《锂离子电池原理与技术》课程教学大纲

《锂离子电池原理与技术》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称锂离子电池原理与技术课程编号330020134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7学期学分/学时2.5/40课内学时40理论授课32上机学时0课内实践8实验学时8课外学时60适用专业新能源材料与器件是否双语否先修课程无机化学、分析化学、物理化学后续课程无二、课程简介《锂离子电池原理与技术》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。通过对本课程的学习，使学生掌握锂离子电池的基本概念、原理与组装技术，了解锂离子电池的应用前景，并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.思政目标：了解学科的发展趋势，培养学生的家国情怀，引导学生树立正确的职业观、专业观，引导学生将所学知识和技能转化为内在德行和素养，将学生个人发展与国家发展结合起来；锂离子电池技术的革新，是在不断地创新与发展中完成，引导学生有创新精神，不要固定已有的思维模式；使学生了解工匠精神就是“专注微小、心无杂念，直至极致”，让学生从内心深处建立社会责任意识和对职业的敬畏感，理解“热爱本职、敬业奉献”是大国工匠精神的源动力。课程目标2.知识目标：掌握锂离子电池原理与技术及相关学科发展状况；掌握锂离子电池隔膜、电解质材料的基本要求、分类、特性、制造工艺以及发展趋势；以锂离子电池关键制造工艺为主线，掌握锂离子电池制浆、涂布、辊压、分切、装配、焊接和化成等制造工序的基本工艺原理、制造设备、工艺调控方法和缺陷预防等内容，为锂离子电池制造及工艺研究提供理论指导；掌握锂离子电池原理与技术在环境工程、新能源开发、材料科学等领域的应用情况。课程目标3.能力目标：掌握各种电极材料预处理的原则和方法；掌握有关锂离子电池组装实验的基本知识、基本操作技术和典型的分析测定方法；通过有代表性实验项目，加深对分析方法的原理及其有关理论的理解，能灵活运用所学理论知识指导实验操作；增强对“量”的概念的认识，培养良好的实验素质，对各类仪器具有较好的规范操作意识，使学生能够针对不同的电极材料和浆料体系，提出合理的制备和分析方法。课程目标4.素质目标：培养学生熟练进行相关的分析、设计、计算和数据统计处理的能力；培养学生严谨细致、实事求是的科学态度；通过运用理论知识分析解决问题的过程，培养学生辩证唯物主义的思想方法；培养学生在实验过程中的协作意识和团队意识；建立“方法原理-仪器组成-应用实践”一体的思维模式，培养学生自主学习和终身学习的意识；培养学生发现问题、分析问题并解决问题的能力。（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8-1：具备良好的人文社会科学素养，具备正确的世界观、人生观和价值观8-职业规范课程目标2指标点1-1：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。指标点2-1：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。1-工程知识2-问题分析课程目标3指标点4-1：能够基于科学原理并采用科学方法对新能源材料与器件开发过程的复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与表征、并通过信息综合得到合理有效的结论。指标点5-3：能够基于新能源材料与器件工程相关背景知识进行合理分析，评价工程实践和复杂工程问题，提出解决方案4-研究5-使用现代工具课程目标4指标点9-1：具有团队合作精神或意识。指标点12-1：具有掌握和跟踪新能源科学与工程学科前沿、发展趋势的能力9-个人和团队12-终身学习四、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（学时数：2学时）1.