《锂离子电池材料》课程教学大纲

《锂离子电池材料》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称锂离子电池材料课程编号330020067课程性质选修课课程类别专业课开课单位无机非金属材料教研室授课学期第六学期学分/学时3/48课内学时48理论授课48上机学时0课内实践0实验学时0课外学时72适用专业新能源材料与器件是否双语否先修课程材料科学基础、材料研究与测试方法、电化学原理后续课程无二、课程简介《锂离子电池材料》课程是新能源材料与器件专业的一门专业选修课。该课程是理论性较强的一门新兴课程。通过本课程的学习使学生了解锂离子电池材料的应用现状以及发展历史；理解锂离子电池对正、负极材料的要求、锂离子电池的设计及组装要求；掌握锂离子电池材料的概念、工作原理、组成以及各种正、负极材料的优、缺点等，为学生毕业后从事锂离子电池材料的生产、研发工作打下扎实的理论基础。三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑（一）课程目标通过本课程的学习，使学生达到以下目标：课程目标1.认识锂离子电池材料对新能源产业及社会发展的重要意义，了解锂离子电池材料的发展历史历程，学习先辈们的科学和探索精神，增强学生的民族自豪感和责任感；掌握锂离子电池材料的基本原理及各类常用的锂离子电池材料相关专业知识，融入矛盾的对立统一性、质变和量变等辩证唯物主义思想，培养学生树立科学的世界观。课程目标2.能够掌握各类锂离子电池材料制备及改性过程中的基本理论知识和规律，利用锂离子电池材料的基本理论，分析、评价和解决锂离子电池材料工程制备、使用实际过程和问题。能够查阅和利用手册、文献、国家标准等资料，为锂离子电池材料使用过程中的实际问题寻求和设计可靠合理的解决方法和实施方案，指导实际生产操作。课程目标3.能够将锂离子电池材料制备及改性理论用于解决新能源领域中涉及到的材料和环境问题，通过课程教学，提高学生分析问题和解决问题能力，培养学生探索精神和创新意识，努力实现学生知识、能力、素质协调发展。（二）课程目标对毕业要求指标点的支撑课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求课程目标1指标点1-4：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于分析和解决新能源材料与器件生产和加工过程中的复杂工程问题。1-工程知识课程目标2指标点2-3：具能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析新能源材料与器件生产过程中的复杂工程问题，以获得有效结论的能力。2-问题分析课程目标3指标点7-3：能够理解和评价针对复杂新能源材料与器件工程问题的专业工程实践对环境、社会可持续发展的影响。7-环境和可持续发展四、课程基本教学内容及对课程目标的支撑（一）课程基本教学内容第一单元绪论及锂离子电池相关基础知识（学时数：6学时）1.课程主要内容（1）锂离子电池材料的课程学习任务、目的和主要内容。（2）锂离子电池材料的发展历程及面临的新挑战。（3）锂离子电池的工作原理、组成、优缺点，锂离子电池对正、负极材料的要求。（4）锂离子电池相关基础知识，基本名词、概念、锂离子电池充放电曲线的测试及解析。2.重点和难点本单元的教学重、难点包括锂离子电池材料的发展历程及面临的新挑战，锂离子电池相关基础知识，基本名词、概念、锂离子电池充放电曲线的测试及解析。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合，阐明本课程的主要研究内容。结合锂离子电池材料的典型案例，讲述锂离子电池材料的发展史，使学生了解我国锂离子电池材料的发展过程，学习先辈们的科学和探索精神，从而增强了民族自豪感和勇于担当、振兴祖国的责任感。