《锂离子电池》课程教学大纲

《锂离子电池》课程教学大纲一、课程基本情况课程代码：101145223203课程名称（中/英文）：锂离子电池/Lithium-ionBattery课程类别：专业方向特色课程学分：3.0总学时：48理论学时：36实验学时：12适用专业：材料物理适用对象：本科先修课程：无机化学、电化学原理、物理化学、大学物理教学环境：多媒体教室、锂离子电池实验室开课学院：材料科学与工程学院二、课程简介1.课程任务与目的《锂离子电池》是材料物理专业的专业方向特色课程。通过本课程的学习使学生了解锂离子电池的评价方法和发展前景，掌握锂离子电池的理论基础、电极材料的制备方法和常见的改性手段、锂离子电池电解液的组成和性能要求、隔膜和粘结剂的结构和制造工艺以及锂离子电池的设计、性能检测、使用和维护等内容。在教学过程中，通过介绍我国和世界能源状况以及我国发展能源的方针和对策，培养学生关心科学发展前沿，树立可持续发展意识和科学世界观。同时使学生了解我国科研工作者为国家的新能源建设和可持续发展做出的重要贡献，培养学生不畏艰辛的探索精神和服务祖国的家国情怀。2.对接培养的岗位能力课程教学内容与锂离子电池相关企业中的相关技术岗位对接，培养学生从事锂离子电池电极材料的合成、工艺参数的优化、电池组装工艺以及性能检测分析等工作的初步能力。三、课程教学目标1.课程对毕业要求的支撑[毕业要求指标点1.4]能够综合运用数学、自然科学、计算、工程基础与材料物理知识，用于太阳能光伏和锂离子电池等新能源材料制备、加工、服役过程中相关复杂工程问题解决方案的比较与综合，并体现本专业领域先进的技术。[毕业要求指标点4.4]能够选择使用信息技术工具软件，对新能源材料领域的复杂工程问题中的数据进行整理，对试验结果进行关联、分析和解释，并通过信息综合手段获得合理有效结论。[毕业要求指标点5.3]能够通过组合、选配、改进、二次开发等方式创造性地运用现代工程工具对影响新能源材料结构与性能、生产与服役过程中的复杂工程问题进行预测与模拟，满足特定需求，并分析其局限性。[毕业要求指标点7.2]能够站在环境和社会可持续发展的角度思考新能源材料制备与加工等领域工程实践的可持续性，对太阳能电池和锂离子电池的性能进行分析，并评价产品周期中可能对人类和环境造成的损害和隐患。2.课程教学目标对应毕业要求指标点，具体内容如下：教学目标1：通过本课程的学习，使学生掌握锂离子电池的理论基础，掌握锂离子电极材料本身特性、电解液的组成等对电极材料电化学性能的影响；掌握锂离子电池的隔膜及粘结剂的结构和制造工艺。（支撑毕业要求指标点1.4）教学目标2：培养学生从事锂离子电池组装工艺及性能检测分析等相关工作的能力，能够运用相关数据处理工具对相关实验结果进行分析、总结并提出有效的改进方案。（支撑毕业要求指标点4.4）教学目标3：掌握电极材料各种制备技术、表征手段的技术原理及其对电极材料物相组成、晶体结构、微观形貌等影响，培养学生运用基本理论分析和解决有关锂离子电池电极材料的制备、性能检测及组装工艺等能力。（支撑毕业要求指标点5.3）教学目标4：培养学生理解环境保护和社会可持续发展对电极材料本身电化学性能、制备流程和应用领域等不同要求。（支撑毕业要求指标点7.2）四、教学课时安排（一）学时分配主题或知识点教学内容总学时学时完成课程教学目标讲课实验实践主题或知识点1锂离子电池概论66001、2、3主题或知识点2锂离子电池主要材料的选择要求及其研究方法44001、2、3主题或知识点3负极材料106401、2、3、4主题或知识点4正极材料168801、2、3、4主题或知识点5锂离子电池电解液44001、2、3主题或知识点6隔膜及粘结剂44001、2、3主题或知识点7锂离子电池制造工艺22001、2、3主题或知识点8锂离子电池设计及性能检测技术22001、2、3合计4836120（二）实践教学安排序号实验/实践项目名称实验/实践学时实验/实践类型实验/实践要求每组人数备注1锂离子迁移系数的测定4综合性必做4-62锂离子电池充放电性能测试4综合性必做4-63锂离子电池循环伏安曲线测试与分析4综合性必做4-6五、教学内容及教学设计主题1锂离子电池概论1.