《镍杂志》第38卷，2023年，第3期

镍杂志 关于 镍及其应用的专业 杂志 《镍杂志》第38卷，2023年，第3期

镍引领未来 镍在可充电航空电池中的 应用

Stanley Whittingham 博士电池访谈

商业纯镍： 优秀的耐腐蚀性

MODJESKI AND MASTERS

案例研究29 爱荷华-伊利诺伊纪念大桥 这是爱荷华州和伊利诺伊州有史以来最大的投资项目之一。这个价值 10 亿美元项目的重点考虑是什么？建造一座设计寿命为100年的桥梁， 创造一个标志性地标建筑，改造和美化阔德城的滨河地带。 原来的双桥已不能有效应对繁华 方法。Lunda公司启用了两台最高

地区日益增长的交 通负荷。第一 的独立式塔式起重机（400 英尺高， 座桥始建于 20 世纪 30 年代，然

曾在中西部建造桥梁时使用），以

有路肩，车道宽度也不符合现代

建 造 一 座 24 5 英 尺 高 的 提 篮 把

ISSDA

后在 1959 年形成 双桥。该 桥没

拱 桥由 A S T M A70 9 H P S 7OW 和 ASTM A709 HPS50W 含镍钢构成，用 含氟聚合物涂层系统涂覆。桥锚和联 接螺母采用 2507（UNS S32750）双相 不锈钢，屈服强度为 116-ksi，可减少 维护需求，延长拱桥的使用寿命。桥 面系统使用无涂层耐候钢。桥面板中 的钢筋也使用不锈钢。

标 准 。爱荷 华 州 和 伊 利 诺 伊 州 手式 拱 桥 需 要 使 用高 质 量材 料 交通部、工程基础设施设计公司 和新技 术 。为组装大桥，制造商

Alfred Benesch & Company 以

及 Modjeski and Masters 的团

Industrial Steel Construction

公司在其印第安纳州加里市工 厂

队共同开发了一种“提篮把手式” 为两个桥跨分别打造了30节钢铁

钢拱设计，将支撑需求降至最低。 焊接箱形结构件。桥跨的各节结 这 座 大桥由总 承包商 Lu nd a

构件被装上驳船和卡车，然后运

保持两州之间的顺畅交通，需要

这个变革性项目赢得了美国交通

Construction 公司于 2017 年开 送到阔德城。两个桥跨共使用超 始建设，并于 2021 年底开放。为 过 35,000 吨结构钢。

复杂的分阶段筹划和独特的建筑

2 || 《镍杂志》 2 《镍杂志》第38卷， 第38卷，2023年， 2023年，第3期 第3期

便于在两座桥梁之间施工。

奖的最高荣誉。

编者按： 镍引领未来 维克多·雨果曾说过“没有什么比一种时机成熟的创意更加强大”。电池

技术就是这种“创意”，特别是其在未来电气化过渡中的作用。这是国

际镍协会电池专家 Parvin Adeli 博士在2023年7月国际镍协会电池日

的开场白。您可以在第5页读到更多该活动的相关信息。

电池日是含镍电池的最新信息的丰富来源，也是本期《镍杂志》的灵感来

源。含镍电池正在塑造能源存储和运输的未来，而且我们奔赴一个更环

保、更互联的世界是由含镍电池驱动的。

JOHN B. GOODENOUGH

AKIRA YOSHINO

在电动汽车行业，镍基化学 品在电池产能中占比接近

三分之二，而且运输方面的

EVIATION ILLUSTRATION

新应用也在不断 开发 。发

展前景无限。事实如此！航

空业的排放量约占交通运 输相关排放量的 12%，因

此备受关注。电池驱动的飞机在未来会司空见惯吗？有关这个问题，我们

评估了航空电气化的进步和挑战。

Stanley Whittingham 博士向我们讲述了他从 20 世纪 70 年代开始的

电池之旅，以及他在锂离子电池开发方面取得的突破，并因此在 2019 年

STANLEY WHITTINGHAM

2019年，John Goodenough 博士、 A kira Yoshino 博士和 Stanley Whittingham 博士被授予诺贝尔 化学奖，以表彰他们在开发锂离子 电池方面的成果。

