成方法和技術已經研究得很深入，相關物質已經廣泛應用于工農業生產。從近幾年來看，除了中國之外，世界范圍內的基礎研究有所減弱。然而，這并不意味電解錳的相關產品沒有更大的應用前景。實際上，這是材料研究領域的普遍現象，即當研究進入成熟階段時，會從基礎研究階段轉向應用研究階段，這個轉折期會面臨更多更復雜的科學技術難題而成為研究的瓶頸期。相應的研究活動會有所減少，但是，正是有了前期的研究積累，瓶頸期也正是一個潤育新的學術或技術突破的時期。從產業看，我們是全球最大的電解錳生產國、出口國和消費國[7],錳礦資源也相對豐富，也有如中信大錳礦業有限責任公司為代表的錳系產品生產與研發的大型跨國企業集團。可以說，有資源和產業支撐以及國家的大力支持，中國有望在電解錳領域的研究取得突破，領先于世界的國家。

關于錳領域，就檢索的論文和專利看，具有重要學術研究價值或應用前景的方向包含如下3個。

1) 特種合金材料：鋼材是使用最廣泛的金屬材料，而錳是調節鋼材性能的最重要的合金元素，研究鐵錳合金的形成、結構以及工藝對鋼材性能的影響，理解結構與性能關系，從而生產出符合特殊性能的合金材料具有重要的實際應用價值，也可能在合金的生產和加工上獲得認識上的突破。

2) 鋰離子電池材料：鋰離子電池已經大量應用于電動汽車，鋰離子電池材料中的關鍵組分之一是硫酸錳。然而, 硫酸錳的雜質對電池性能的影響極大。因此，研發高效率低成本的制備高純度硫酸錳的方法具有重要的應用研究價值[8-9]。

3) 超級電容器：超級電容器具有高的能量密度和功率密度且結構簡單、充放電快速、環境友好和循環壽命長等多方優勢，是具有重要研發前景的儲能裝置[10]。二氧化錳由于儲量豐富，價格低廉且有豐富的價態和結構，被廣泛應用于超級電容器的研制中[11-12]。

5 結 語

根據論文和專利檢索結果可以看出：電解錳的研究已經進行得相當廣泛,電解錳的相關產品或過程已經廣泛應用于生產生活的各個領域；美國、日本為代表的西方國家在電解錳的研究強度在弱化，而中國則在強化，有望在幾年之后，中國在電解錳的基礎研究能力和應用研究能力都趕超日本和美國而處于領先地位；電解錳業已經從基礎研究走向應用研究，在這一階段，我國在繼續重視基礎研究的同時，需要進一步強化應用技術開發并重視專利申請，保護我國潛在的經濟利益。

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Patent Analysis and Prospect of EMM

WEN Rong1, GAN Lihua2, YANG Yong3, CHEN Nanxiong3, LIU Zuohua4, TAO Changyuan4

(1.LibraryofSouthwestUniversity,Chongqing400715,China; 2.SchoolofChemicalandChemicalEngineering,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China; 3.CITICDamengMiningIndustriesLimited,Nanning,Guangxi530029,China; 4.SchoolofChemicalandChemicalEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing630047,China)

Some related products or processes in electrolytic manganese are of their important basic research and applied research value. Papers and patents in the field of electrolytic manganese have since 1990 reviewed and analyzed to clarify the research status and development trend of electrolytic manganese from the perspectives. The conclusion and suggestions are below: China has a powerful R&D strength in the field of electrolytic manganese and the field of electrolytic manganese has turned from basic research to application-oriented research; China needs to pay more attention on patent applications for our future economic benefits; China needs to strengthen R&D strength of manganese-containing materials in new battery, supercapacitor and metal alloy to make some breakthroughs in both academic research and application research.

Electrolytic manganese; Bibliometrics; Research status; Development trend

2016-10-24

國家科技支撐計劃項目(2015BAB17B00)

文蓉(1978-)，女，重慶豐都人，館員，研究方向：文獻資源檢索與利用，電話：023-68252817，E-mail：wen6@swu.edu.cn.

TF792

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.02.033