教学内容锂离子电池的发展历史，其性能的评价方法与发展前景；锂离子电池的工作原理和特性。通过向学生介绍我国锂离子电池产业的中长远发展规划，使学生理解我国锂离子电池产业的发展现状以及在电极材料制备、性能检测和应用等方面的先进做法和仍需改进之处，帮助学生树立正确的科学世界观，培养学生不畏艰难的科研精神。2.教学重点锂离子电池的工作原理和特性。3.教学难点锂离子电池的特性。4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）本课程教学过程以多媒体教学为主，其他教学方法如案例教学法等为辅，通过课堂讲授与讨论相结合，充分调动学生学习的主动性和积极性，提高学生的创新思维与实践能力。主题2锂离子电池主要材料的选择要求及其研究方法1.教学内容锂离子电池正极材料和负极材料的选择要求；常见研究方法的工作原理及应用。在国外相关测试技术、专利保护等封锁下，突出我国广大科研工作者不畏艰辛、开拓创新的精神，为国内锂离子电池产业的发展做出了重大贡献。2.教学重点正极材料和负极材料的选择要求；测试方法的工作原理。3.教学难点常见测试方法原理。4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）本课程教学过程以多媒体教学为主、其他教学方法如案例教学法等为辅，通过课堂讲授与讨论相结合，充分调动学生学习的主动性和积极性，提高学生的创新思维与实践能力。主题3负极材料1.教学内容炭材料科学的发展简史；炭材料的分类、电化学性能及改性方法；炭负极材料与电解质之间的界面性质研究；氮化物、硅及硅化物、锡基氧化物、钛的氧化物及其他纳米氧化物的制备、电化学性能、改性方法及原理。同时使学生理解掌握我国锂离子电池行业对负极材料的行业标准，取得的最新研究进展以及目前工业化应用现状。2.教学重点石墨化炭、无定形炭材料等负极材料的制备与改性方法；硅及硅化物、锡基氧化物和纳米氧化物电极材料的改性原理。3.教学难点负极材料的改性原理。4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）本课程教学过程中以多媒体教学为主、其他教学方法如案例教学法等为辅，通过课堂讲授与讨论相结合，充分调动学生学习的主动性和积极性，提高学生的创新思维与实践能力。主题4正极材料1.教学内容常见电极材料的物理性能、制备方法、热稳定性、电化学性能和常见的制备方法（固相法、溶胶凝胶法、喷雾干燥法等）和改性方法。同时使学生理解掌握我国锂离子电池行业对正极材料的行业标准、发展目标，近期取得的最新研究进展以及目前工业化应用现状。2.教学重点常见正极材料的电化学性能及改性方法。3.教学难点正极材料改性原理。4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）本课程教学过程以多媒体教学为主、其他教学方法如案例教学法等为辅，通过课堂讲授与讨论相结合，充分调动学生学习的主动性和积极性，提高学生的创新思维与实践能力。主题5锂离子电池电解液1.教学内容电解液的性能要求；电解液中溶剂与溶质的分类；电解液的电导；电解液对电极性能的影响；电解液中的添加剂及作用；常用的溶剂、溶质的制备方法。同时通过对目前我国锂离子电池电解液体系取得的工业化成果、研究进展等进行介绍，培养学生解决问题的能力，增强学生的科学素养。2.教学重点电解液组成对电极材料电化学性能的影响。3.教学难点电解液组成对电极材料电化学性能的影响。4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）本课程教学过程以多媒体教学为主、其他教学方法如案例教学法等为辅，通过课堂讲授与讨论相结合，充分调动学生学习的主动性和积极性，提高学生的创新思维与实践能力。主题6隔膜及粘结剂1.