获得诺贝尔化学奖。他和共同获奖者 John Goodenough 博士和 Akira

Yoshino 博士的研究为当今大部分电池技术奠定了基础。

在我们的详解系列文章《为什么是镍》中，电池也是当仁不让的主题！

虽然本期《镍杂志》的焦点是电池，但我们并没有忘记含镍材料的一些

其他应用。翻到封底了解“三文鱼之眼”，该项目的使命是启迪和告诉人

们如何为世界提供可持续的海洋食物。 另外 一个时机成熟的“创意”。 Clare Richardson

《镍杂志》主编

《镍杂志》第38卷，2023年，第3期 | 3

案例研究编号 29

爱荷华-伊利诺伊纪念大桥

03

编者按： 镍引领未来

04

镍要闻

06

航空电气化 接近起飞速度？

09

电动汽车用固态电池

10

电池访谈 采访 Stanley Whittingh㏂ 博士

13

镍合金 商业纯镍

14

技术问答

15

为什么是镍？

15

UNS详细资料

16

三文鱼眼 浮动装置

《镍杂志》由国际镍协会出版 www.nickelinstitute.org

镍要闻

要闻

02

目录

一种新型转轮 韩国基础科学研究所（IBS）的一个研究团队创造了一种新方法，利用水

平旋转反应器在容器中处理复杂的金属混合物，从废旧锂离子电池中回 收锂、镍、钴等有价值金属。与使用膜的其他反应器不同，这种反应器可

以在不混合各种液体的情况下剧烈搅拌。此过程可在几分钟内完成金属 分离。研究发现，与目前的方法相比，使用同轴液体反应器可以更有效

地从废旧电池中提取有价值金属，并且使用的萃取剂更少，还可以在各 种条件下运行。

总裁：Hudson Bates博士 编辑：Clare Richardson

撰稿人： Parvin Adeli, Gary Coates, Richard Matheson, Colin Mackay, Geir Moe, Kim Oakes, Odette Ziezold 设计：Constructive Communications公司 期刊内容仅供读者参考，未征求专家意见，不得用于特定 应用或以此为依据。虽然期刊中的信息在技术上是正确的， 但国际镍协会及其成员、工作人员和顾问不承诺，也不保 证它们适用于任何一般或特定用途，对期刊中的不承担任 何责任和义务。 ISSN 0829-8351 Hayes 印刷集团用再生纸在加拿大印刷 库存图片来源： 库存图片来源： 封面： iStock©Just_Super 第13页 Shutterstock©Lakeview Images

4 | 《镍杂志》第38卷，2023年，第3期

《美国化学会志》（2023年） DOI： 10.1021/JACS.3C06903

communications@nickelinstitute.org

UNSPLASH图片社区+

“黄金般的”发现 维也纳工业大学的物理学家发现镍-金合金具有优异的热电特性，可用

于将热能高效地转化为电能。这些金属的独特组合优于传统半导体， 可实现高导电率和显著的塞贝克系数。通过将磁性金属镍与贵金属金 混合，能够从根本上改变电子特性。添加大约 10% 的镍后，金的黄色消

失，热电性能迅速提高。由于镍原子的特殊电子性质，正电荷比负电荷

的散射更强，导致所需的不平衡，从而产生较高的热电电压。研究的第

一作者 Fabian Garmroudi 解释道， “在相同的几何形状和固定的温

度梯度下，它产生的电力数倍于其他已知材料。”其高功率密度使得大

量行业的未来日常应用成为可能，并为其他有前景、具有成本效益的热

电用途金属合金打开了大门。

合适剂量的维 生素C 对人 类健 康 有益 东西，被证明也

是电动汽车蓄电池高效循环利用 技 术的配方成分。伯明翰大学的

研究人员开发了一种利用抗坏血酸

（维生素 C）分离出更高价值材料 的方法。为测试这一概念，用有机

酸如抗坏血酸（维生素 C）作为浸

出剂，对日产聆风汽车的电池进行

至少4万英里处理。ChemRxiv 公

布的结果表明，抗坏血酸 选 择 性

地浸出低价值电极材料（锂锰氧化

物），并使高价值的镍和钴基材料

形成可直接回收的固态形式。与目

前的循环利用方法相比，他们的专

《每日科学》

利工艺能耗较低，使用的危险化学

品也更少。

实力演示 2023 年 � 月，国际镍协会汇聚电池行业的大咖，分享他们对含镍电池

技术进步的见解和专业知识。8 位专家发言人，包括诺贝尔化学奖得主 Stanley Whittingham 教授和达尔豪斯大学 NSERC /特斯拉加拿大

工业研究主席 Jeff Dahn 博士，共同探索了含镍电池技术，讨论了新应 用并研究了回收的作用。电池日的总结报告现在可以从国际镍协会的 网站获取。下一个国际镍协会电池日为 2024 年 6 月 6 日。

