《化學(xué)電源設(shè)計(jì)與制造》教學(xué)大綱

《化學(xué)電源設(shè)計(jì)與制造》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：03144021課程性質(zhì)：專業(yè)必修課學(xué)分：3.5學(xué)分學(xué)時(shí)：56學(xué)時(shí)（理論56學(xué)時(shí)）先修課程：新能源材料與器件導(dǎo)論、電化學(xué)原理A、新能源材料A等后續(xù)課程：化學(xué)電源制造技能訓(xùn)練、新能源器件設(shè)計(jì)創(chuàng)新、畢業(yè)設(shè)計(jì)等適用專業(yè)：新能源材料與器件開課單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院一、課程說明本課程是新能源材料與器件專業(yè)的一門專業(yè)必修課程。本課程主要講授內(nèi)容為化學(xué)電源的基本結(jié)構(gòu)與基本組成，化學(xué)電源設(shè)計(jì)中的基本程序、基本步驟與最優(yōu)化規(guī)則，各類常見化學(xué)電源設(shè)計(jì)的基本思路與方法。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握化學(xué)電源設(shè)計(jì)與制造的基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論，掌握常見化學(xué)電源的設(shè)計(jì)和制造工藝，培養(yǎng)學(xué)生具有化學(xué)電源及其材料設(shè)計(jì)和制造的初步能力，為今后從事化學(xué)電源的技術(shù)工作及研究開發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：掌握化學(xué)電源基本結(jié)構(gòu)、原理和相關(guān)電化學(xué)理論基礎(chǔ)，能夠運(yùn)用理論知識(shí)進(jìn)行化學(xué)電源體系性能的分析。課程目標(biāo)2：能夠掌握化學(xué)電源設(shè)計(jì)中的基本原則、基本程序，基本步驟及優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，掌握化學(xué)電源設(shè)計(jì)和制造工藝，具備化學(xué)電源材料設(shè)計(jì)和制造的初步能力，能夠按照需求制定化學(xué)電源設(shè)計(jì)方案和工藝流程。課程目標(biāo)3：掌握各類常用化學(xué)電源的工作原理、結(jié)構(gòu)、材料制備方法、工藝設(shè)計(jì)流程、電化學(xué)測試方法等，理解各類化學(xué)電源的優(yōu)缺點(diǎn)，為從事化學(xué)電源相關(guān)技術(shù)工作和科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。了解國家在新能源產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略部署，增強(qiáng)學(xué)生的愛國情懷、責(zé)任擔(dān)當(dāng)和民族意識(shí)。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《化學(xué)電源設(shè)計(jì)與制造》課程教學(xué)目標(biāo)對新能源材料與器件專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識(shí)1.4能運(yùn)用工程專業(yè)知識(shí)，解決新能源材料與器件領(lǐng)域中產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、科技開發(fā)、應(yīng)用研究等工程技術(shù)問題。課程目標(biāo)1：掌握化學(xué)電源基本結(jié)構(gòu)、原理和相關(guān)電化學(xué)理論基礎(chǔ)，能夠運(yùn)用理論知識(shí)進(jìn)行化學(xué)電源體系性能的分析。M2.問題分析2.1能夠應(yīng)用工程科學(xué)的基本原理，識(shí)別和判斷新能源材料與器件專業(yè)相關(guān)復(fù)雜工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)。課程目標(biāo)2：能夠掌握化學(xué)電源設(shè)計(jì)中的基本原則、基本程序，基本步驟及優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，掌握化學(xué)電源設(shè)計(jì)和制造工藝，具備化學(xué)電源材料設(shè)計(jì)和制造的初步能力，能夠按照需求制定化學(xué)電源設(shè)計(jì)方案和工藝流程。M3.設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案3.2能夠根據(jù)要求，設(shè)計(jì)開發(fā)實(shí)現(xiàn)特定功能的新能源材料和能源器件。課程目標(biāo)3：掌握各類常用化學(xué)電源的工作原理、結(jié)構(gòu)、材料制備方法、工藝設(shè)計(jì)流程、電化學(xué)測試方法等，理解各類化學(xué)電源的優(yōu)缺點(diǎn)，為從事化學(xué)電源相關(guān)技術(shù)工作和科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。