课程主要内容（1）锂离子电池原理与技术课程的学习目的、任务和主要内容；（2）锂离子电池技术的发展历程、分类、特点及发展趋势；（3）锂离子电池原理与技术在新能源领域中的应用及其他应用领域。2.重点和难点重点：锂离子电池原理与技术的分类、特点及发展历程。难点：锂离子电池原理与技术的特点。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合，阐明课程的基本知识。（2）通过典型案例加强对国际前沿及本课程涉及的具体领域的了解，丰富学生基本知识结构，培养学生的职业观，对锂离子电池原理与技术有初步的认识。4.学生学习预期成果使学生充分认识该学科的内容、任务及在新能源材料科学工程中的地位，掌握与传统一次、二次电池的区别和与其他专业课的联系。培养学生认知和见识，拓宽视野。5.支撑课程目标了解学科的发展趋势，培养学生的家国情怀，引导学生树立正确的职业观、专业观；掌握锂离子电池原理与技术及相关学科发展状况；掌握常用锂离子电池生产工艺在新能源开发、材料科学、环境工程等领域的应用情况。因此，本单元支撑课程目标1、2。第二单元锂离子电池隔膜、电解质材料（学时数：6学时）1.课程主要内容（1）锂离子电池隔膜材料的基本要求、分类、结构特性、力学性能、理化性质、制造工艺以及发展趋势；（2）锂离子电池电解质材料的功用、特性、分类、组成、固态电解质以及发展趋势；2.重点和难点重点：锂离子电池隔膜材料的分类、结构特性、力学性能、理化性质及主要制造工艺；电解质材料的分类、组成及固态电解质。难点：锂离子电池隔膜材料的结构特性、力学性能、理化性质及主要制备工艺（干法、湿法制备工艺）；电解质材料的组成（锂盐、溶剂的选择依据）及电解液添加剂的分类及功用。3.教学方法（1）通过多媒体课件（包括动画、视频）和传统教学法相结合，阐明锂离子电池隔膜和电解质材料相关的基本理论，讲授各性能测试分析的方法和仪器，加强直观理解；（2）通过课堂小组讨论和汇报，阐述锂离子电池隔膜和电解质材料的组成、特性和主要制造工艺，分析比较各个隔膜和电解质材料的优缺点，提升学生在课堂教学的参与度，培养辩证思维，加深对重点知识的深入理解；（3）通过随堂章节小测验，促进对所学知识的消化和巩固；（4）通过案例教学法，直观了解锂离子电池隔膜和电解质材料的应用，促进学生对知识的整合。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隔膜和电解质材料的基础理论有较强的认知，对锂离子电池隔膜材料的分类、结构特性、力学性能、理化性质及主要制造工艺（干法、湿法制备工艺）；电解质材料的分类、组成（锂盐、溶剂的选择依据）、电解液添加剂的分类及功用及固态电解质有深刻的理解。理解并掌握常见锂离子电池隔膜和电解质材料的应用领域，能够对常见的锂离子电池体系中涉及的隔膜和电解质材料问题进行分析判断。此外，对于化学本质而言，隔膜和电解质材料的组成与不同加工工艺最终可导致性能上的明显差异；就整个锂离子电池体系而言，隔膜和电解质材料与电极材料只有相辅相成、协调抑制，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.掌握锂离子电池隔膜、电解质材料的基本要求、分类、结构特性、力学性能、理化性质以及制造工艺的专业知识，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。培养学生的家国情怀，引导学生树立正确的职业观、专业观，引导学生将所学知识和技能转化为内在德行和素养，将学生个人发展与国家发展结合起来；锂离子电池技术的革新，是在不断地创新与发展中完成，引导学生有创新精神，不要固定已有的思维模式；使学生了解工匠精神就是“专注微小、心无杂念，直至极致”，让学生从内心深处建立社会责任意识和对职业的敬畏感，理解“热爱本职、敬业奉献”是大国工匠精神的源动力。课程目标2.能够运用锂离子电池隔膜、电解质材料的相关文献资料，分析、解决具体的新能源开发和使用过程的问题。