《镍杂志》第38卷，2023年，第3期 | 5

航空电气化： 接近起飞速度？ 在应对温室气体减排的战斗中，几乎所有运输模式都在探索和部署化石 燃料交通工具的替代品。电池电源在其中发挥着重要作用，特别是在道

路交通应用中。到目前为止，航空业一直相对抵制这种变化。然而，航空

业的排放量约占交通运输相关排放量的 12%。疫情之后，社会对航空运

输的需求（包括客运和货运）再次猛增。若不采取缓解措施，这一排放

水平将可能继续增长。因此，可以认为，在利用替代能源降低环境影响方 面，航空业面临的压力越来越大。

全面的重新设计刻不容缓 在应对温室气体减排的战斗中，几

乎所有运输模式都在探索和部署 化石燃料交通工具的替代品。电池

电源在其中发挥着重要作用，特别

全面的重新设计刻不容缓

截止目前，该行业倾向于探索氢动

力和可持续航空燃料等方案。在某 种 程 度 上，这 反映了现有 市场的

惰 性；航 空 业 的发 展已 经非常成

熟；原始设备制造商生产与传统喷

是在道路交通应用中。到目前为止， 气燃料动力航空发动机 兼容的机 航空业一直相对抵制这种变化。然

PIPISTREL

而，航空业的排放量约占交通运输

身，而航空发动机制造商生产与现

代机身兼容的动力装置。如果改用

相关排放量的 12%。疫情之后，社 电力设备需要对商用飞机的机身进 行全面的重新设计，既费钱又费时。 会对航空运输的需求（包括客运和 Pipistrel Velis Electro 是全球首 款全电飞机认证型号，也是寻求可 持续航空的重要里程碑。 —— 欧盟航空安全局

6 | 《镍杂志》第38卷，2023年，第3期

货运）再次猛增。若不采取缓解措

施，这一排放水平将可能继续增长。

因此，可以认为，在利用替代能源

降低环境影响方面，航空业面临的

压力越来越大。

另一个原因是，该行业普遍认为电

池的能量密度不足以弥补其重量

增加。这方面十分具有挑战性，因

为与喷气 燃 料不同，电 池 的 重 量

不会随着电力的使用而降低。然而， 应注意，这在某种程度上是一种误

导；电力应用可以减轻航空器多个 航里程和性能。镍在这方面发挥的 其他方面的重量。

作用越来越大。目前，镍在传统飞

提供概念证明

机中有许多应用，特别是喷气涡轮

用吗？显 然，答 案 是：有应 用。事

强度、耐腐蚀性和热稳定性。在未

那 么 ，电 池 电 源 在 航 空 中 有 应

机，镍基超合金可提供卓越的高温

实 上 ，在 轻 型飞 机 领 域 ，电 池

来航空中，镍提高电池能量密度的

Ve l i s E l e c t r o —— 单引擎 双 座

关键推动力

应 用已 经 成 为 现 实；P i p i s t r e l 轻 型飞 机 ，自 2 0 2 0 年 起 在 欧 洲

获得运营 认证 。其中两个高性 能

能力将成为其主导作用。

电动飞机上部署的所有已投入使用 和正在开发的电池，均利用高镍化

电 池 使 其 能 够飞 行 长 达 5 0 分 钟 学物质来实现高比能。在高比能电

（在发生故障时可以使用一个电池）， 池中，镍通常与钴和锰（NCM）/铝

这与传统 轻型飞机几乎没有区别。（NCA）结合使用。当这些材料分布

尽管第一架全电飞机的认证不足以 于阴极的过渡金属层时，它们会共 改变游戏规则，但它代表了一个重

同作用，提高性能。制造商已经意

要的概念证明。电动飞机方案确实

识到，增加镍的含量可以提高电池

的发展。

从而提高整体能量密度。现在， 飞

可行，这无可争辩。该飞机促进了新 下一步是增加电池的能量密度；增

的存储容量，且不会显著增加重量，

在未来，镍提高电池能量密度的能 力将成为其主导作用。

Joby JAS4-1规格 机型： Tiltrotor eVTOL 座位：驾驶员+4乘客 最大起飞重量：4,800磅 长度：21英尺 翼展：39英尺 最大巡航高度：15,000英尺 最大巡航速度：170 kt（200 mph） 航程：150 sm（130 nm） 推 进 系 统：六 台电 机 ，机 翼 上 四 台，V形尾翼上两台。电机包括双冗 余逆变器、可变螺旋桨控制、机舱 倾斜和冷却、双绕组。 电力/能源存储：四个锂离子电池组 ——jobyaviation.com

