电解金属锰的专利分析与展望

文 蓉，甘利华，杨 勇，陈南雄，刘作华，陶长元

(1. 西南大学图书馆，重庆 400715； 2. 西南大学化学化工学院，重庆 400715； 3. 中信大锰矿业有限责任公司，广西 南宁 530029； 4. 重庆大学化学化工学院，重庆 630047)

电解金属锰的专利分析与展望

文 蓉1，甘利华2，杨 勇3，陈南雄3，刘作华4，陶长元4

(1. 西南大学图书馆，重庆 400715； 2. 西南大学化学化工学院，重庆 400715； 3. 中信大锰矿业有限责任公司，广西 南宁 530029； 4. 重庆大学化学化工学院，重庆 630047)

电解金属锰的相关产品或过程具有重要的基础研究和应用研究价值。检索了自1990年以来在电解金属锰领域的论文和专利，从文献计量学的角度分析了电解金属锰的研究现状和发展趋势。中国在电解金属锰领域有雄厚的研发基础，电解金属锰领域已经从基础研究走向应用研究;需要更加重视专利申请,维护潜在的经济利益；需要进一步强化含锰材料在新型电池、超级电容器以及金属合金领域的研发,争取在基础研究和应用研究上都取得突破。

电解金属锰；文献计量学；研究现状；发展趋势

0 前 言

金属锰性质活泼、熔点较低，因而直接使用的场合并不多。但是，与铁形成合金之后，根据锰的含量不同，可以得到多种机械性能的合金并大大改善铁的理化性质，因而广泛应用于各种金属合金的生产中[1]。二氧化锰是一种重要的化工原料，不但可以直接用于电池、合成工业、玻璃工业、搪瓷工业等，还可用于制造金属锰、特种合金和铁氧体等，因而在建筑、航天等领域都有广泛的用途[2-3]。硫酸锰是生产电解金属锰(以下简称为：金属锰)、其他锰盐和锰氧化物的重要中间产品，广泛应用于能源、医药、化肥、饲料、食品、造纸、催化剂等行业。

通过各种化学反应还可以将金属锰、二氧化锰和硫酸锰转化成各种相关的化工材料，可以说，金属锰、二氧化锰、硫酸锰以及其他与之相关的锰源材料已经广泛渗透到国民经济的各个领域[4-6]。

金属锰及其相关的化学物质的种类繁多,用途也极其多样化，不可能一一列举和讨论,然而，金属锰、二氧化锰和硫酸锰是这些化学物质的关键物种，在研究金属锰及其各种化合物的制备和应用过程中,研究人员通常会将锰(含二氧化锰或硫酸锰)作为主题词之一。另外，由于金属锰、二氧化锰和硫酸锰的价态不同，在相关化学反应中，通常会涉及到电解。因此，“电解”这一术语也是相关研发人员在发表研究成果时常常采用的主题词之一。

鉴于以上原因，本文采用电解锰为主题词，检索了1990-2016年的科技论文和专利。在阅读、分析相关论文和专利的基础上，进行了二次检索，在文献计量学的帮助下，理清了电解锰的研究现状和发展动态。

1 检索平台与方法

目前，世界上系统的科技文献检索平台之一是由Thomson Reuters公司开发的Web of Science。这一检索平台有两个功能：a可较为全面系统地查阅到某个领域的文献量及其发表刊物、出版年、标题等关键信息；b可检索到论文受到引用的情况，从而评估或跟踪该篇或该类论文受到的关注程度以及相应主题的最近研究进展。这两大功能为研究人员全面掌握学科发展动态提供了可能。对于电解锰领域，相当部分研究人员将研究成果以专利的形式出现。因此，要了解和把握全面的信息，需要检索专利。目前，系统和有效的专利检索平台之一是中国国家知识产权局的专利检索及分析平台。因此，本文讨论所依据的数据源来自于Web of Science和国家知识产权局的专利检索及分析平台。