（2）通过多媒体课件和传统教学相结合，利用锂离子电池材料的典型案例，讲述锂离子电池相关基础知识，基本名词、概念、锂离子电池充放电曲线的测试及解析，使学生掌握相关的锂离子电池基础知识，强调理论与实践相结合，促进学生深度学习，加强知识整合，培养学生的分析归纳能力与反思能力。（3）通过小组合作学习，查阅相关锂离子电池材料发展的相关文献及案例，培养学生的自学能力和合作能力。4.学生学习预期成果完成本单元学习任务后，学生应了解锂离子电池材料的课程学习任务、目的和主要内容，对锂离子电池材料的发展历程及锂离子电池材料面临的新挑战有充分的认识与理解，理解并掌握锂离子电池相关基本名词、概念、锂离子电池充放电曲线的测试及解析的方法。能应用知网等文献检索系统查阅催化方面的相关文献，并能进行整理归纳。5.支撑课程目标本单元知识、教学方式支撑的课程目标：课程目标1.认识锂离子电池材料对新能源产业及社会发展的重要意义，了解锂离子电池材料的发展历史历程，学习先辈们的科学和探索精神，增强学生的民族自豪感和责任感；掌握锂离子电池材料的基本原理及各类常用的锂离子电池材料及锂离子电池材料的相关专业知识，融入矛盾的对立统一性、质变和量变等辩证唯物主义思想，培养学生树立科学的世界观。课程目标3.能够将锂离子电池材料制备及反应理论用于解决新能源领域中涉及到的储能和环境问题，通过课程教学，提高学生分析问题和解决问题能力，培养学生探索精神和创新意识，努力实现学生知识、能力、素质协调发展。第二单元锂离子电池正极材料（学时数：20学时）1.课程主要内容（1）LiCoO2的热稳定性和结构稳定性；LiCoO2表面包覆、超薄原子层沉积。（2）尖晶石型LiMn2O4的结构、特征，Jahn-Teller效应；尖晶石型LiMn2O4的制备方法及改性。（3）层状LiMnO2的结构及掺杂。（4）LiFePO4的充放电机理，提高LiFePO4电化学性能的方法；LiFePO4的制备方法及其衍生物。（5）富锂锰基正极材料的结构和充放电机理；（6）三元LiNixCoyMn1-x-yO2材料的结构、充放电特性及发展趋势。2.重点和难点本单元的教学重点包括各类锂离子电池正极材料的结构、特性、充放电机理、制备方法和改性等内容。其中，各类锂离子电池正极材料的结构特性、制备方法和改性等内容为教学难点。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合，阐明各类锂离子电池正极材料的结构、特性、充放电机理、制备方法和改性措施等内容，丰富学生对锂离子电池正极材料的基本知识结构；（2）通过结合典型案例讲解LiCoO2、LiFePO4、三元LiNixCoyMn1-x-yO2材料等各类锂离子电池正极材料的结构特征、制备方法及改性措施，强调理论与实践相结合，促进学生深度学习，加强知识整合，培养学生的分析归纳能力与反思能力。4.学生学习预期成果完成本单元学习任务后，学生应对锂离子电池正极材料的基础理论有较强的认知，对各类锂离子电池正极材料的结构、特性、充放电机理、制备方法和改性措施有深刻的理解。依据其结构、特性、充放电机理、制备方法和改性措施，理解并掌握各类锂离子电池正极材料的应用领域，能够对常见的锂离子电池正极材料问题进行分析判断。此外，对于化学本质而言，材料的微观结构、特性、充放电机理、制备方法等最终会对储锂性能产生决定性的影响；就整个锂离子电池正极材料体系而言，只有材料的微观结构、特性、制备方法等方面的调控与储锂性能结合起来，相辅相成、协调优化，才能执行正常的功能，体现矛盾的统一性。唯物辩证法观点的引入，可增强学生对课程内容的有效理解，还能培养学生树立科学的世界观。5.支撑课程目标本单元知识、教学方式支撑的课程目标：课程目标1.掌握锂离子电池材料的基本原理及各类常用的锂离子电池材料及锂离子电池材料的相关专业知识，融入矛盾的对立统一性、质变和量变等辩证唯物主义思想，培养学生树立科学的世界观。