机用电池电源已经被证明可行，这

©JOBY AVIATION

加能量密度有利于进一步提高续 一发展将进一步带来重大推动力。

《镍杂志》第38卷，2023年，第3期 | 7

也决定了其部署方式，并需要机场

的重要基础设施。在可预见的未来，

它们不可能被淘汰；电池还不能作 为替代品。

然而，在其他情况下却可以。电动引

擎更轻、更静、更可靠，移动部件更

MAEVE AEROSPACE B.V. © 2023

少，无论大小，均能提供相对恒定

的功率与重量比。因此，更大的发

动机并非必然选项，因为电动引擎

在机身上的位置限制要少的多。这 航空电池的安全性是根本问题。波

音 787“梦想客机”是一架传统动力

飞机，在其早期阶段，由于机载电源

使用的锂电池存在热失控问题，曾

导致飞机起火。这在地面上是个严

重问题，在空中则是更严重的问题。

该行业已经认识到这些问题，经认 证飞机使用的电池必须具备耐热失

控能力。即使真的发生火灾，火势

也能得以控制，不会蔓延到其他电 池组甚至飞机上。此外，电池的潜

在风险还需要与携带大量高度易 Maeve 01是全球第一架电动飞机， 载客量 44+，为可持续环保航空出行 设定了新标准。Maeve 电动飞机的 充电时间仅为 35 分钟，可实现快速、 高效的飞行操作。

——Maeve Aerospace B.V.

燃航空燃料所构成的风险进行对

比权衡。

更轻、更静、更可靠

就飞机电池和镍应用的市场潜力而

言，不应单从现有航空应用的角度

意味着电动垂直起降（eVTOL）飞

机正在成为现实。其发动机在运行

时接近静音，开辟了一系列潜在应用，

包括空中出租车、快递服务和紧急 服务。

除了空客和波音等现有参与者外，

许多初创制造商也正寻求进入这个

市场。其中包括 Maeve（44–50座）、 Ev iat ion（9 座），这两家公司正

在寻求生产航程为 250–330 海里 的 支 线飞 机 。在 整 个 使 用寿 命期

间，它们将分别使用约 30 吨和 9 吨

镍。此外，美国公司 Joby Aviation 和 Archer Aviation 以及德国制

造商 Lilium 都在开发空中出租车， 制造商 Pipistrel 的 Velis 也是其中

之一。

对电池市场潜力的估计取决于诸多

来看待机会。传统航空公司（通常） 变量，最重要的是飞机和电池的数

依赖于两个体积和噪音越来越大、 量。然而，随着减排目标的压力越 质量也 越 来 越 重的动力装 置，因

此在设计方面受到了巨大限制，这 8 | 《镍杂志》第38卷，2023年，第3期

来越大，以及对空中运输的需求不 断增加，镍的机会很大。

电动汽车固态电池竞赛 近年来，具有富镍正极的固态电池（SSB）受到大量关注，并且关注度

仍在增加。传统锂电池与全固态电池 之间最 显著的区别是从液态电

解质到固态电 解质的转变 。安全 性 是固态电池的关 键 卖点，固态电

池采用固体电解质代替易燃的有机液体。此外，固态电池通过锂金属

负极提供更高的能量密度，在锂离子电池中，锂金属负极的比能是石 墨负极的十倍。

电极材料的选择会直接影响到汽

广泛的应用和更高的安全性。固态

多家公司正在竞争将实用的固态电 池应用于电动 汽车，并 作出大 胆 宣 布。丰田、NIO、通用汽车、日产、福 特、宝马等多家汽车制造商都对固态 电池抱有期望，并与电池制造商展开 合作。 KIYOSHI OTA/BLOOMBERG© 2023 BLOOMBERG FINANCE LP

