《鋰離子電池材料》課程教學大綱

《鋰離子電池材料》課程教學大綱一、課程基本信息課程名稱鋰離子電池材料課程編號330020067課程性質選修課課程類別專業(yè)課開課單位無機非金屬材料教研室授課學期第六學期學分/學時3/48課內學時48理論授課48上機學時0課內實踐0實驗學時0課外學時72適用專業(yè)新能源材料與器件是否雙語否先修課程材料科學基礎、材料研究與測試方法、電化學原理后續(xù)課程無二、課程簡介《鋰離子電池材料》課程是新能源材料與器件專業(yè)的一門專業(yè)選修課。該課程是理論性較強的一門新興課程。通過本課程的學習使學生了解鋰離子電池材料的應用現狀以及發(fā)展歷史；理解鋰離子電池對正、負極材料的要求、鋰離子電池的設計及組裝要求；掌握鋰離子電池材料的概念、工作原理、組成以及各種正、負極材料的優(yōu)、缺點等，為學生畢業(yè)后從事鋰離子電池材料的生產、研發(fā)工作打下扎實的理論基礎。三、課程目標及對畢業(yè)要求指標點的支撐（一）課程目標通過本課程的學習，使學生達到以下目標：課程目標1.認識鋰離子電池材料對新能源產業(yè)及社會發(fā)展的重要意義，了解鋰離子電池材料的發(fā)展歷史歷程，學習先輩們的科學和探索精神，增強學生的民族自豪感和責任感；掌握鋰離子電池材料的基本原理及各類常用的鋰離子電池材料相關專業(yè)知識，融入矛盾的對立統一性、質變和量變等辯證唯物主義思想，培養(yǎng)學生樹立科學的世界觀。課程目標2.能夠掌握各類鋰離子電池材料制備及改性過程中的基本理論知識和規(guī)律，利用鋰離子電池材料的基本理論，分析、評價和解決鋰離子電池材料工程制備、使用實際過程和問題。能夠查閱和利用手冊、文獻、國家標準等資料，為鋰離子電池材料使用過程中的實際問題尋求和設計可靠合理的解決方法和實施方案，指導實際生產操作。課程目標3.能夠將鋰離子電池材料制備及改性理論用于解決新能源領域中涉及到的材料和環(huán)境問題，通過課程教學，提高學生分析問題和解決問題能力，培養(yǎng)學生探索精神和創(chuàng)新意識，努力實現學生知識、能力、素質協調發(fā)展。（二）課程目標對畢業(yè)要求指標點的支撐課程目標支撐畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求課程目標1指標點1-4：能夠將數學、自然科學、工程基礎和專業(yè)知識用于分析和解決新能源材料與器件生產和加工過程中的復雜工程問題。1-工程知識課程目標2指標點2-3：具能夠應用數學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析新能源材料與器件生產過程中的復雜工程問題，以獲得有效結論的能力。2-問題分析課程目標3指標點7-3：能夠理解和評價針對復雜新能源材料與器件工程問題的專業(yè)工程實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。7-環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展四、課程基本教學內容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學內容第一單元緒論及鋰離子電池相關基礎知識（學時數：6學時）1.課程主要內容（1）鋰離子電池材料的課程學習任務、目的和主要內容。（2）鋰離子電池材料的發(fā)展歷程及面臨的新挑戰(zhàn)。（3）鋰離子電池的工作原理、組成、優(yōu)缺點，鋰離子電池對正、負極材料的要求。（4）鋰離子電池相關基礎知識，基本名詞、概念、鋰離子電池充放電曲線的測試及解析。2.重點和難點本單元的教學重、難點包括鋰離子電池材料的發(fā)展歷程及面臨的新挑戰(zhàn)，鋰離子電池相關基礎知識，基本名詞、概念、鋰離子電池充放電曲線的測試及解析。3.教學方法（1）通過多媒體課件和傳統教學相結合，闡明本課程的主要研究內容。結合鋰離子電池材料的典型案例，講述鋰離子電池材料的發(fā)展史，使學生了解我國鋰離子電池材料的發(fā)展過程，學習先輩們的科學和探索精神，從而增強了民族自豪感和勇于擔當、振興祖國的責任感。（2）通過多媒體課件和傳統教學相結合，利用鋰離子電池材料的典型案例，講述鋰離子電池相關基礎知識，基本名詞、概念、鋰離子電池充放電曲線的測試及解析，使學生掌握相關的鋰離子電池基礎知識，強調理論與實踐相結合，促進學生深度學習，加強知識整合，培養(yǎng)學生的分析歸納能力與反思能力。