《化学电源设计与制造》教学大纲

《化学电源设计与制造》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：03144021课程性质：专业必修课学分：3.5学分学时：56学时（理论56学时）先修课程：新能源材料与器件导论、电化学原理A、新能源材料A等后续课程：化学电源制造技能训练、新能源器件设计创新、毕业设计等适用专业：新能源材料与器件开课单位：材料科学与工程学院一、课程说明本课程是新能源材料与器件专业的一门专业必修课程。本课程主要讲授内容为化学电源的基本结构与基本组成，化学电源设计中的基本程序、基本步骤与最优化规则，各类常见化学电源设计的基本思路与方法。通过本课程的学习，使学生掌握化学电源设计与制造的基础知识和基本理论，掌握常见化学电源的设计和制造工艺，培养学生具有化学电源及其材料设计和制造的初步能力，为今后从事化学电源的技术工作及研究开发打下坚实的基础。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握化学电源基本结构、原理和相关电化学理论基础，能够运用理论知识进行化学电源体系性能的分析。课程目标2：能够掌握化学电源设计中的基本原则、基本程序，基本步骤及优化设计方法，掌握化学电源设计和制造工艺，具备化学电源材料设计和制造的初步能力，能够按照需求制定化学电源设计方案和工艺流程。课程目标3：掌握各类常用化学电源的工作原理、结构、材料制备方法、工艺设计流程、电化学测试方法等，理解各类化学电源的优缺点，为从事化学电源相关技术工作和科学研究打下坚实的专业基础。了解国家在新能源产业的战略部署，增强学生的爱国情怀、责任担当和民族意识。三、课程目标与毕业要求《化学电源设计与制造》课程教学目标对新能源材料与器件专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.4能运用工程专业知识，解决新能源材料与器件领域中产品设计、制造、科技开发、应用研究等工程技术问题。课程目标1：掌握化学电源基本结构、原理和相关电化学理论基础，能够运用理论知识进行化学电源体系性能的分析。M2.问题分析2.1能够应用工程科学的基本原理，识別和判断新能源材料与器件专业相关复杂工程问题的关键环节和参数。课程目标2：能够掌握化学电源设计中的基本原则、基本程序，基本步骤及优化设计方法，掌握化学电源设计和制造工艺，具备化学电源材料设计和制造的初步能力，能够按照需求制定化学电源设计方案和工艺流程。M3.设计/开发解决方案3.2能够根据要求，设计开发实现特定功能的新能源材料和能源器件。课程目标3：掌握各类常用化学电源的工作原理、结构、材料制备方法、工艺设计流程、电化学测试方法等，理解各类化学电源的优缺点，为从事化学电源相关技术工作和科学研究打下坚实的专业基础。了解国家在新能源产业的战略部署，增强学生的爱国情怀、责任担当和民族意识。H注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时对应的课程目标1.化学电源概述1.1电源分类1.2电化学理论基础1.3化学电源的发展1.4化学电源的分类1.5化学电源的工作原理及组成1.6化学电源的电性能教学要求：了解化学电源和物理电源的区别；掌握电化学基础知识及基本原理；了解化学电源的发展和分类；理解化学电源的工作原理、分类及其电性能参数的定义。重点：化学电源分类，工作原理及其各组成部分的主要作用，电性能参数的定义和计算方法。难点：化学电源的工作原理及各种电性能参数之间的关系。812.化学电源设计中的相关理论2.1化学电源中的电传导2.2法拉第定律及其应用2.3电化学热力学基础2.4电化学动力学基础2.5电池设计中的表界面现象及应用2.6电池组合原理教学要求：理解化学电源设计中的热力学和动力学基础；掌握法拉第定律在容量设计中的应用；理解电池设计过程中的表界面现象，能够对具体问题展开分析。重点：化学电源设计中的热力学和动力学参数及相关计算方法；如何利用法拉第定律计算电池理论容量；电池中界面现象存在的原因及分析方法；电池组合原则。难点：化学电源设计中的热力学和动力学基础知识的理解；电池中界面现象存在的原因及分析方法。41、23.化学电源设计过程3.1电池设计的终极目标与实现3.2电池设计的基本程序3.3电池设计前的准备3.4电池设计的一般步骤教学要求：掌握电池设计的目标与基本程序；掌握电池设计前需要准备的工作和一般步骤；掌握化学电源设计中的关键参数的计算和设计标准，能够根据要求制定化学电源设计方案。