中国锂产业技术态势研究——基于CiteSpace知识图谱分析

黄 洁，倪诚蔚，普康晶

(云南省科学技术情报研究院，昆明 650051)

锂(Li)是化学元素周期表中的第一个金属元素，在地壳中的含量约为0.006 5%，具备比重小、比热大、膨胀系数低等优良特性，被广泛应用到电池、玻璃、陶瓷、润滑剂、空气处理、铝冶炼等领域[1-2]。随着中国新材料、新能源、医药等新兴产业的蓬勃发展，锂作为《全国矿产资源规划(2016—2020年)》中的稀缺新兴矿产资源之一[3]，需求量持续增加，相关产业技术创新也随之提升，未来发展前景广阔。

1 研究方法与研究数据

1.1 研究数据筛选

文献来源于CNKI(知网)数据库，采用主题检索方法，检索策略为：主题=锂，检索时间范围为2017年1月1日至2021年8月31日，选取学术期刊、学位论文和成果，进行检索，并去除外文文献，共得到22 033篇文献数据。

1.2 研究方法

文献计量学以文献体系和文献计量特征为研究对象，采用数学、统计学等计量方法，研究文献情报的分布结构、数量关系、变化规律和定量管理，并进而探讨科学技术的某些结构、特征和规律[4]。CiteSpace软件是由陈超美教授基于Java语言和引文分析理论而开发的一款信息可视化软件。CiteSpace 能够将大量文献数据通过一种多元、分时和动态的引文分析可视化语言，转变成特征明显的知识图谱，使用者可以清晰地看到某领域的发展历程和趋势[5]。本研究通过文献计量学方法，采用CiteSpace软件对CNKI数据库中2017—2021年有关锂产业技术创新领域的文献进行统计分析，根据发文量、机构、国家及关键词等信息，绘制形成可视化网络图谱，梳理中国锂产业科技创新领域研究现状、热点和趋势。

2 分析与结果

2.1 论文基础分析

从数据上来看(图1)，近5年，锂产业领域在CNKI发文量，除2019年略有下降外，总体呈小幅度平稳上升趋势，说明国内该领域研究一直在持续跟进，技术的热点进一步明确，且研究已趋于理性和成熟，不再单纯追求数量的快速增长。

图1 2017—2021年锂产业领域文献发文量

从发文机构来看(图2)，2017—2021年，发文前10的研究机构分别是哈尔滨工业大学、中国科学院大学、华南理工大学、上海交通大学、中国科学技术大学、昆明理工大学、清华大学、武汉理工大学、中南大学和浙江大学。可以看出，锂产业研究领域中，相关的研究主要集中在高校，且大部分为理工科类高校。

图2 2017—2021年锂产业领域主要研究机构的发文量

2.2 技术主题聚类分析

使用CiteSpace对22 033篇被引前50的文献进行技术主题词和关键词共现分析，采用一年的时间为切割点，经过减枝，对搜索文献进行聚类分析，得到图3，Modularity(Q值)为0.628 2，Q>0.3；Silhouette(S)为0.793 6，S>0.7，足以证明该数据集聚类结构显著，且聚类是令人信服的。得到的9个聚类分别是#0锂电池、#1锂离子电池、#2碳酸锂、#3正极材料、#4锂枝晶、#5荷电状态、#6回收、#7力学性能、#8超级电容器。聚类标签为#，聚类编号数字越小，说明聚类技术主题涵盖技术布局越完整。

图3 锂产业领域技术主题聚类

9个聚类表示从2017年到2021年，国内锂产业领域相关文献研究中涉及的最主要关注方向，展现了国内锂产业研究领域的热点方向。为分析技术的演化过程，在生成关键词和主题词共现聚类图谱之后，将聚类编号作为Y轴，引文发表年份作为X轴，就可以布局得到共现词网络的时间线图谱，其中的技术点可以清楚地显示出近年来锂产业领域的技术研究与应用情况。