教学内容锂离子电池隔膜的分类、性能评价和制造技术；粘结剂的种类和一些常用粘结剂的性质。通过讲解我国隔膜工业和粘结剂工业在面临国外技术封锁的局面下，使学生感受到国内科学家如何通过技术攻关、不断探索去解决难题的钻研精神。2.教学重点隔膜和粘结剂对电极材料的性能要求。3.教学难点隔膜和粘结剂对电极材料的性能要求。4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）本课程教学过程以多媒体教学为主、其他教学方法如案例教学法等为辅，通过课堂讲授与讨论相结合，充分调动学生学习的主动性和积极性，提高学生的创新思维与实践能力。主题7锂离子电池制造工艺1.教学内容各种形状锂离子电池的结构；正极和负极极片的制造；锂离子电池的装配；锂离子电池的化成与分选。结合实践教学内容，使学生掌握我国锂离子电池生产工艺的流程，并同国外技术比较后仍需加强改进的技术问题。同时结合我国对动力锂离子电池的中长远发展目标要求，增强学生服务祖国、献身科研事业的理想目标。2.教学重点正极和负极极片的制造；锂离子电池的装配。3.教学难点锂离子电池的化成与分选。4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）本课程教学过程以多媒体教学为主、其他教学方法如案例教学法等为辅，通过课堂讲授与讨论相结合，充分调动学生学习的主动性和积极性，提高学生的创新思维与实践能力。主题8锂离子电池设计及性能检测技术1.教学内容锂离子电池设计的基础和步骤；各种电池性能检测技术。以锂离子电池创新设计理论知识为基础，以服务于实际应用为目的，培养学生用科学和创新相结合的思维方式学习锂离子电池相关设计知识，使学生掌握锂离子电池的结构和实际工程应用，培养学生创新、务实的工作态度。2.教学重点锂离子电池的设计基础。3.教学难点锂离子电池的设计基础。4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）本课程教学过程以多媒体教学为主、其他教学方法如案例教学法等为辅，通过课堂讲授与讨论相结合，充分调动学生学习的主动性和积极性，提高学生的创新思维与实践能力。六、学生成绩评定1.课程考核方式及比例本课程考核学生获取知识的能力、实践动手能力以及发现、分析问题和解决问题能力等；课程考核方式采用作业、课堂表现、实验部分（包括实验操作、实验报告）和期末考试等多种形式、多个阶段等全过程考核，使学生成绩评定更加合理、规范。学生成绩评定表考核方式平时成绩期中考试期末考试出勤作业课堂表现阶段测验答辩项目小论文实验√√√成绩比例%151520502.课程考核方式评价权重本课程教学目标与考核方式评价权重如表所示：课程教学目标支撑毕业要求指标点考核评价方式权重（%）过程性考核实验期末考试合计课堂表现作业教学目标1指标点1.46720~2533~38教学目标2指标点4.464610~1526~31教学目标3指标点5.34610~2020~30教学目标4指标点7.238011合计151520501003.课程成绩评价标准平时成绩评定及考核标准考核环节考核结果及标准评估项目及权重优秀（90~100分）良好（80~89分）中等（70~79分）及格（60~69分）不及格（<60分）课堂表现（15%）无迟到、早退、旷课等现象；能够认真记录课程笔记，上课回答问题积极、准确且有自己的独到见解；学习态度端正，具有很强的自学能力和自我管理能力。偶尔存在迟到、早退、旷课等现象；能够较认真记录课程笔记，上课回答问题较积极；学习态度端正，具有较强的自学能力和自我管理能力。存在迟到、早退、旷课等现象；能够记录课程笔记，上课回答问题基本积极、较准确；学习态度较端正，具有一定的自学能力和自我管理能力。迟到、早退、旷课等现象较频繁；课程笔记记录不完整，上课回答问题欠积极；学习态度一般，自学能力和自我管理能力有待提高。迟到、早退、旷课等问题严重；上课未记录课程笔记，回答问题消极；学习态度不端正，自学能力和自我管理能力差强人意。