2 论文的检索结果与分析

测试性检索结果显示，在电解锰这个领域,全球在各个时段发表的论文中，中国、美国等11个国家(地区)发表的论文总数在20世纪90年代就占83%以上，且这个比例近年增加到90%以上，因此，要了解和掌握电解锰这个行业的研究动态和发展趋势，分析这11个国家(地区)的数据即可。表1是检索主题词为电解和时得到的检索结果。

从表1可以看出：在20世纪90年代，单就发表的论文而言，日本、美国、法国和中国台湾占据前4位，中国大陆仅排第5位。在2001-2010年这10年，中国大陆发表的论文数为281篇，超过日本、美国、法国和中国台湾而位居第1；在2011-2016年，中国大陆发表的论文数为744篇，是美国、日本、韩国、法国、印度和德国的总和。相反，日本由20世纪90 年代的第1变为本世纪初的第3，最近几年滑落到第6。美国则在所有时段都排第2位。整体上看，在1990-2016年这27年里，以上11个国家(地区)发表的论文中，以锰和电解为主题词的论文为3 319篇。其中，中国发表论文最多，为1 055篇；其次是美国，为509篇，大约是中国的50%；第3是日本，为351篇，接下来是韩国、法国和印度，为200多篇。这些数据表明，就论文的体量而言，中国是最重要的研发国家，其次是美国和日本。

表1 全球主要国家(地区)自1990-2016年在电解锰领域发表论文的影响因子

注：发表论文数n、被引用次数nc、平均引用频次anc以及高引文数nhc。

就论文的质量而言，中国大陆在20世纪90 年代发表的论文的被引频次只有13.4次/篇,仅略超印度。21世纪初的10年中，中国大陆发表的论文的被引频次为30.5次/篇，相较之前有大大改观，处于主流国家(地区)的中上游水平。从高引用论文数可以看出，中国的总数是23篇，占全球总数的46%，其次是美国，为15篇；接下来是加拿大和日本，分别为4篇和3篇。

综合论文的体量和质量，可以得到的结论是，在电解锰领域，目前中国、美国和日本是3个最具有研发实力的国家。这种变化的主要原因如下：a中国近些年来的基础研究和应用研究都得到大大强化，研发的人力、物力投入快速增加，尤其是这种关乎国家经济建设的领域，研发投入的增幅空前；b美国在基础研究领域以及在信息、电子技术领域处于世界领先地位，但是在这种传统的应用型行业，其重视程度远远不及中国；c日本、德国、英国、韩国和法国等主要发达国家的锰资源远远不及中国的丰富，研发动力没有中国的强劲。从最近几年的情况看，中国与包括美国在内的西方国家相比，中国科研人员发表的论文数量与其他国家之间有进一步拉大的趋势。可以说，中国在电解锰的基础研究实力已经处于世界领先地位。

3 专利检索结果与分析

电解锰既是一块基础研究的热土，也是应用研究的主战场之一，要把握电解锰的研发现状和发展趋势，需要检索和分析基础研究和应用研究两方面的研究成果。在电解锰领域,从事基础研究的科研人员乐于以论文的形式发表研究成果，从事应用研究的科研人员趋向于申请专利，旨在保护知识产权。因此，要评估一个国家或地区在电解锰的基础研究能力和应用技术开发能力，除了检索发表的论文以外，还需要检索专利情况。1990-2016年有关电解锰的国外专利数见表2。

表2 1990-2016年有关电解锰的国外专利数

从表2可以看出：美国的专利数居首，为1 341件，比日本和欧洲专利件数的总和都多。中国的专利则远远少于美国和日本的。对于中国，在20世纪90年代，专利数为0，2010年以后开始重视专利申请，近几年的专利申请数量快速增长，排第2，与美国的差距大大缩小。由表1可知，中国科研人员在电解锰的论文数雄踞第1且与第2、第3的差距很大。而从表2可以看出，中国科研人员申请的专利数与美国和日本相比，还有很大的差距。鉴于近几年中国更加重视知识产权保护和电解锰的研究和开发，几年内有望超越日本，直追美国。