了解國家在新能源產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略部署，增強(qiáng)學(xué)生的愛國情懷、責(zé)任擔(dān)當(dāng)和民族意識(shí)。H注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時(shí)對應(yīng)的課程目標(biāo)1.化學(xué)電源概述1.1電源分類1.2電化學(xué)理論基礎(chǔ)1.3化學(xué)電源的發(fā)展1.4化學(xué)電源的分類1.5化學(xué)電源的工作原理及組成1.6化學(xué)電源的電性能教學(xué)要求：了解化學(xué)電源和物理電源的區(qū)別；掌握電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)及基本原理；了解化學(xué)電源的發(fā)展和分類；理解化學(xué)電源的工作原理、分類及其電性能參數(shù)的定義。重點(diǎn)：化學(xué)電源分類，工作原理及其各組成部分的主要作用，電性能參數(shù)的定義和計(jì)算方法。難點(diǎn)：化學(xué)電源的工作原理及各種電性能參數(shù)之間的關(guān)系。812.化學(xué)電源設(shè)計(jì)中的相關(guān)理論2.1化學(xué)電源中的電傳導(dǎo)2.2法拉第定律及其應(yīng)用2.3電化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)2.4電化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)2.5電池設(shè)計(jì)中的表界面現(xiàn)象及應(yīng)用2.6電池組合原理教學(xué)要求：理解化學(xué)電源設(shè)計(jì)中的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)；掌握法拉第定律在容量設(shè)計(jì)中的應(yīng)用；理解電池設(shè)計(jì)過程中的表界面現(xiàn)象，能夠?qū)唧w問題展開分析。重點(diǎn)：化學(xué)電源設(shè)計(jì)中的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)及相關(guān)計(jì)算方法；如何利用法拉第定律計(jì)算電池理論容量；電池中界面現(xiàn)象存在的原因及分析方法；電池組合原則。難點(diǎn)：化學(xué)電源設(shè)計(jì)中的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的理解；電池中界面現(xiàn)象存在的原因及分析方法。41、23.化學(xué)電源設(shè)計(jì)過程3.1電池設(shè)計(jì)的終極目標(biāo)與實(shí)現(xiàn)3.2電池設(shè)計(jì)的基本程序3.3電池設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備3.4電池設(shè)計(jì)的一般步驟教學(xué)要求：掌握電池設(shè)計(jì)的目標(biāo)與基本程序；掌握電池設(shè)計(jì)前需要準(zhǔn)備的工作和一般步驟；掌握化學(xué)電源設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，能夠根據(jù)要求制定化學(xué)電源設(shè)計(jì)方案。重點(diǎn)：化學(xué)電源設(shè)計(jì)基本步驟和設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作；化學(xué)電源設(shè)計(jì)中的相關(guān)性能和技術(shù)指標(biāo)的計(jì)算和設(shè)計(jì)；化學(xué)電源設(shè)計(jì)方案制定方法。難點(diǎn)：化學(xué)電源設(shè)計(jì)中關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算原則。21、24.鋅錳電池4.1概述4.2氧化錳電極4.3鋅電極4.4鋅錳電池材料4.5鋅錳電池制造工藝4.6鋅錳電池的主要性能4.7鋅錳電池的設(shè)計(jì)教學(xué)要求：理解并掌握鋅錳電池的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)；掌握鋅錳電池電極材料、隔膜等的制造工藝及改性方法；掌握鋅錳電池設(shè)計(jì)方法和制造工藝；掌握鋅錳電池的電化學(xué)性能特點(diǎn)，了解鋅錳電池的應(yīng)用領(lǐng)域。重點(diǎn):鋅錳電池結(jié)構(gòu)與各組成部分的特點(diǎn)；鋅錳電池電極材料、隔膜等的制造工藝及改性方法；鋅錳電池設(shè)計(jì)方法和制造工藝；鋅錳電池的電化學(xué)性能特點(diǎn)。難點(diǎn):鋅錳電池設(shè)計(jì)原則和改進(jìn)方法。62、35.鉛酸蓄電池5.1概述5.2板柵5.3二氧化鉛正極5.4鉛負(fù)極5.5鉛酸蓄電池的電性能5.6鉛酸蓄電池制造工藝原理5.7鉛酸蓄電池的設(shè)計(jì)教學(xué)要求：了解鉛酸蓄電池的工作原理、結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)；掌握板柵的特點(diǎn)及作用；掌握正極和負(fù)極的工作原理及改性方法；掌握鉛酸蓄電池設(shè)計(jì)與制造工藝；掌握鉛酸蓄電池的電化學(xué)性能。