作业（15%）按时上交作业，作业属自己独立完成，作业完成质量高，书写清楚、认真，能够熟练运用所学知识解决问题，发现、分析与解决问题的能力强。按时上交作业，作业属自己独立完成，作业完成质量较高，书写较认真，能够运用所学知识解决问题，发现、分析与解决问题的能力较强。基本能够按时上交作业，作业存在抄袭现象，完成质量一般，基本能够运用所学知识解决问题，具有一定的发现、分析与解决问题的能力。未能按时上交作业，作业存在抄袭现象，作业完成质量差，书写欠认真，未能运用所学知识解决问题，发现、分析与解决问题的能力有待提高。不能按时上交作业，作业抄袭严重，书写凌乱、无条理，不能运用所学知识解决问题。实验（20%）实验报告结构完整，报告内容准确、具体，实验记录清楚详细，有自己的见解，能够根据实验现象、结果和数据进行合理分析，得出结论，能正确独立的解答思考题。能够自己进行实验数据的收集、计算，且绘图处理完全正确、规范。实验报告结构较完整，报告内容较准确、具体，实验记录比较清楚，有自己一定的见解，能够根据实验现象、结果和数据进行较合理的分析，能正确解答思考题。能够自己进行实验数据的收集、计算，绘图处理基本正确、规范。实验报告结构基本完整，报告内容基本准确，实验记录基本清楚，缺乏自己的见解，能够根据实验现象、结果和数据进行基本的分析，能正确解答思考题。经过老师反复指导能够采集较正确的数据和绘制较正确、规范的图形。有实验记录，能分析实验中出现的现象和结果，并回答思考题。经过老师反复指导能够采集数据和绘制图形，但不够正确、规范。抄袭别人或未提交实验报告。经过老师反复指导依不能够采集正确数据和绘制较正确的图形。课程教学目标评价标准考核环节考核结果及标准评估项目及权重优秀（90~100分）良好（80~89分）中等（70~79分）及格（60~69分）不及格（<60分）教学目标1熟练掌握锂离子电池相关的理论基础、各种正负极电极材料的制备方法和改性手段；熟练掌握对锂离子电池电解液的性能要求以及电解液的组成对电极材料电化学性能的影响；熟练掌握锂离子电池的隔膜及粘结剂的结构和制造工艺。准确掌握锂离子电池相关的理论基础、各种正负极电极材料的制备方法和改性手段；准确掌握电解液的性能要求及组成对电极材料电化学性能的影响；准确掌握锂离子电池的隔膜及粘结剂的结构和制造工艺。熟悉锂离子电池相关的理论基础知识、常见正负极电极材料的制备方法和改性手段；熟悉锂离子电池电解液的性能要求以及电解液的组成对电极材料电化学性能的影响；熟悉锂离子电池的隔膜及粘结剂的结构和制造工艺。基本掌握锂离子电池相关的理论基础、少量正负极电极材料的制备方法和改性手段；基本掌握对锂离子电池电解液的性能要求；基本掌握锂离子电池的隔膜及粘结剂的结构和制造工艺。不能掌握锂离子电池相关的理论基础；不能掌握离子电池电解液的性能要求；不能掌握锂离子电池的隔膜及粘结剂的结构和制造工艺。教学目标2从事锂离子电池组装工艺及性能检测分析等相关工作的能力和潜力强；能独立完成团队分配的工作，相互尊重团队成员之间意见。从事锂离子电池组装工艺及性能检测分析等相关工作的能力和潜力较强；能够完成团队分配的工作，相互尊重团队成员之间意见。具有从事锂离子电池组装工艺及性能检测分析等相关工作的能力和潜力；基本能够独立完成团队分配的工作并相互尊重团队成员之间意见。具有从事锂离子电池组装工艺及性能检测分析等相关工作的能力和潜力较差；基本完成团队分配的工作，团队协作意识较差。不能从事锂离子电池组装工艺及性能检测分析等相关工作；不能完成团队分配的工作，与队员间无协作意识。教学目标3熟练掌握锂离子电池相关设计技术、性能检测技术、使用和维护，能够熟练运用基本理论分析和解决有关锂离子电池电极材料的制备、性能检测及组装工艺等问题。准确掌握锂离子电池相关设计技术、性能检测技术、使用和维护，能够较好的运用基本理论分析和解决有关锂离子电池电极材料的制备、性能检测及组装工艺等问题。熟悉锂离子电池相关设计技术和性能检测技术等，能够运用基本理论分析和解决有关