重点：化学电源设计基本步骤和设计前的准备工作；化学电源设计中的相关性能和技术指标的计算和设计；化学电源设计方案制定方法。难点：化学电源设计中关键参数的设计与计算原则。21、24.锌锰电池4.1概述4.2氧化锰电极4.3锌电极4.4锌锰电池材料4.5锌锰电池制造工艺4.6锌锰电池的主要性能4.7锌锰电池的设计教学要求：理解并掌握锌锰电池的结构与特点；掌握锌锰电池电极材料、隔膜等的制造工艺及改性方法；掌握锌锰电池设计方法和制造工艺；掌握锌锰电池的电化学性能特点，了解锌锰电池的应用领域。重点:锌锰电池结构与各组成部分的特点；锌锰电池电极材料、隔膜等的制造工艺及改性方法；锌锰电池设计方法和制造工艺；锌锰电池的电化学性能特点。难点:锌锰电池设计原则和改进方法。62、35.铅酸蓄电池5.1概述5.2板栅5.3二氧化铅正极5.4铅负极5.5铅酸蓄电池的电性能5.6铅酸蓄电池制造工艺原理5.7铅酸蓄电池的设计教学要求：了解铅酸蓄电池的工作原理、结构与特点；掌握板栅的特点及作用；掌握正极和负极的工作原理及改性方法；掌握铅酸蓄电池设计与制造工艺；掌握铅酸蓄电池的电化学性能。重点:铅酸蓄电池结构与特点，板栅和正负极的作用及特点；关键电极材料、电池设计与制造工艺。难点:铅酸电池设计与制造工艺。62、36.镉镍蓄电池6.1镉镍蓄电池的工作原理6.2氧化镍电极6.3镉电极6.4密封镉镍电池6.5镉镍蓄电池的电性能6.6镉镍蓄电池的制造工艺教学要求：了解镉镍蓄电池的特点和分类，掌握其电池反应；理解氧化镍电极和镉电极的工作原理；理解密封镉镍蓄电池的密封原理，掌握相应的密封措施；了解镉镍蓄电池的电性能；掌握镉镍蓄电池的制造工艺。重点:氧化镍电极的工作原理，镉负极的工作原理，镉镍电池的密封措施，镉镍电池的制造工艺。难点:氧化镍电极的工作原理，密封镉镍电池的密封原理与措施。42、37.镍氢电池7.1概述7.2MH-Ni电池的工作原理与特点7.3储氢合金电极7.4MH-Ni电池的性能7.5碱性电池设计教学要求：了解镍氢电池的工作原理、结构与特点；掌握镍氢电池设计与制造工艺。重点:镍氢电池结构与特点，关键电极材料、电池设计与制造工艺。难点:电池设计与制造工艺。42、38.锌氧化银电池8.1锌氧化银电池的工作原理8.2锌负极8.3氧化银电极8.4锌氧化银电池的电性能8.5锌氧化银电池的制造工艺教学要求：了解锌氧化银电池的特点和分类，掌握其电池反应；了解锌的阳极钝化；理解氧化银电极充放电曲线上出现两个电势坪阶的原因；掌握锌氧化银电池的电性能和制造工艺。重点:锌氧化银电池的工作原理，锌的阳极钝化，氧化银电极的充放电曲线。难点:氧化银电极的充放电曲线。42、39.锂金属电池9.1概述9.2锂电池的电极与电解液9.3早期锂金属电池9.4新型锂金属电池教学要求：了解锂金属电池的特点及发展历程；了解早期锂金属电池，如锂二氧化锰、锂碘一次电池等的结构特点和应用领域；掌握新型锂金属电池的特征及应用，比如锂硫电池和锂空气电池等。重点:各类锂金属电池的特征及应用选择；新型锂金属电池的特点。难点:锂金属电池的特点。42、310.锂离子电池10.1概述10.2锂离子电池的正极材料10.3锂离子电池的负极材料10.4锂离子电池的电解液和隔膜材料10.5锂离子电池的制造工艺10.6锂离子电池的性能10.7锂离子电池设计教学要求：掌握锂离子电池的工作原理；掌握正极、负极、电解液、隔膜材料的特征、制备和改性工艺流程；掌握锂离子电池的制造工艺；掌握锂离子电池的电化学性能和安全使用准则。重点:锂离子电池工作原理；正极、负极、电解液、隔膜材料的特征、制备和改性工艺流程；锂离子电池设计原则和工艺流程；锂离子电池电化学性能及不同种锂离子电池的优缺点及应用领域。难点:锂离子电池工作原则和设计工艺流程，针对不同锂离子电池进行工艺设计创新的原则。82、311.燃料电池11.1燃料电池概述11.2燃料电池的理论基础11.3燃料电池所用的燃料11.4几种重要的燃料电池教学要求：了解燃料电池的发展历程和基本工作原则；了解不同种类燃料电池的组成、特征及工艺设计流程；了解燃料电池目前存在的关键技术瓶颈。重点:燃料电池的特征和应用。难点:燃料电池的热力学基础和动力学基础。62、3合计56五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，采用启发式、讨论式、经典案例和视频资源等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养，在掌握化学电源设计基本原则和设计工艺步骤的基础上，具有进行化学电源方案设计的初步能力。