图4 锂产业领域技术演变时间图

时间线图谱可以展现各个聚类(即子领域)发展演变的时间跨度和研究进程，以及各个聚类下的技术热点。从图4可以看出，6个聚类(#1锂离子电池、#2碳酸锂、#3正极材料、#4锂枝晶、#5荷电状态、#6回收)的研究从2017年一直持续到了2021年；2个聚类(#7力学性能、#8超级电容器)的研究持续到2020年，说明这些技术一直是该领域研究热点；而1个聚类(#0锂电池)研究停止在2019年，说明锂电池技术已相对成熟，不再是现阶段的研究重点。对CNKI数据库中锂产业领域文献相关技术主题聚类进行统计分析，将技术点关键词按中心度从高到低的顺序排列(中心度越高代表该技术关键词在数据集中重要性越高)，去除中心度为0的关键词，保留与锂产业领域关联较大的技术点，得到表1。

表1 CNKI数据库锂产业技术主题研究热点统计

根据表1的研究热点分析，2017—2021年，CNKI数据库中关于锂产业研究热点涉及上游资源提取、中游化工产品开发、下游工业应用整个产业链。

3 研究结论

结合共现词网络和技术热点关键词分析，可以将目前锂产业相关技术领域的研究现状分为3类：一是提锂技术的研究，包括从卤水和锂辉石提取；二是锂离子电池的研究，包括电池材料的制备、开发、优化、安全性能以及回收研究；三是在医药领域的应用，主要集中在碳酸锂对精神类疾病和甲状腺功能亢进治疗研究。

3.1 提锂技术的研究

提锂技术作为锂产业的上游环节，对于整个产业的发展至关重要。目前，锂矿石和盐湖卤水是提锂的主要原料[6]。CNKI数据库中，矿石提锂的研究热点为硫酸焙烧法、硫酸盐焙烧法、石灰石焙烧法、氯化焙烧法等矿石(锂云母和锂辉石)提锂技术研究[7-8]；卤水提锂的研究热点主要集中于沉淀法、溶剂萃取法、吸附法、膜法等盐湖卤水提锂技术研究[9-10]。

3.2 锂离子电池的研究

随着工业化进程推进，环境污染问题日益尖锐，可再生能源及能源存储技术的研究与开发迫在眉睫。锂离子电池 (LIB) 具有比能量高、低自放电、循环性能好、无记忆效应和绿色环保等优点，是目前最具发展前景的高效二次电池和发展最快的化学储能电源[11]。CNKI数据库中，锂离子电池的研究重点主要涉及电池材料的开发与优化、电池安全性能及电池回收3个方面。

3.2.1 锂离子电池材料的开发与优化研究

锂离子电池由正极、负极、隔膜和电解液构成[11]。从论文来看，有关锂离子电池材料的研究内容主要包括磷酸铁锂(LiFePO4)、钴酸锂(LiCoO2)、镍锰酸锂(LiNi0.5Mn1.5O4)等锂离子电池正极材料制备及性能强化研究[12-14]，锂离子电池用碳负极材料(石墨材料、无定形碳材料)及非碳质材料(钛酸锂)性能研究[15-16]，聚烯烃隔膜、静电纺纳米纤维隔膜、耐高温隔膜材料的制备与性能研究等[17-19]。

3.2.2 锂离子电池的安全性研究

随着锂离子电池在动力、储能等领域的广泛应用，电池的安全性已成为一个重点研究方向。然而，合理有效的电池管理系统和及时的预警技术是保证锂离子电池安全、可靠、高效持久运行的关键。电池管理系统主要研究内容涉及多时间尺度下锂离子电池状态监测技术研究、新能源电动汽车锂离子电池热管理系统关键技术研究、智能汽车应用嵌入式锂离子电池管理系统研究、动力锂离子电池应用于轨道交通车辆的安全设计研究等[20-23]。预警性能主要研究内容涉及分布式储能系统锂离子电池在低压条件下燃烧失控风险预警模型的构建与研究、依据气体的析出特性对锂离子电池热失控实施在线预警的方法研究、基于无迹卡尔曼滤波及改进模型的锂离子电池荷电状态(SOC)评估研究等[24-26]。