掌握各种隔膜、电解质材料的组成和制备方法，能够选择出较为合理的隔膜和电解质材料，并能够利用各种有效手段对隔膜、电解质材料进行表征，能够将锂离子电池隔膜、电解质材料理论知识用于解决新能源材料与器件生产过程中涉及到的材料科学、环境等问题，为锂离子电池制造及工艺研究提供理论指导；了解动力电池、储能器件等领域中隔膜、电解质材料的应用。第三单元锂离子电池制浆、涂布、辊压工艺（学时数：15学时）1.课程主要内容（1）悬浮液颗粒的受力及静态悬浮液的稳定性；（2）锂离子电池浆料的制备原理、制浆设备及工艺；（3）涂布流变学基础，粘度和表面张力的调控；（4）辊涂、预定量原理与工艺、涂布方法的选择及干燥；（5）粉体的基本性质、粉体的充填密度及压缩性能；（6）极片的辊压原理、设备与工艺；（7）辊压极片对电池性能的影响，极片质量与控制。2.重点和难点本单元的教学重点难点包括锂离子电池制浆、涂布、辊压工艺的基本原理、制造设备、工艺调控方法和缺陷预防等内容。3.教学方法（1）通过多媒体课件与传统教学相结合，阐明锂离子电池制浆、涂布、辊压工艺的基本原理、制造设备、工艺调控方法和缺陷预防等内容，拓宽学生的知识面；（2）通过锂离子电池制浆、涂布、辊压工艺的典型案例分析，强调理论与实践相结合，加强学生的知识融合，培养学生的反思能力。4.学生学习预期成果完成本单元学习任务后，学生应熟悉并掌握锂离子电池正、负极浆料体系的组成、悬浮液颗粒受力及稳定性、浆料制备原理及设备、正、负极浆料的制浆工艺、浆料体系分散性和稳定性的调控方法；了解涂布流变学基础（悬浮液分类、剪切与黏度、润湿与流平）、黏度和表面张力调控的原理与方法；掌握辊涂、预定量涂布原理与工艺、涂布方法的选择和极片干燥工艺；了解粉体的基本性质、充填模型和充填密度和实际粉体的压缩性能；掌握极片辊压原理与工艺、辊压极片与电池性能的关系、辊压设备的选择。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.了解锂离子电池技术的发展趋势，培养学生的家国情怀，引导学生树立正确的职业观、专业观，引导学生将所学知识和技能转化为内在德行和素养，将学生个人发展与国家发展结合起来；锂离子电池技术的革新，是在不断地创新与发展中完成，引导学生有创新精神，不要固定已有的思维模式；使学生了解工匠精神就是“专注微小、心无杂念，直至极致”，让学生从内心深处建立社会责任意识和对职业的敬畏感，理解“热爱本职、敬业奉献”是大国工匠精神的源动力。课程目标2.掌握锂离子电池原理与技术及相关学科发展状况；掌握以锂离子电池关键制造工艺为主线，掌握锂离子电池制浆、涂布、辊压、分切、装配、焊接和化成等制造工序的基本工艺原理、制造设备、工艺调控方法和缺陷预防等内容，为锂离子电池制造及工艺研究提供理论指导；掌握锂离子电池原理与技术在环境工程、新能源开发、材料科学等领域的应用情况。第四单元锂离子电池分切、装配、焊接和化成工艺（学时数：9学时）1.课程主要内容（1）极片的分切方法，极片的剪切过程以及极片的剪切工艺；（2）极片分切设备、激光分切；（3）电极卷绕和叠片工艺；（4）锂离子电池组装工艺及质量检验；（5）锂离子电池激光焊接、超声波点焊接；（6）锂离子电池化成原理、化成工艺及设备。2.重点和难点本单元的教学重点难点包括锂离子电池分切、装配、焊接和化成工艺的基本原理、制造设备、工艺调控方法和缺陷预防等内容。3.教学方法（1）通过多媒体课件与传统教学相结合，阐明锂离子电池分切、装配、焊接和化成工艺的基本原理、制造设备、工艺调控方法和缺陷预防等内容，拓宽学生的知识面；（2）通过锂离子电池分切、装配、焊接和化成工艺的典型案例分析，强调理论与实践相结合，加强学生的知识融合，培养学生的反思能力。4.学生学习预期成果完成本单元学习任务后，学生应熟悉并掌握极片分切的方法、剪切过程、极片剪切工艺、极片分切设备和极片分切缺陷及其影响；掌握电极卷绕和叠片工艺要求及设备、锂离子电池的组装工艺及设备；掌握锂离子电池化成原理、化成工艺及设备。