对比表1～2可知，在20世纪90年代，日本发表的论文数居首，专利数也居首；中国的论文数不多，专利申请件数为0。自2011以来，中国的专利有了快速的增长，但是，美国在论文只有中国的大约1/3的情况下，专利却超过中国的3倍；日本的论文只有中国的大约1/8，但是专利是中国同期的45%；其他的发表论文少的国家或地区，专利也少。由上可以看出：一个国家或地区的专利申请数与论文发表数之间成正相关关系，表明基础研究(成果主要以论文形式出现)是应用研究(成果主要以专利形式出现)的必要前提。对我国的启示是，在继续重视基础研究的同时，需要同时重视应用研究；美国和日本尽管在这些传统的基础研究领域的投入在减少，但是在关乎潜在经济利益的专利申请上，其重视程度远远超过中国。整体上看，中国需要进一步强化专利申请以便保护我们的利益。

4 发展态势

从发表的论文的总量看，金属锰、锰盐、锰的氧化物以及其他含锰化合物的合成方法和技术已经研究得很深入，相关物质已经广泛应用于工农业生产。从近几年来看，除了中国之外，世界范围内的基础研究有所减弱。然而，这并不意味电解锰的相关产品没有更大的应用前景。实际上，这是材料研究领域的普遍现象，即当研究进入成熟阶段时，会从基础研究阶段转向应用研究阶段，这个转折期会面临更多更复杂的科学技术难题而成为研究的瓶颈期。相应的研究活动会有所减少，但是，正是有了前期的研究积累，瓶颈期也正是一个润育新的学术或技术突破的时期。从产业看，我们是全球最大的电解锰生产国、出口国和消费国[7],锰矿资源也相对丰富，也有如中信大锰矿业有限责任公司为代表的锰系产品生产与研发的大型跨国企业集团。可以说，有资源和产业支撑以及国家的大力支持，中国有望在电解锰领域的研究取得突破，领先于世界的国家。

关于锰领域，就检索的论文和专利看，具有重要学术研究价值或应用前景的方向包含如下3个。

1) 特种合金材料：钢材是使用最广泛的金属材料，而锰是调节钢材性能的最重要的合金元素，研究铁锰合金的形成、结构以及工艺对钢材性能的影响，理解结构与性能关系，从而生产出符合特殊性能的合金材料具有重要的实际应用价值，也可能在合金的生产和加工上获得认识上的突破。

2) 锂离子电池材料：锂离子电池已经大量应用于电动汽车，锂离子电池材料中的关键组分之一是硫酸锰。然而, 硫酸锰的杂质对电池性能的影响极大。因此，研发高效率低成本的制备高纯度硫酸锰的方法具有重要的应用研究价值[8-9]。

3) 超级电容器：超级电容器具有高的能量密度和功率密度且结构简单、充放电快速、环境友好和循环寿命长等多方优势，是具有重要研发前景的储能装置[10]。二氧化锰由于储量丰富，价格低廉且有丰富的价态和结构，被广泛应用于超级电容器的研制中[11-12]。

5 结 语

根据论文和专利检索结果可以看出：电解锰的研究已经进行得相当广泛,电解锰的相关产品或过程已经广泛应用于生产生活的各个领域；美国、日本为代表的西方国家在电解锰的研究强度在弱化，而中国则在强化，有望在几年之后，中国在电解锰的基础研究能力和应用研究能力都赶超日本和美国而处于领先地位；电解锰业已经从基础研究走向应用研究，在这一阶段，我国在继续重视基础研究的同时，需要进一步强化应用技术开发并重视专利申请，保护我国潜在的经济利益。

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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

国家科技支撑计划项目(2015BAB17B00)

文蓉(1978-)，女，重庆丰都人，馆员，研究方向：文献资源检索与利用，电话：023-68252817，E-mail：wen6@swu.edu.cn.

TF792

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.02.033