车电池电 芯的 能 量密度 。在传 统 电池还有一个优点，即省去昂贵的 锂离子电池（LIB）中，锂金属氧化 电池生产步骤，如填充电解液。

物正极、有机液体电解质是常见组 在这两种类型的电池中，电池正极

件，而石墨是典型的负极材料。然

由正极活性材料加上导电剂（例如

的负极材料是锂金属。金属锂的优

组成。因此，在固态电池中，锂金

而，就理论能量密度而言，最理想

点是重量轻，在所有元素中电势最 低，这意味着可以存储更多能量。

碳添加剂）和粘合剂（聚合物基） 属负极与富镍正极的组合提供了更

高的实际容量。高容量富镍正极适

锂金属非常活泼，如果将其与液体 合固态电池。安全性更高，意味着

电解质结合，可能会导致严重的安 可以实现超富镍正极，使电池具有 全问题。与锂离子电池相反，全固 非常高的能量密度。

态电池为锂金属的集成提供了平台， 尽管固态电池有着令人兴奋的优势， 因为液态电解质（+隔膜）被固体 但仍需克服技术上的挑战。在市场

层状 结 构取代 。这种刚性 层状 结

构可阻止泄露，减少不必要化学结 构的形成。此外，与液体电解质相

丰田汽车公司即将推出的电动汽车 原型在 2023 年 10 月“日本移动出行 展”之前的媒体发布会上亮相。

广泛采用之前，基于固态电池的电

动汽车还有很长的路要走，但一切 都是值得的。富镍固态电池有可能

比，固体电解质具有更高的热稳定 消除里程焦虑，并促进向电动汽车 性。这意味着固态电池可以提供更 的过渡。

《镍杂志》第38卷，2023年，第3期 | 9

电池访谈 采访STANLEY WHITTINGHAM博士 Stanley Whittingham 博士是纽约州立大学的杰出化学教授，因其在

锂离子电池开发方面的开创性研究而获得2019年诺贝尔化学奖。国际

镍协会电池专家 Parvin Adeli 博士对其进行了采访，并讨论了其在电池

研究方面的职业生涯和下一步的发展方向。

SEBASTIAN GOLLNOW， AP 图片

问：给我们讲讲您的电池研究历程 吧。让您走上电池研究职业生涯并 坚持下去的原因是什么？

早 在 20 世 纪 70 年代，人们仅 对

电动汽车、电子产品、电话等应用

的应 急储能 感 兴 趣，大 型电网存

储 却无人问津 。当时我在埃 克 森

（Exxon）工作，他们希望成为能源 Stanley Whittingham 博士是诺 贝尔化学奖获得者，在领先的学术 期刊上发表了 200 多篇论文，拥有 16 项专利。作为一名多产科学家， 他赢得了国内和国际声誉。