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.了解锂离子电池技术的发展趋势，培养学生的家国情怀，引导学生树立正确的职业观、专业观，引导学生将所学知识和技能转化为内在德行和素养，将学生个人发展与国家发展结合起来；锂离子电池技术的革新，是在不断地创新与发展中完成，引导学生有创新精神，不要固定已有的思维模式；使学生了解工匠精神就是“专注微小、心无杂念，直至极致”，让学生从内心深处建立社会责任意识和对职业的敬畏感，理解“热爱本职、敬业奉献”是大国工匠精神的源动力。课程目标2.掌握锂离子电池原理与技术及相关学科发展状况；掌握以锂离子电池关键制造工艺为主线，掌握锂离子电池制浆、涂布、辊压、分切、装配、焊接和化成等制造工序的基本工艺原理、制造设备、工艺调控方法和缺陷预防等内容，为锂离子电池制造及工艺研究提供理论指导；掌握锂离子电池原理与技术在环境工程、新能源开发、材料科学等领域的应用情况。第五单元实验室安全教育（学时数：2学时）1.课程主要内容（1）仪器分析实验安全防护的基础知识；（2）实验室危险化学品的标识；（3）危险化学品的燃爆危害和环境危害；（4）危险化学品的管理和使用。2.重点和难点实验室安全。3.实施方式讲授法、案例教学。4.学习要求通过学习本单元内容，学生了解实验室安全防护的相关知识，认知实验室危险化学品的各种标识，理解危险化学品的燃爆危害和环境危害，并最终取得实验室安全教育相关证书。5.实验要求（1）本次实验为验证性实验。（2）开出要求：必做（3）分组要求：1人1组，独立完成。6.学生学习预期成果完成本单元实验后，学生需清楚认知实验室安全防护的相关知识，认知实验室危险化学品的各种标识，理解危险化学品的燃爆危害和环境危害，并最终获得实验室安全教育相关证书。7.支撑课程目标培养学生的家国情怀，引导学生树立正确的职业观、专业观，引导学生将所学知识和技能转化为内在德行和素养，将学生个人发展与国家发展结合起来；培养良好的实验素质，对各类仪器具有较好的规范操作意识；培养学生严谨细致、实事求是的科学态度；因此，本单元支撑课程目标1、3、4。第六单元扣式锂离子电池组装实验（学时数：6学时）1.课程主要内容（1）锂离子电池结构及工作原理；（2）扣式锂离子电池的极片制备过程及工艺；（3）扣式锂离子电池的组装工艺。2.重点和难点重点：锂离子电池结构；正、负极浆料的制备；扣式锂离子电池的组装工艺。难点：正、负极极片的浆料制备及涂布工艺，比容量的计算方法。3.实施方式线下展开小组实验。4.学习要求学生完成本单元实验后，认知可锂离子电池结构及工作原理，掌握真空手套箱、封口机等设备的操作方法，并可应用该设备进行扣式锂离子电池的组装。5.实验要求（1）本次实验为验证性实验。（2）开出要求：必做（3）分组要求：4-5人1组，各组独立完成。（4）实验准备①实验仪器：真空干燥箱，真空手套箱，真空泵，扣式电池封口机，电子天平，切片机，玛瑙研钵，干燥器、移液枪等。②实验材料及试剂：高纯氩气（瓶），1mol/LLiPF6＋EC/DMC(体积比1:1)电解液，粘结剂PVDF，导电碳黑（super-Li），N－甲基吡咯烷酮（NMP），Celgard2400隔膜，金属锂片，电池壳（CR2025），铝集流片等。③预习实验操作步骤，理解实验原理，写好预习报告。6.学生学习预期成果完成本单元实验后，认知可锂离子电池结构及工作原理，了解扣式锂离子电池的极片制备过程及工艺，以及扣式锂离子电池的组装工艺。7.支撑课程目标本单元为该课程的配套实验，通过实验操作，辩证分析实验方法、测试技术以及仪器结构的优缺点；掌握有关扣式锂离子电池组装实验的基本原理、基本操作技术和典型的分析方法；加深对分析方法的原理及其有关理论的理解，能灵活运用所学理论知识指导实验操作；增强对“量”的概念的认识，培养良好的实验素质，对各类仪器具有较好的规范操作意识；培养学生熟练进行相关的计算和数据统计处理的能力；建立“方法原理-仪器组成-分析应用”一体的思维模式，培养学生自主学习和终身学习的意识；。因此，本单元支撑课程目标1、3、4。