同时，在教学过程中引入应用型科技前沿学术报告和会议报告视频等，使学生了解化学电源发展前景及技术瓶颈，以促进学生积极思考，开发学生的潜能，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；精选教学内容，精讲多练，巩固课堂所学知识。六、课程资源1.推荐教材：（1）程新群.化学电源[M].北京：化学工业出版社.2018.（2）孙克宁.现代化学电源[M].北京：化学工业出版社.2017.2.参考书：（1）黄可龙.锂离子电池原理与关键技术[M].北京：化学工业出版社.2020.（2）郭炳焜.化学电源—电池原理及制造技术[M].长沙：中南大学出版社.2019.（3）王力臻.化学电源设计[M].北京：化学工业出版社.2007.3.期刊：（1）陈云贵.先进镍氢电池及其关键电极材料[J].金属功能材料,2017,24(1):1-24.（2）朱凤.化学电源课程思政的教学探索与实践[J].宜春学院学报,2021,44(09):114-117.（3）吴娇杨.锂离子电池和金属锂离子电池的能量密度计算[J].储能科学与技术,2016,5(4):443-453.（4）黄健航.新型储能化学电源研究进展[J].电源技术,2020,44(06):793-798.（5）XinW,etal.Functionalseparatorforpromotinglithiumionmigrationanditsmechanismstudy[J].AppliedSurfaceScience,2021,542:148661.（6）Koohi-FayeghS,etal.Areviewofenergystoragetypes,applicationsandrecentdevelopments.JournalofEnergyStorage.2020,27:101047.4.网络资源：（1）王晓敏.太原理工大学公开课:新能源材料概述.哔哩哔哩,2021./video/BV1K44y147SE/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=5c8428c1d621a9b2ab65c3136f073325.（2）刘瑞.山东科技大学.《锂离子电池》前沿课程.哔哩哔哩,2020./video/BV1Zi4y1x7b5?from=search&seid=6737198368752698816&spm_id_from=333.337.0.（3）许峰.湖南大学公开课:化学与能源.网易公开课,2015.http://open.163.com/movie/2015/1/8/9/MAEBTO9B4_MAIUOD689.html?recomend=2.七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表3。表3课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂互动12（1）根据课堂出勤情况、小组展示、课堂讨论、随堂测验和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√354线上学习10（1）根据线上依托平台统计的章节学习次数、课程音视频学习完成情况进行考核，满分100分。（2）以线上学习平台的统计成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。343作业18（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√468期末考核60（1）卷面成绩100分，以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核化学电源设计基本原则、设计方法和一般步骤；化学电源中电化学参数的定义、计算和应用；化学电源工作原理和设计工艺流程；化学电源的正负极、隔膜等材料的制备方法和特点等知识。（3）考试题型为：选择题、填空题、判断题、简答题、设计题和分析计算题等。√√√152025合计：100分253540八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂互动、线上学习、作业、期末考核等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末试卷成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末试卷成绩为100分（权重60%），试题类型为填空题、选择题、判断题、简答题、设计题、计算分析题等类型，试卷