公司，而不是石油公司。他们希望

探索电动 汽车，以 及城 际 特 快列

车。

问：您什么时候意识到在您发现的

用制造了小型电池。由于价格下降，

埃克森失去兴趣，将业务授权给索

尼。索尼随后为所有电子产品开发

了锂离子可充电电池。目前，大多数

系统都是80%镍、10%锰、10 %钴。 问：您认为诺贝奖是否颁发晚了？

公 道自在 人心 。在 诺贝 尔奖 得主

中，John Goodenough 是年纪最

大的。我们很高兴他活的足够长， 能够得奖。

在主体材料中嵌入（纳入）锂离子 问：在开发 锂离子电池 的过程中， 对能源前景的重大意义？

很早之前。因为我们的第一篇论文

您面临的主要挑战是什么？

最大的挑战是我们发明了一切。所

发表于《科学》杂志，这并不容易。

有电池知识产权都是美国或英国

分子水平上有空间可以容纳，或者

因为欧洲人和美国人不希望在学

我们研究的材料是二硫化钛，它在

10 | 《镍杂志》第38卷，2023年，第3期

说嵌入，锂离子。埃克森为一些应

的，但后来一切都转移到了亚洲，

习如何制造方面投资。我们现在面

800-1,000 次循环。这意味着为电

临的巨大问题是，我们在美国没有

动汽车制造更大的电池。富镍正极

造设施。

kg。现实中，这种电池的能量密度

原材料供应链、有经验的人员或制

的理论能量密度应该是1,000 Wh/

我们刚刚从纽约州联邦政府获得

是250 Wh/kg，所以我们仅实现了

大楼中建造原型设施，并 将1200

倍，达到 500 Wh/kg。我们也在做

1.13 亿美元，用于在一座旧的 IBM

25%。我们的目标是使能量密度翻

万美元用于培训员工。这正是北美 一些美国陆军资助的研究，探索铌 包覆 NMC 材料在更高和更低温度 所欠缺的。 问：您目前正在研究富镍正极材料

下的表现。

中铌（Nb）包覆/替代的影响。用铌

问：您在宾汉姆顿有实现这一目标

我们知道 60 % 镍含量在空气中是

我们在美国的一所大学拥有稀有

量达到 80%，在空气中的稳定性就

我是 Battery 500 的成员，这是一

解质的反应性增加，我们必须控制

的大型联盟，因此我们与他们密切

改性对电池性能的整体影响如何？ 的基础设施吗？

稳定的，效果很好。然而，一旦镍含

的干燥室和软包电池制造设施。

会受到损害。这意味着随着电池电 个由国家实验室和学术机构组成

会消失。我们开始添加有价元素来

稳定 80% 的镍。我们发现，铌的效

果最佳。我们通过 90% 镍（NMC

9055）和大约 1% 铌实现了几百次

循环。实际上没必要那么多。似乎

铌阻止了这些正极颗粒的开裂，并

在几百次循环中没有容量损失。研

合作。我们还在扩大规模。

问：我们讨论了正极，但我们知道

电解质也很重要。您能介绍一下您

最 近关于不同电解质对富镍正极 影响的研究吗？

我们在 Bat ter y 500 中的一项研

究 放 弃了 石墨 负极 ，所以我 们 使

究结果发表于我们 2022 年的开放

用纯锂 金 属。纯锂 金 属不能很 好

过铌包覆/替代后的电化学表征和

解 质 中 镀 出 。我 们 开发了一 种 真

获取论文中：富镍层状正极材料通

地从锂离子目前使用的碳酸 盐电

微结构演变。

正基于旧埃克森电解质的新电解

问：这项研究的下一步是什么？

含一种新盐LiFSI。乙醚镀锂明显

的 表 现 ，看 看 我 们 是 否 能 达 到

察这 些 系统 的稳定性 。它们是 否

下一 步 是 研 究 其 在 不 同 温 度 下

EVIATION

更多的气体，所以电池容量很快就

总部位于西雅图北部的 Eviation 公 司正在设计一种与垂直起降飞机不 同的标准起飞飞机。

质 。这 种 新 电 解 质 是 有 机 醚 ，包

优于碳 酸 盐 镀 锂 。我们一直在 观

《镍杂志》第38卷，2023年，第3期 | 11

与 锂 或 高 镍 反 应 ？因 此 ，我们 开

在过去的十年中，大多数商业电池

在 Battery 500 的主要目标是研究

镍。还有，特斯拉在电动汽车中使

始了热稳定性的研究。目前，我们

整个系统的稳定性，了解我们不希

望看到的副作用以及消除方法。

稳定性研究开始于一年前，我们在

2023 年发表了第一篇论文：使锂金

宾汉姆顿分校

属电池中的高镍层状正极具有优

异的结构稳定性和长时循环。

问：铌掺杂 NMC 材料的商业化道 路怎么走？

我怀疑人们已经在探索了，只是他

目标是实现更高的镍。问题是，多高 才算太高？

都采用镍、钴、锰，后来变成了60%

用高镍NCA。原来是 85% 镍，现

在变成了 90% 镍。这些天，我们在

讨论 NMCA【镍锰钴铝氧化物】。

目标是实现更高的镍。问题是，多 高才算太高？

问：除电动汽车外，您对镍电池在

可持 续 未来中的各种应用有何看 法？

们还没有告诉我们而已。当他们需

除了电动汽车，还有无人机应用。

谈授权问题。所有的细节都在前面

救，在紧急情况下转移人员。还有

问：最近美国的两家初创公司正在

总部位于西雅图北部的 Eviation

您有什么看法？

不同的标准起飞飞机。

要商业化的时候，他们会来找我们 下一个合乎逻辑的方向是研究和搜 提到的出版物中。

航空航天类应用。

努力扩产高镍正极材料（Ni>90%）。 公司正在设计一种与垂直起降飞机

Stanley Whittingham 博士在牛津大学获得化学学士和博士学 位，他是牛津大学新学院的名誉院士。自 1971 年以来，他一直活 跃于锂电池领域，他因对β-氧化铝的研究获得了电化学学会的 青年作者奖。1972 年，他加入埃克森公司，发现嵌入在电池反应 中的作用，使埃克森成功制造出第一批商用可充电锂电池。在埃 克森工作 16 年后，他于 1988 年重返学术界。他在纽约州立大学 宾汉姆顿分校开设了材料化学专业。作为一名诺贝尔化学奖获得 者，Whittingham 在领先的学术期刊上发表了 200 多篇论文，并 获得了 16 项专利，作为一名多产科学家，他赢得了国内和国际声 誉。 12 | 《镍杂志》第38卷，2023年，第3期