课程目标2.能够掌握锂离子电池材料制备及加工过程中的基本理论知识和规律，利用锂离子电池材料的基本理论，分析、评价和解决锂离子电池材料工程制备、使用实际过程和问题。能够查阅和利用手册、文献、国家标准等资料，为锂离子电池材料使用过程中的实际问题寻求和设计可靠合理的解决方法和实施方案，指导实际生产操作。课程目标3.能够将锂离子电池材料制备及反应理论用于解决新能源领域中涉及到的储能和环境问题，通过课程教学，提高学生分析问题和解决问题能力，培养学生探索精神和创新意识，努力实现学生知识、能力、素质协调发展。第三单元锂离子电池负极材料（学时数：16学时）1.课程主要内容（1）尖晶石型Li4Ti5O12材料的概述、结构及电化学反应机理；（2）尖晶石型Li4Ti5O12材料的制备方法及其特点；（3）尖晶石型Li4Ti5O12材料存在的问题及其研究进展；（4）尖晶石型Li4Ti5O12材料的高温固相、水热等制备方法；（5）碳负极材料的结构特性、分类、储锂机理、制备方法及改性措施（6）合金化负极材料的结构特性、分类、储锂机理、制备方法及改性措施（7）磷负极材料分类、储锂机理及改性措施（8）过渡金属氧化物负极材料分类、储锂机理及改性措施。2.重点和难点本单元的教学重点包括各类锂离子电池负极材料的结构、特性、储锂机理、制备方法和改性等内容。其中尖晶石型Li4Ti5O12和碳负极材料的结构特性、制备方法和改性等内容为教学难点。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合，阐明各类锂离子电池负极材料的结构、特性、充放电机理、制备方法和改性措施等内容，丰富学生对锂离子电池正极材料的基本知识结构，拓宽学生的知识面；（2）通过结合典型案例讲解尖晶石型Li4Ti5O12、碳负极材料、合金化负极材料等各类锂离子电池负极材料的结构特征、制备方法及改性措施，强调理论与实践相结合，促进学生深度学习，加强知识整合，培养学生的分析归纳能力与反思能力。4.学生学习预期成果完成本单元学习任务后，学生应对锂离子电池正极材料的基础理论有较强的认知，对各类锂离子电池负极材料的结构、特性、充放电机理、制备方法和改性措施有深刻的理解。依据其结构、特性、充放电机理、制备方法和改性措，理解并掌握各类锂离子电池负极材料的应用领域，能够对常见的锂离子电池负极材料问题进行分析判断。5.支撑课程目标本单元知识、教学方式支撑的课程目标：课程目标1.掌握锂离子电池材料的基本原理及各类常用的锂离子电池材料及锂离子电池材料的相关专业知识，融入矛盾的对立统一性、质变和量变等辩证唯物主义思想，培养学生树立科学的世界观。课程目标2.能够掌握锂离子电池材料制备及加工过程中的基本理论知识和规律，利用锂离子电池材料的基本理论，分析、评价和解决锂离子电池材料工程制备、使用实际过程和问题。能够查阅和利用手册、文献、国家标准等资料，为锂离子电池材料使用过程中的实际问题寻求和设计可靠合理的解决方法和实施方案，指导实际生产操作。课程目标3.能够将锂离子电池材料制备及反应理论用于解决新能源领域中涉及到的储能和环境问题，通过课程教学，提高学生分析问题和解决问题能力，培养学生探索精神和创新意识，努力实现学生知识、能力、素质协调发展。第四单元新型纳米电极材料及钠离子电池材料（学时数：4学时）1.课程主要内容（1）柔性电极材料；（2）纳米电极材料；（3）钠离子电池工作原理、钠离子电池正、负极电极材料。2.重点和难点本单元的教学重点难点包括柔性电极材料、纳米电极材料的特性及应用、钠离子电池正、负极电极材料的特征、分类及应用。