重點(diǎn):鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，板柵和正負(fù)極的作用及特點(diǎn)；關(guān)鍵電極材料、電池設(shè)計(jì)與制造工藝。難點(diǎn):鉛酸電池設(shè)計(jì)與制造工藝。62、36.鎘鎳蓄電池6.1鎘鎳蓄電池的工作原理6.2氧化鎳電極6.3鎘電極6.4密封鎘鎳電池6.5鎘鎳蓄電池的電性能6.6鎘鎳蓄電池的制造工藝教學(xué)要求：了解鎘鎳蓄電池的特點(diǎn)和分類，掌握其電池反應(yīng)；理解氧化鎳電極和鎘電極的工作原理；理解密封鎘鎳蓄電池的密封原理，掌握相應(yīng)的密封措施；了解鎘鎳蓄電池的電性能；掌握鎘鎳蓄電池的制造工藝。重點(diǎn):氧化鎳電極的工作原理，鎘負(fù)極的工作原理，鎘鎳電池的密封措施，鎘鎳電池的制造工藝。難點(diǎn):氧化鎳電極的工作原理，密封鎘鎳電池的密封原理與措施。42、37.鎳氫電池7.1概述7.2MH-Ni電池的工作原理與特點(diǎn)7.3儲(chǔ)氫合金電極7.4MH-Ni電池的性能7.5堿性電池設(shè)計(jì)教學(xué)要求：了解鎳氫電池的工作原理、結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)；掌握鎳氫電池設(shè)計(jì)與制造工藝。重點(diǎn):鎳氫電池結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，關(guān)鍵電極材料、電池設(shè)計(jì)與制造工藝。難點(diǎn):電池設(shè)計(jì)與制造工藝。42、38.鋅氧化銀電池8.1鋅氧化銀電池的工作原理8.2鋅負(fù)極8.3氧化銀電極8.4鋅氧化銀電池的電性能8.5鋅氧化銀電池的制造工藝教學(xué)要求：了解鋅氧化銀電池的特點(diǎn)和分類，掌握其電池反應(yīng)；了解鋅的陽極鈍化；理解氧化銀電極充放電曲線上出現(xiàn)兩個(gè)電勢坪階的原因；掌握鋅氧化銀電池的電性能和制造工藝。重點(diǎn):鋅氧化銀電池的工作原理，鋅的陽極鈍化，氧化銀電極的充放電曲線。難點(diǎn):氧化銀電極的充放電曲線。42、39.鋰金屬電池9.1概述9.2鋰電池的電極與電解液9.3早期鋰金屬電池9.4新型鋰金屬電池教學(xué)要求：了解鋰金屬電池的特點(diǎn)及發(fā)展歷程；了解早期鋰金屬電池，如鋰二氧化錳、鋰碘一次電池等的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域；掌握新型鋰金屬電池的特征及應(yīng)用，比如鋰硫電池和鋰空氣電池等。重點(diǎn):各類鋰金屬電池的特征及應(yīng)用選擇；新型鋰金屬電池的特點(diǎn)。難點(diǎn):鋰金屬電池的特點(diǎn)。42、310.鋰離子電池10.1概述10.2鋰離子電池的正極材料10.3鋰離子電池的負(fù)極材料10.4鋰離子電池的電解液和隔膜材料10.5鋰離子電池的制造工藝10.6鋰離子電池的性能10.7鋰離子電池設(shè)計(jì)教學(xué)要求：掌握鋰離子電池的工作原理；掌握正極、負(fù)極、電解液、隔膜材料的特征、制備和改性工藝流程；掌握鋰離子電池的制造工藝；掌握鋰離子電池的電化學(xué)性能和安全使用準(zhǔn)則。重點(diǎn):鋰離子電池工作原理；正極、負(fù)極、電解液、隔膜材料的特征、制備和改性工藝流程；鋰離子電池設(shè)計(jì)原則和工藝流程；鋰離子電池電化學(xué)性能及不同種鋰離子電池的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域。難點(diǎn):鋰離子電池工作原則和設(shè)計(jì)工藝流程，針對不同鋰離子電池進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)創(chuàng)新的原則。82、311.燃料電池11.1燃料電池概述11.2燃料電池的理論基礎(chǔ)11.3燃料電池所用的燃料11.4幾種重要的燃料電池教學(xué)要求：了解燃料電池的發(fā)展歷程和基本工作原則；了解不同種類燃料電池的組成、特征及工藝設(shè)計(jì)流程；了解燃料電池目前存在的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。重點(diǎn):燃料電池的特征和應(yīng)用。難點(diǎn):燃料電池的熱力學(xué)基礎(chǔ)和動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)。62、3合計(jì)56五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，采用啟發(fā)式、討論式、經(jīng)典案例和視頻資源等教學(xué)手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)，在掌握化學(xué)電源設(shè)計(jì)基本原則和設(shè)計(jì)工藝步驟的基礎(chǔ)上，具有進(jìn)行化學(xué)電源方案設(shè)計(jì)的初步能力。同時(shí)，在教學(xué)過程中引入應(yīng)用型科技前沿學(xué)術(shù)報(bào)告和會(huì)議報(bào)告視頻等，使學(xué)生了解化學(xué)電源發(fā)展前景及技術(shù)瓶頸，以促進(jìn)學(xué)生積極思考，開發(fā)學(xué)生的潛能，培養(yǎng)學(xué)生思考問題、分析問題和解決問題的能力；精選教學(xué)內(nèi)容，精講多練，鞏固課堂所學(xué)知識(shí)。六、課程資源1.推薦教材：（1）程新群.