商业纯镍 虽 然 镍 元 素 是 各 种 含 镍 合 金 的 基 础 ，但 镍 本身 呢 ？我 们 对 商 业 纯

（C.P.）镍了解多少？

商业 纯（C .P.）镍（至少 9 9.0 %） 晶器、热交换器和盐分离器中的U

有 两 个 等 级 ：N i c k e l 2 0 0

（U NS N02 20 0）和 Nickel 201 （N02201）。Nickel 201 具有较低

形管中有许多应用。

这种苛性钠被用于许多重要工业， 例如，从用于生产铝的铝土矿中提

的碳含量，当高于 315°C（600°F） 取氧化铝；用于造纸的制浆木材；

操作时，可防止石墨形成的脆化。

将脂肪转化为肥皂以及制造人造

一些化学处理应用中是有用的。它

另外，商业纯镍在高温下具有优异

化钠）和其他碱。商业纯镍对达到

度上限约为 540 °C（1,000 °F）。在

商业纯镍具有耐腐蚀性，该特性在 的一个突出特性是耐苛性钠（氢氧

纺织品（如人造丝）。

的干氯气耐受性。Nickel 201 的温

（包括）熔融状态的所有浓度的苛 生 产氯 的 过 程中，商业 纯 镍 还 在

商业纯镍是耐碱性 腐蚀的最佳金 属之一，同时也可避免不受欢迎的 金属污染。

性钠具有优异的耐受性。浓度低于 250-500°C（480-930°F）温度下的 50% 时，即使在沸腾溶液中，腐蚀

反应器、线圈、搅拌器和管道中有

碱性腐蚀的最佳金属之一，同时也

镍元素不仅是各种含镍合金的基

率也可以忽略不计。商业纯镍是耐 可避免不受欢迎的金属污染。商业 纯镍在苛性钠生产、苛性碱蒸发结

应用。

础，商业纯镍也是一种重要的工业 材料。

最低强度，MPa（ksi） （退火） 等级

UNS

%镍

%碳

屈服强度

抗拉强度

Nickel 200

N02200

最低99.0

最大0.15

100（15）

380（55）

Nickel 201

N02201

最低99.0

最大0.02

80（12）

345（50）

《镍杂志》 《镍杂志》 第38卷， 第38卷， 2023年， 2023年， 第3期 第3期||13 13

咨询专家 国际镍协会技术咨询专线 问题解答

问 答

Geir Moe P .Eng. 是国际镍协会技 术咨询服务协调员。Geir 与世界各 地的材料专家一同为寻求技术支持 的含镍材料最终使用者和规则制定 者提供帮助。该团队可以随时针对 多种应用（例如不锈钢、镍合金和 镀镍）免费提供技术建议，使人们 有把握地使用镍。

问：客户需要高含硫（0.005-0.017%）316L管材，用于制药应用。但

焊后焊缝上有浮渣。我的问题是：为什么需要更高的硫含量？在焊 接过程中可以采取什么措施来避免浮渣的形成？

答：在含 镍不锈 钢中，硫 是 较 为

复杂的元素。在大多数情况下，它

透深度，特别是制药行业使用的

缝 中 心 形 成 裂 纹 。硫 化 物 夹 杂

保护焊。硫可促进收敛的质量流，

是不可取的。硫会促进奥氏体焊 首选焊接方法—— 轨道钨极气体 物是氯化物点蚀的潜在因素，会

产生难看的表面缺陷，在美观方

网络版

《镍杂志》

WWW.NICKELINSTITUTE.ORG

免费订阅镍杂志，就能在新一期杂志出版时收到印 刷版或电子邮件通知。 www.nickelinstitute.org 在线阅读几种语言的镍杂志。 www.nickelinstitute.org/library/ 从我们的在线档案中搜索往期镍杂志，最早一期是 2009年7月。 www.nickelinstitute.org/library/

0.005–0.017 %，以确保最佳的焊

面不受欢迎，特别是在不锈钢被

抛光的情况下。因此，不锈钢厂一

直努力降低硫含量，将其降低到

继而促进热量流到表面的焊缝中

心，然后在焊缝中心向下转移，以 促进更深的焊透。

浮渣主要是浮到熔池表面的硫化

0.001 %甚至更低。然而，硫是一 物，因此积聚在前进的熔池表面

种表面活性剂，对熔池流动有很 上。产生浮渣的原因是较高的硫

大影响。

美国机械工程师协会生物加

含量，焊缝末端存在的浮渣量随

着管道直径的增加而增加。浮渣

工 设 备 标 准 要 求 的 硫 范 围 是 不可避免，但容易刷掉。 焊透深度 熔融金属 基底金属

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14 14||《镍杂志》 《镍杂志》 第38卷， 第38卷， 2023年， 2023年， 第3期 第3期