（3）通過小組合作學習，查閱相關鋰離子電池材料發(fā)展的相關文獻及案例，培養(yǎng)學生的自學能力和合作能力。4.學生學習預期成果完成本單元學習任務后，學生應了解鋰離子電池材料的課程學習任務、目的和主要內容，對鋰離子電池材料的發(fā)展歷程及鋰離子電池材料面臨的新挑戰(zhàn)有充分的認識與理解，理解并掌握鋰離子電池相關基本名詞、概念、鋰離子電池充放電曲線的測試及解析的方法。能應用知網等文獻檢索系統查閱催化方面的相關文獻，并能進行整理歸納。5.支撐課程目標本單元知識、教學方式支撐的課程目標：課程目標1.認識鋰離子電池材料對新能源產業(yè)及社會發(fā)展的重要意義，了解鋰離子電池材料的發(fā)展歷史歷程，學習先輩們的科學和探索精神，增強學生的民族自豪感和責任感；掌握鋰離子電池材料的基本原理及各類常用的鋰離子電池材料及鋰離子電池材料的相關專業(yè)知識，融入矛盾的對立統一性、質變和量變等辯證唯物主義思想，培養(yǎng)學生樹立科學的世界觀。課程目標3.能夠將鋰離子電池材料制備及反應理論用于解決新能源領域中涉及到的儲能和環(huán)境問題，通過課程教學，提高學生分析問題和解決問題能力，培養(yǎng)學生探索精神和創(chuàng)新意識，努力實現學生知識、能力、素質協調發(fā)展。第二單元鋰離子電池正極材料（學時數：20學時）1.課程主要內容（1）LiCoO2的熱穩(wěn)定性和結構穩(wěn)定性；LiCoO2表面包覆、超薄原子層沉積。（2）尖晶石型LiMn2O4的結構、特征，Jahn-Teller效應；尖晶石型LiMn2O4的制備方法及改性。（3）層狀LiMnO2的結構及摻雜。（4）LiFePO4的充放電機理，提高LiFePO4電化學性能的方法；LiFePO4的制備方法及其衍生物。（5）富鋰錳基正極材料的結構和充放電機理；（6）三元LiNixCoyMn1-x-yO2材料的結構、充放電特性及發(fā)展趨勢。2.重點和難點本單元的教學重點包括各類鋰離子電池正極材料的結構、特性、充放電機理、制備方法和改性等內容。其中，各類鋰離子電池正極材料的結構特性、制備方法和改性等內容為教學難點。3.教學方法（1）通過多媒體課件和傳統教學相結合，闡明各類鋰離子電池正極材料的結構、特性、充放電機理、制備方法和改性措施等內容，豐富學生對鋰離子電池正極材料的基本知識結構；（2）通過結合典型案例講解LiCoO2、LiFePO4、三元LiNixCoyMn1-x-yO2材料等各類鋰離子電池正極材料的結構特征、制備方法及改性措施，強調理論與實踐相結合，促進學生深度學習，加強知識整合，培養(yǎng)學生的分析歸納能力與反思能力。4.學生學習預期成果完成本單元學習任務后，學生應對鋰離子電池正極材料的基礎理論有較強的認知，對各類鋰離子電池正極材料的結構、特性、充放電機理、制備方法和改性措施有深刻的理解。依據其結構、特性、充放電機理、制備方法和改性措施，理解并掌握各類鋰離子電池正極材料的應用領域，能夠對常見的鋰離子電池正極材料問題進行分析判斷。此外，對于化學本質而言，材料的微觀結構、特性、充放電機理、制備方法等最終會對儲鋰性能產生決定性的影響；就整個鋰離子電池正極材料體系而言，只有材料的微觀結構、特性、制備方法等方面的調控與儲鋰性能結合起來，相輔相成、協調優(yōu)化，才能執(zhí)行正常的功能，體現矛盾的統一性。唯物辯證法觀點的引入，可增強學生對課程內容的有效理解，還能培養(yǎng)學生樹立科學的世界觀。5.支撐課程目標本單元知識、教學方式支撐的課程目標：課程目標1.掌握鋰離子電池材料的基本原理及各類常用的鋰離子電池材料及鋰離子電池材料的相關專業(yè)知識，融入矛盾的對立統一性、質變和量變等辯證唯物主義思想，培養(yǎng)學生樹立科學的世界觀。課程目標2.能夠掌握鋰離子電池材料制備及加工過程中的基本理論知識和規(guī)律，利用鋰離子電池材料的基本理論，分析、評價和解決鋰離子電池材料工程制備、使用實際過程和問題。能夠查閱和利用手冊、文獻、國家標準等資料，為鋰離子電池材料使用過程中的實際問題尋求和設計可靠合理的解決方法和實施方案，指導實際生產操作。課程目標3.能夠將鋰離子電池材料制備及反應理論用于解決新能源領域中涉及到的儲能和環(huán)境問題，通過課程教學，提高學生分析問題和解決問題能力，培養(yǎng)學生探索精神和創(chuàng)新意識，努力實現學生知識、能力、素質協調發(fā)展。