3.2.3 锂离子电池的回收研究

废旧的锂离子有资源再利用的价值，电池中正极负极材料、电解液均有回收价值，主要包括正极材料的预处理、酸浸、碱浸出与材料再生，钴镍、石墨和铜箔回收、电解液回收，该领域主要研究内容包括废旧锂离子电池三元正极材料绿色环保回收技术研究、废旧锂离子电池磷酸铁锂正极材料回收再利用技术研究、废旧锂离子电池有价值金属(锰、锂、钴等)回收技术研究、热力学研究在锂离子电池正极材料回收中的应用研究等[27-30]。

3.3 医药领域的应用

碳酸锂是一种抗狂躁症药物，主要用于治疗狂躁性精神分裂症，临床可以应用小剂量治疗甲亢。CNKI数据库中，碳酸锂作为一个良好的备用药，在相应的疾病领域均有热点研究。碳酸锂治疗双相情感障碍的研究范围包括碳酸锂与其他药物(氯氮平、喹硫平、利培酮、阿立哌唑等)联合治疗双相情感障碍躁狂症患者的临床效果与转归研究等[31-34]。碳酸锂治疗甲状腺功能亢进的研究范围包括甲亢患者服用碳酸锂后甲状腺摄碘率变化研究、碳酸锂应用于131I治疗Graves病的研究等[35-36]。

综上，CNKI数据库中对锂相关产业的研究呈链式结构，从提取到下游的应用均有涉及，且涉及面不仅局限于绿色能源——电池产业，对于顽固型的精神类疾病和甲状腺功能亢进同样具有药用开发价值，而对于电池的制备、应用和回收再利用，在推行绿色能源的今天，拥有广阔的研究与应用前景。

4 启示与建议

4.1 强化顶层设计，完善政策扶持

一是加强战略谋划和顶层设计，从国家层面制定锂产业发展的近期和中长期规划，明确发展方向和目标，合理布局，引导产业科学、可持续发展。二是完善政策体系，创新财政支持锂产业发展体制机制，设立专项基金对锂产业重大投资项目及产业化给予重点支持；制定配套财政政策，拓宽资金渠道，引导社会资本投入，搜集优质项目，激发金融机构、大型企业以及民间资本参与投资的积极性；对符合条件的产业园区、产业技术应用示范工程等给予适当政策资源倾斜和资金补助；贯彻落实国家高新技术企业、科技成果转移转化、科研人员奖励等相关奖补、优惠政策。

4.2 强化产学研合作，推动区域合作

一是强化产学研合作，发挥重点科研院所、头部企业的带动作用，加强锂产业链的基础研究科技攻关；创新产学研合作模式，推动创新主体间的深度融合。二是推动跨区域间政企合作，借助能源材料行业协会等专业机构的资源聚集效应，打造锂产业战略联盟；充分发挥东部沿海发达地区技术、资金和人才等优势创新要素，将其与西部资源和能源双丰富优势相结合，共同推动协同创新和开放创新。三是设立国家级锂产业创新平台，重点关注关键材料技术研发，并加大科研院所、高校等在相关领域的前沿技术研发投入，加强核心技术专利布局；搭建标准化、国际化的第三方检测平台，提升性能评价的效率与可靠性。

4.3 强化人才支撑，做实人才保障

一是建立多层次、多类型的产业人才引进、培养和服务体系；加强专业学位教育和继续教育，支持有条件的高等院校开设相关紧缺专业，组织开展引才专场，建立长期锂产业人才供需合作关系；推动中高等职业学校与头部企业、重点企业共建产业学院，个性化、订单式培养企业急需的产业技能人才，根据校企共同制订的教学计划，实行工学交替，实现“招生及招工，进校则进企”，培养校企无缝对接技能人才。二是建设产业专业库，建立专家储备机制和管理制度，通过“一人一策”的方式引进一批世界知名的锂产业领域科学家及团队，给予相应的科研经费和安家补贴，在签证、社保医保、子女入学方面提供相应保障。