硫含量越低,焊透越浅

硫含量越低,焊透越浅

为什么是镍？

从纳米线到不锈钢合金，镍的存在形式多种多样。但是，镍的哪些特性是其成为日常用品中 必不可少的元素？

电池中的镍

蓄电池

蓄电池可将化学能转化为电能。为智能手机、便携式电动工具 和汽车等设备提供动力。蓄电池有各种化学成分、形状和尺寸， 取决于被供电设备的大小和功率要求。蓄电池由一个或多个电 化学电池组成，电化学电池由两个电极（阳极和阴极）和电解质 组成。当两个电极通过电气通路连接时，电子从阳极流动并将能 量传递到外部设备。

为什么是镍？ 锂 离子电 池 是 最 常见 的 电 池 类 型，但是，有许多不同的配方。最 流行的阴极材料是锂镍锰钴氧化物 （NMC）。

阳极(-)

电解质

在放电过程中，锂离子（Li+）通过 电解质从阳极转移到阴极。NMC 阴极可作为这些锂离子的宿主。此 外，在阴极，镍、锰和钴离子通过接 受电气通路中的电子而被还原。该 反应是可逆的，从而使电池可以充 电。

隔膜 阴极 (+)

石墨 锂离子

N M C 的 秘 密在于镍 和 锰 的结 合。镍以其高比能但稳定性差而 闻名；锰的比能较低，但稳定性 好。这些金属的结合增强了彼此 的能力。

锂金属氧化物

电子

UNS详细资料

本 期 镍 杂 志 中 提 到 的 合 金 及 不 锈 钢 的 化 学 成 分（ 以 重 量 百 分 比 表 示 ）。

UNS

碳

铬

铜

铁

锰

钼

氮

镍

磷

硫

硅

S31254 pg 16

0.020 最大值

19.520.5

0.501.00

配平

1.00 最大值

6.06.5

0.180.22

17.518.5

0.030 最大值

0.010 最大值

0.80 最大值

S32750 pg 2

0.030 最大值

24.026.0

-

配平

1.20 最大值

3.05.0

0.240.32

6.08.0

0.035 最大值

0.020 最大值

0.80 最大值

《镍杂志》第38卷，2023年，第3期 | 15

SEBASTIAN L. TORJUSEN

发人深省的“三文鱼眼” 这个独特的项目拥有 9,275 个耐海水腐蚀的不锈钢包覆层元件，可以长

期暴露在海水中。这个名为“三文鱼眼”的四层高23米的项目，是一个浮

动水产养殖馆，2022 年 9 月在挪威哈当厄尔峡湾亮相。 “三文鱼眼”不

仅是一个壮观的艺术装置，也是世界级游客和学习中心，还有一家高级 @SALMONEYE

餐厅，名为 Iris。

该结构的框架由H型弯梁组成，外 承受高达 5 米的海浪。压载舱位于 外立面使用含镍不锈钢，钼元素 6% （UNS S31254）。

• 1 种独特的漂浮体验 • 2 辆电动 摆渡轮船将游客送往 展馆 • 13 个锚点 • 26 米直径 • 330° 屋顶俯视景观

16《镍杂志》 | 《镍杂志》 第38卷， 2023年， 第3期 第38卷， 2023年， 第3期

覆钢板，第一层位于水下。建筑物 一楼，用于保持浮动结构的稳定。 的弧形主体上附有带切角的矩形

板。小的不锈钢元素被设计成银色

鱼鳞状，在展馆的外表面反射周围 的自然景观。

这个复杂的椭圆形状漂浮在 100 米

这 座令人惊叹的可持 续 建 筑由丹 麦公司 Kvor n ing Desig n 专为 挪威 三文 鱼和 鳟鱼养 殖 场 E ide

Fjordbruk 设计。

深的海湾表面，对承重和围护结构

该项目旨在启发我们如何为世界提

底部的大锚系泊，重 1,000 吨，可以

深省的项目。

提出了特殊要求。展馆由沉入峡湾

供可持续的海洋食物。这才是发人