陈立泉：物理所促电动中国 | 攻坚精神大讲堂

2026年7月9日，中国科学院物理研究所举办了“攻坚精神大讲堂”报告会，主题为“守科技报国心，铸‘电动中国’梦”。陈立泉院士应邀作专题分享。以下是对他部分报告内容的整理。

陈立泉院士作报告

大家早上好！我从1964年毕业分配到物理所，至今已在这里工作了几十年。今天主要汇报这些年来我在物理所的工作和体会，题目是“物理所促电动中国”，体现物理所与国家新能源事业共同发展的脉络。

为什么我们对锂电池和“电动中国”如此关注？这需要先了解我国的能源形势：富煤、少气、缺油，尤其缺油。2025年，我国自产原油2.15亿吨，进口原油5.7亿吨，对外依存度达72.6%。这些数据充分表明，发展新能源和推动电动化具有重要的战略意义。

后来我们提出“电动中国”的概念，最初从电动汽车起步，逐步扩展到电动船舶、电动飞机，即交通电动化；再进一步延伸到智慧城市、智慧乡村、智慧矿山等设备智能化领域。能源方面则要推进低碳化，核心是储能，尤其强调锂电和钠电储能。交通电动化、设备智能化、能源低碳化共同支撑能源互联网。

我于1959年考入技术物理系，成为中科大第二届学生。我的家乡缺水，我对“水”和“晶体”天然有兴趣；同时，水晶在电子和国防等领域具有重要用途。毕业后我进入水晶组，从事水晶生长。1976年圣诞节前两天，我启程赴德国。

图1 1976年12月圣诞前夕，陈立泉到德国Max-Planck学会Stuttgart固体所

后来我注意到所里很多人都在研究氮化锂，我问同事，为何大家都对氮化锂感兴趣。对方告知，这种材料将来可能用于电池，甚至用于驱动汽车。这句话一下子触动了我——我从小对电和车就有深刻感受，为何不研究这个方向？于是我开始调研。在开放日上，我看到沉重的铅酸电池旁边放着轻巧的扣式电池，直观感受到锂电池的潜力，也更加坚定了我的固体离子学研究兴趣。

图2 德国访学时的陈立泉

固体离子学是研究固体离子导体的理论及其应用的学科，涉及固体物理、固体化学、电化学、结晶化学和材料科学等领域，主要对象包括快离子导体和离子-电子混合导体。简单说，它关注离子在固体中的快速迁移，以及这种现象怎样服务于电池、传感器等应用。

1978年我回国。回国后，我给自己定下目标：三年内在国内立足，再用三年在国际上产生一定影响。这一任务并不轻松，因为当时设备和条件十分匮乏。

1980年10月，我们在黄山组织召开全国第一届快离子导体学术讨论会，参会者79人，其中包括三位外国专家。

图3 1980年物理所组织召开中国第一届离子导体学术会议照片及1981年物理所创立首个固态离子学实验室

1981年，物理所正式发文成立固体离子学实验室。因设备不足，我们常常借用设备，用完再抬回去。如今看这是很朴素的办法，但当时正是依靠这种方式，将新方向逐步建立起来。

图4 借低温室邵力勤的电桥

1982年，《人民日报》发表《一个在科学上团结拼搏的集体》，报道了我们的工作。文章指出，自1979年以来，固态离子学实验室的同志们成功生长出锗酸锌锂等快离子导体材料，不仅在国内站稳了脚，也引起了国际关注。我们通过研究锗酸锌和锗酸锂的相图，认识到锗酸锌掺入锗酸锂后，可将锗酸锂的高温相稳定至室温，从而提高离子电导率。

图5 1982 年《人民日报》关于固体离子学实验室的报道

当时科研和生活条件都很艰苦，但我们一边借设备、做实验，一边培养人才，推动固体离子学逐步发展起来。

1998年，我们建成锂电池中试线，年产能20万只18650型圆柱电池。该中试线依托物理所的专利技术和专有技术，解决了18650型锂离子电池中试中的关键技术问题和材料制备问题，具有创新性。物理所的知识产权在其中发挥了重要作用。

图6 1988年物理所研制出中国第一块全固态金属锂电池

硅的容量比石墨高出十倍，若能应用，能量密度可大幅提升。我从沈阳金属所梁姓专家要了数百毫克纳米硅，交给李泓开展专利工作。我们发现，采用纳米硅后，容量衰减明显减缓。

图7 1997年物理所国际首次提出纳米硅作为锂离子电池负极材料并改善循环寿命

从1996年起直至后来成立天目先导公司，三十年从未间断。我们将技术分为三代：第一代容量较低，称为“鱼皮花生”结构——表面包覆一层物质，容量约650 mAh/g；第二代称为“元宵结构”——像包元宵一样；第三代目前最高可达2000 mAh/g以上，称为“火龙果结构”——如同切开火龙果可见内部黑点，我们将硅烷用硅替代，在多孔碳中嵌入纳米硅。

后来锂离子电池要把能量密度再进一步提高，变得非常困难。因此，我们转向固态电池。美国科学家、诺贝尔奖得主Goodenough曾说，他不相信能做出固态电池。原因有二：一是固态电池中阴极、电解质、阳极之间各存在一层接触界面，如何保证紧密接触？若不紧密，电池内阻会增大。二是正极材料中除正极活性物质外，还需添加炭黑等添加剂，这会引入无数界面，如何解决界面问题？

我们当时想解决这两个问题，我们想到，纳米硅表面可以长东西，这层东西又有聚合物又有无机材料，它的厚度就可以达到几微米量级的厚度。

于是我们想能不能实现原位固态化，也就是说，电解质刚开始不用固态，用特种的液态。那么，我想办法让液态电解质发生反应，让它和正极负极之间生成一层东西，像鸡蛋那样。我们知道鸡蛋本来是液态，一加热就变成固态了。

图8 2015年物理所首次发现硅负极表面可以电化学原位生长固态电解质层并于2016年提出基于离子导体膜的“原位固态化”技术

图9 基于模型电极发现的硅负极表面固态电解质膜(SEI)原位生长现象，物理所提出了电解液原位转化构建固态电解质层的固态电池策略

大约三年前，我们量产了全球能量密度最高360Wh/Kg的固态动力电池，一次充满电的电池可续航一千多公里，应用场景便不仅限于电动汽车，卫蓝新能源的储能电池系统，已从从发电侧、用户侧到电网侧，均实现了应用。

另外，我们还在思考一个重要问题：锂离子电池的关键原料未来供应如何保障？过去以为中国锂资源丰富，后来逐渐确认并非如此。为解决这一问题，我们着手研发钠离子电池。研发的100兆瓦时钠离子电池储能系统，2024年在大唐湖北建成。

如今，锂离子电池、钠离子电池不仅用于电动汽车、电动船舶，在储能领域也已广泛应用。由此可见，科学院的电池格局已遍布全国，这也是物理所的功劳！

编辑：悦悦