（二）课程基本教学内容对课程目标的支撑理论课程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讲授法、案例教学课程目标1、221:1.5第二单元锂离子电池隔膜、电解质材料讲授法、案例教学、小组讨论、随堂测验课程目标1、261:1.5第三单元锂离子电池制浆、涂布、辊压工艺讲授法、案例教学、小组讨论、随堂测验、演示法课程目标1、2151:1.5第四单元锂离子电池分切、装配、焊接和化成工艺讲授法、案例教学、小组讨论、随堂测验课程目标1、291:1.5合计32实验课程课程教学内容教学方法支撑的课程目标学时安排第五单元安全教育讲授法、案例教学课程目标1、3、42第六单元扣式锂离子电池组装实验小组实验课程目标1、3、46合计8五、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）50本门课程4次作业，主要考核锂离子电池隔膜、电解质材料的基本要求、分类、特性、制造工艺以及发展趋势；锂离子电池各个加工工艺的原理、设备、缺陷的处置方法等及实验应用等相关内容。作业评分的具体标准为：字迹是否整洁，计算是否准确，概念是否清晰，解决问题的方案是否合理等。目标分值=0.5*作业平均成绩测验（百分制）30考核内容及评价细则：闭卷形式，考察学生对所学各单元知识的是否掌握，是否可以利用所学知识解决一些实际的问题，或为实际生产和科研进行指导。目标分值=0.3*测验平均成绩出勤、课堂表现（百分制）10考核内容及评价细则：是否准时出勤（无故缺勤一次，扣10分，累计超过5次以上，一票否决，课程记为不及格），课堂上精神状态，回答问题时是否正确，学习通中参与投票、抢答等课堂活动。目标分值=0.1*课堂表现平均成绩小组讨论10考核内容及评价细则：能否积极查阅资料，是否积极主动参与讨论，能否阐明自己的观点和想法，能否与其他同学合作、交流，共同解决问题。目标分值=0.1*小组讨论平均成绩实践成绩10%实验（百分制）100考核内容及评价细则：实验是否全勤，预习充分，全程动手做实验，实验结果是否准确，实验报告所得结论是否准确，是否能对实验中出现的问题联系理论知识进行分析，与同组同学是否能协作。目标分值=1.0*实验平均成绩期末考试50%知识40考核内容：主要考核学生对锂离子电池电解质、隔膜材料的基本要求、分类、特性、制造工艺以及发展趋势；锂离子电池制浆、涂布、辊压、分切、装配、焊接、化成等各个加工工艺的原理、设备、缺陷的处置方法等及实验应用等相关内容，以及实验应用等相关内容的掌握情况，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力。考试题型：分为五大题型，名词解释，填空题，判断题，简答题，综合分析题等评价细则：试卷相应的参考答案及评分标准，依据卷面实际分数计入成绩。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1-1锂离子电池原理与技术课程的学习目的、任务和主要内容；1-2锂离子电池技术的发展历程、分类、特点及发展趋势；1-3锂离子电池原理与技术在新能源领域中的应用及其他应用领域。课堂表现、期末考试课程目标1、2第二单元锂离子电池隔膜、电解质材料2-1锂离子电池隔膜材料的基本要求、分类、结构特性、力学性能、理化性质、制造工艺以及发展趋势；2-2锂离子电池电解质材料的功用、特性、分类、组成、固态电解质以及发展趋势；作业，测验，课堂表现，小组讨论，期末考试课程目标1、2第三单元锂离子电池制浆、涂布、辊压工艺3-1悬浮液颗粒的受力及静态悬浮液的稳定性；3-2锂离子电池浆料的制备原理、制浆设备及工艺；3-3涂布流变学基础，粘度和表面张力的调控；3-4辊涂、预定量原理与工艺、涂布方法的选择及干燥；3-5粉体的基本性质、粉体的充填密度及压缩性能；3-6极片的辊压原理、设备与工艺；3-7辊压极片对电池性能的影响，极片质量与控制。作业，测验，课堂表现，小组讨论，期末考试课程目标1、2第四单元锂离子