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合，阐明柔性电极材料、纳米电极材料、钠离子电池电极材料的基本概念，了解柔性电极材料、纳米电极材料的特性及应用，解析钠离子电池工作原理和正、负极电极材料的特征、分类及应用，加深学生对钠离子电池技术的认知与理解；（2）通过小组合作学习及文献查阅，拓宽学生对柔性电极材料、纳米电极材料和钠离子电池材料的应用及发展趋势的认识，培养学生查阅文献、分析综合的的能力，发展学生的合作能力；（3）通过课堂汇报，强化知识应用意识，发展学生的教学能力和反思能力。4.学生学习预期成果完成本单元学习任务后，学生应理解柔性电极材料、纳米电极材料和钠离子电池电极材料技术的内涵，能够将锂离子电池材料理论用于新型电化学储能过程中涉及到的材料、环境等问题，了解柔性电极材料、纳米电极材料和钠离子电池电极材料技术的应用及发展趋势。5.支撑课程目标本单元知识、教学方式支撑的课程目标：课程目标3.能够将锂离子电池材料制备及反应理论用于解决新能源领域中涉及到的环储能和环境问题，通过课程教学，提高学生分析问题和解决问题能力，培养学生探索精神和创新意识，努力实现学生知识、能力、素质协调发展。（二）课程基本教学内容对课程目标的支撑课程教学内容教学方法支撑的课程目标学时安排课内课外学时比例第一单元绪论及锂离子电池相关基础知识讲授法、案例教学课程目标1、361:1.5第二单元锂离子电池正极材料讲授法、案例教学课程目标1、2、3201:1.5第三单元锂离子电池负极材料讲授法、案例教学课程目标1、2、3161:1.5第四单元新型纳米电极材料及钠离子电池材料讲授法、课堂汇报课程目标361:1.5合计48五、课程考核及对课程目标的支撑（一）课程考核课程成绩构成（百分制）课程成绩构成比例考核环节目标分值考核/评价细则平时成绩40%作业（百分制）40本门课程四次作业，考核内容：锂离子电池材料发展发展概况、锂离子电池相关基础知识、充放电曲线的测试及解析；各类锂离子电池正、负极材料的结构、特性、充放电机理、制备方法和改性等内容，作业评分的具体标准（作业正确率等）目标分值=0.4*作业平均成绩测验（百分制）40考核内容主要包括各类锂离子电池正、负极材料的结构、特性、充放电机理、制备方法和改性等。考试题型包括选择、判断和简答题等，其中，填空题占40%，简答题占60%。目标分值=0.4*测验成绩课堂表现（百分制）20考核内容：其一，课堂上是否与教师互动，是否主动回答问题以及问题回答的正确性；其二，小组合作学习、课堂汇报的表现情况。分别占比50%。目标分值=0.2*作业平均成绩期末考试60%知识40考核内容：锂离子电池材料发展发展概况、锂离子电池相关基础知识、充放电曲线的测试及解析；各类锂离子电池正、负极材料的结构、特性、充放电机理、制备方法和改性等。考试题型：名词解释、填空、判断、简答、综合分析/计算题等。评价细则：名词解释占10%、填空占30%、判断占15%简答占35%、综合分析/计算题占10%。能力30综合应用20创新10（二）课程考核对课程目标的支撑教学内容考核内容考核方式支撑的课程目标第一单元绪论及锂离子电池相关基础知识1-1锂离子电池材料的发展概况；1-2锂离子电池相关基础知识、充放电曲线的测试及解析。作业、期末考试课程目标1、3第二单元锂离子电池正极材料2-1LiCoO2的热稳定性和结构稳定性；2-2LiCoO2表面包覆、超薄原子层沉积；2-3尖晶石型LiMn2O4的结构、特征，Jahn-Teller效应；2-4尖晶石型LiMn2O4的制备方法及改性；2-5层状LiMnO2的结构及掺杂；2-6LiFePO4的充放电机理；2-7提高LiFePO4电化学性能的方法；2-8LiFePO4的制备方法及其衍生物；2-9富锂锰基正极材料的结构和充放电机理；2-10三元材料LiNixCoyMn1-x-yO2材料的结构、充放电特性及发展趋势。作业，测验，期末考试课程目标1、2、3第三单元锂离子电池负极材料3-1尖晶石型Li4Ti5O12材料的概述、结构及电化学反应机理；3-2尖晶石型Li4T