陳立泉：物理所促電動中國 | 攻堅精神大講堂

2026年7月9日，中國科學院物理研究所舉辦了“攻堅精神大講堂”報告會，主題為“守科技報國心，鑄‘電動中國’夢”。陳立泉院士應邀作專題分享。以下是對他部分報告內容的整理。

陳立泉院士作報告

大家早上好！我從1964年畢業分配到物理所，至今已在這里工作了幾十年。今天主要匯報這些年來我在物理所的工作和體會，題目是“物理所促電動中國”，體現物理所與國家新能源事業共同發展的脈絡。

為什么我們對鋰電池和“電動中國”如此關注？這需要先了解我國的能源形勢：富煤、少氣、缺油，尤其缺油。2025年，我國自產原油2.15億噸，進口原油5.7億噸，對外依存度達72.6%。這些數據充分表明，發展新能源和推動電動化具有重要的戰略意義。

后來我們提出“電動中國”的概念，最初從電動汽車起步，逐步擴展到電動船舶、電動飛機，即交通電動化；再進一步延伸到智慧城市、智慧鄉村、智慧礦山等設備智能化領域。能源方面則要推進低碳化，核心是儲能，尤其強調鋰電和鈉電儲能。交通電動化、設備智能化、能源低碳化共同支撐能源互聯網。

我于1959年考入技術物理系，成為中科大第二屆學生。我的家鄉缺水，我對“水”和“晶體”天然有興趣；同時，水晶在電子和國防等領域具有重要用途。畢業后我進入水晶組，從事水晶生長。1976年圣誕節前兩天，我啟程赴德國。

圖1 1976年12月圣誕前夕，陳立泉到德國Max-Planck學會Stuttgart固體所

后來我注意到所里很多人都在研究氮化鋰，我問同事，為何大家都對氮化鋰感興趣。對方告知，這種材料將來可能用于電池，甚至用于驅動汽車。這句話一下子觸動了我——我從小對電和車就有深刻感受，為何不研究這個方向？于是我開始調研。在開放日上，我看到沉重的鉛酸電池旁邊放著輕巧的扣式電池，直觀感受到鋰電池的潛力，也更加堅定了我的固體離子學研究興趣。

圖2 德國訪學時的陳立泉

固體離子學是研究固體離子導體的理論及其應用的學科，涉及固體物理、固體化學、電化學、結晶化學和材料科學等領域，主要對象包括快離子導體和離子-電子混合導體。簡單說，它關注離子在固體中的快速遷移，以及這種現象怎樣服務于電池、傳感器等應用。

1978年我回國。回國后，我給自己定下目標：三年內在國內立足，再用三年在國際上產生一定影響。這一任務并不輕松，因為當時設備和條件十分匱乏。

1980年10月，我們在黃山組織召開全國第一屆快離子導體學術討論會，參會者79人，其中包括三位外國專家。

圖3 1980年物理所組織召開中國第一屆離子導體學術會議照片及1981年物理所創立首個固態離子學實驗室

1981年，物理所正式發文成立固體離子學實驗室。因設備不足，我們常常借用設備，用完再抬回去。如今看這是很樸素的辦法，但當時正是依靠這種方式，將新方向逐步建立起來。

圖4 借低溫室邵力勤的電橋

1982年，《人民日報》發表《一個在科學上團結拼搏的集體》，報道了我們的工作。文章指出，自1979年以來，固態離子學實驗室的同志們成功生長出鍺酸鋅鋰等快離子導體材料，不僅在國內站穩了腳，也引起了國際關注。我們通過研究鍺酸鋅和鍺酸鋰的相圖，認識到鍺酸鋅摻入鍺酸鋰后，可將鍺酸鋰的高溫相穩定至室溫，從而提高離子電導率。

圖5 1982 年《人民日報》關于固體離子學實驗室的報道

當時科研和生活條件都很艱苦，但我們一邊借設備、做實驗，一邊培養人才，推動固體離子學逐步發展起來。

1998年，我們建成鋰電池中試線，年產能20萬只18650型圓柱電池。該中試線依托物理所的專利技術和專有技術，解決了18650型鋰離子電池中試中的關鍵技術問題和材料制備問題，具有創新性。物理所的知識產權在其中發揮了重要作用。

圖6 1988年物理所研制出中國第一塊全固態金屬鋰電池

硅的容量比石墨高出十倍，若能應用，能量密度可大幅提升。我從沈陽金屬所梁姓專家要了數百毫克納米硅，交給李泓開展專利工作。我們發現，采用納米硅后，容量衰減明顯減緩。

圖7 1997年物理所國際首次提出納米硅作為鋰離子電池負極材料并改善循環壽命

從1996年起直至后來成立天目先導公司，三十年從未間斷。我們將技術分為三代：第一代容量較低，稱為“魚皮花生”結構——表面包覆一層物質，容量約650 mAh/g；第二代稱為“元宵結構”——像包元宵一樣；第三代目前最高可達2000 mAh/g以上，稱為“火龍果結構”——如同切開火龍果可見內部黑點，我們將硅烷用硅替代，在多孔碳中嵌入納米硅。

后來鋰離子電池要把能量密度再進一步提高，變得非常困難。因此，我們轉向固態電池。美國科學家、諾貝爾獎得主Goodenough曾說，他不相信能做出固態電池。原因有二：一是固態電池中陰極、電解質、陽極之間各存在一層接觸界面，如何保證緊密接觸？若不緊密，電池內阻會增大。二是正極材料中除正極活性物質外，還需添加炭黑等添加劑，這會引入無數界面，如何解決界面問題？

我們當時想解決這兩個問題，我們想到，納米硅表面可以長東西，這層東西又有聚合物又有無機材料，它的厚度就可以達到幾微米量級的厚度。

于是我們想能不能實現原位固態化，也就是說，電解質剛開始不用固態，用特種的液態。那么，我想辦法讓液態電解質發生反應，讓它和正極負極之間生成一層東西，像雞蛋那樣。我們知道雞蛋本來是液態，一加熱就變成固態了。

圖8 2015年物理所首次發現硅負極表面可以電化學原位生長固態電解質層并于2016年提出基于離子導體膜的“原位固態化”技術

圖9 基于模型電極發現的硅負極表面固態電解質膜(SEI)原位生長現象，物理所提出了電解液原位轉化構建固態電解質層的固態電池策略

大約三年前，我們量產了全球能量密度最高360Wh/Kg的固態動力電池，一次充滿電的電池可續航一千多公里，應用場景便不僅限于電動汽車，衛藍新能源的儲能電池系統，已從從發電側、用戶側到電網側，均實現了應用。

另外，我們還在思考一個重要問題：鋰離子電池的關鍵原料未來供應如何保障？過去以為中國鋰資源豐富，后來逐漸確認并非如此。為解決這一問題，我們著手研發鈉離子電池。研發的100兆瓦時鈉離子電池儲能系統，2024年在大唐湖北建成。

如今，鋰離子電池、鈉離子電池不僅用于電動汽車、電動船舶，在儲能領域也已廣泛應用。由此可見，科學院的電池格局已遍布全國，這也是物理所的功勞！

編輯：悅悅