化學(xué)電源[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2018.（2）孫克寧.現(xiàn)代化學(xué)電源[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2017.2.參考書：（1）黃可龍.鋰離子電池原理與關(guān)鍵技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2020.（2）郭炳焜.化學(xué)電源—電池原理及制造技術(shù)[M].長沙：中南大學(xué)出版社.2019.（3）王力臻.化學(xué)電源設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2007.3.期刊：（1）陳云貴.先進(jìn)鎳氫電池及其關(guān)鍵電極材料[J].金屬功能材料,2017,24(1):1-24.（2）朱鳳.化學(xué)電源課程思政的教學(xué)探索與實(shí)踐[J].宜春學(xué)院學(xué)報(bào),2021,44(09):114-117.（3）吳嬌楊.鋰離子電池和金屬鋰離子電池的能量密度計(jì)算[J].儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù),2016,5(4):443-453.（4）黃健航.新型儲(chǔ)能化學(xué)電源研究進(jìn)展[J].電源技術(shù),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.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）王曉敏.太原理工大學(xué)公開課:新能源材料概述.嗶哩嗶哩,2021./video/BV1K44y147SE/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=5c8428c1d621a9b2ab65c3136f073325.（2）劉瑞.山東科技大學(xué).《鋰離子電池》前沿課程.嗶哩嗶哩,2020./video/BV1Zi4y1x7b5?from=search&seid=6737198368752698816&spm_id_from=333.337.0.（3）許峰.湖南大學(xué)公開課:化學(xué)與能源.網(wǎng)易公開課,2015.http://open.163.com/movie/2015/1/8/9/MAEBTO9B4_MAIUOD689.html?recomend=2.七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價(jià)細(xì)則及對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表3。表3課程考核對課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價(jià)細(xì)則課程目標(biāo)123過程性考核課堂互動(dòng)12（1）根據(jù)課堂出勤情況、小組展示、課堂討論、隨堂測驗(yàn)和課堂回答問題情況進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以平時(shí)考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績?！獭獭?54線上學(xué)習(xí)10（1）根據(jù)線上依托平臺(tái)統(tǒng)計(jì)的章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)、課程音視頻學(xué)習(xí)完成情況進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以線上學(xué)習(xí)平臺(tái)的統(tǒng)計(jì)成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績。343作業(yè)18（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨(dú)評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績。√√√468期末考核60（1）卷面成績100分，以卷面成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績。（2）主要考核化學(xué)電源設(shè)計(jì)基本原則、設(shè)計(jì)方法和一般步驟；化學(xué)電源中電化學(xué)參數(shù)的定義、計(jì)算和應(yīng)用；化學(xué)電源工作原理和設(shè)計(jì)工藝流程；化學(xué)電源的正負(fù)極、隔膜等材料的制備方法和特點(diǎn)等知識(shí)。（3）考試題型為：選擇題、填空題、判斷題、簡答題、設(shè)計(jì)題和分析計(jì)算題等。√√√152025合計(jì)：100分253540八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂互動(dòng)、線上學(xué)習(xí)、作業(yè)、期末考核等方式對學(xué)生進(jìn)行考核評價(jià)?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇善谀┰嚲沓煽兒瓦^程性考核成績組成。其中：期末試卷成績?yōu)?00分（權(quán)重60%），試題類型為填空題、選擇題、判斷題、簡答題、設(shè)計(jì)題、計(jì)算分析題等類型，試卷