第三單元鋰離子電池負極材料（學時數：16學時）1.課程主要內容（1）尖晶石型Li4Ti5O12材料的概述、結構及電化學反應機理；（2）尖晶石型Li4Ti5O12材料的制備方法及其特點；（3）尖晶石型Li4Ti5O12材料存在的問題及其研究進展；（4）尖晶石型Li4Ti5O12材料的高溫固相、水熱等制備方法；（5）碳負極材料的結構特性、分類、儲鋰機理、制備方法及改性措施（6）合金化負極材料的結構特性、分類、儲鋰機理、制備方法及改性措施（7）磷負極材料分類、儲鋰機理及改性措施（8）過渡金屬氧化物負極材料分類、儲鋰機理及改性措施。2.重點和難點本單元的教學重點包括各類鋰離子電池負極材料的結構、特性、儲鋰機理、制備方法和改性等內容。其中尖晶石型Li4Ti5O12和碳負極材料的結構特性、制備方法和改性等內容為教學難點。3.教學方法（1）通過多媒體課件和傳統教學相結合，闡明各類鋰離子電池負極材料的結構、特性、充放電機理、制備方法和改性措施等內容，豐富學生對鋰離子電池正極材料的基本知識結構，拓寬學生的知識面；（2）通過結合典型案例講解尖晶石型Li4Ti5O12、碳負極材料、合金化負極材料等各類鋰離子電池負極材料的結構特征、制備方法及改性措施，強調理論與實踐相結合，促進學生深度學習，加強知識整合，培養(yǎng)學生的分析歸納能力與反思能力。4.學生學習預期成果完成本單元學習任務后，學生應對鋰離子電池正極材料的基礎理論有較強的認知，對各類鋰離子電池負極材料的結構、特性、充放電機理、制備方法和改性措施有深刻的理解。依據其結構、特性、充放電機理、制備方法和改性措，理解并掌握各類鋰離子電池負極材料的應用領域，能夠對常見的鋰離子電池負極材料問題進行分析判斷。5.支撐課程目標本單元知識、教學方式支撐的課程目標：課程目標1.掌握鋰離子電池材料的基本原理及各類常用的鋰離子電池材料及鋰離子電池材料的相關專業(yè)知識，融入矛盾的對立統一性、質變和量變等辯證唯物主義思想，培養(yǎng)學生樹立科學的世界觀。課程目標2.能夠掌握鋰離子電池材料制備及加工過程中的基本理論知識和規(guī)律，利用鋰離子電池材料的基本理論，分析、評價和解決鋰離子電池材料工程制備、使用實際過程和問題。能夠查閱和利用手冊、文獻、國家標準等資料，為鋰離子電池材料使用過程中的實際問題尋求和設計可靠合理的解決方法和實施方案，指導實際生產操作。課程目標3.能夠將鋰離子電池材料制備及反應理論用于解決新能源領域中涉及到的儲能和環(huán)境問題，通過課程教學，提高學生分析問題和解決問題能力，培養(yǎng)學生探索精神和創(chuàng)新意識，努力實現學生知識、能力、素質協調發(fā)展。第四單元新型納米電極材料及鈉離子電池材料（學時數：4學時）1.課程主要內容（1）柔性電極材料；（2）納米電極材料；（3）鈉離子電池工作原理、鈉離子電池正、負極電極材料。2.重點和難點本單元的教學重點難點包括柔性電極材料、納米電極材料的特性及應用、鈉離子電池正、負極電極材料的特征、分類及應用。3.教學方法（1）通過多媒體課件和傳統教學相結合，闡明柔性電極材料、納米電極材料、鈉離子電池電極材料的基本概念，了解柔性電極材料、納米電極材料的特性及應用，解析鈉離子電池工作原理和正、負極電極材料的特征、分類及應用，加深學生對鈉離子電池技術的認知與理解；（2）通過小組合作學習及文獻查閱，拓寬學生對柔性電極材料、納米電極材料和鈉離子電池材料的應用及發(fā)展趨勢的認識，培養(yǎng)學生查閱文獻、分析綜合的的能力，發(fā)展學生的合作能力；（3）通過課堂匯報，強化知識應用意識，發(fā)展學生的教學能力和反思能力。4.學生學習預期成果完成本單元學習任務后，學生應理解柔性電極材料、納米電極材料和鈉離子電池電極材料技術的內涵，能夠將鋰離子電池材料理論用于新型電化學儲能過程中涉及到的材料、環(huán)境等問題，了解柔性電極材料、納米電極材料和鈉離子電池電極材料技術的應用及發(fā)展趨勢。5.支撐課程目標本單元知識、教學方式支撐的課程目標：課程目標3.能夠將鋰離子電池材料制備及反應理論用于解決新能源領域中涉及到的環(huán)儲能和環(huán)境問題，通過課程教學，提高學生分析問題和解決問題能力，培養(yǎng)學生探索精神和創(chuàng)新意識，努力實現學生知識、能力、素質協調發(fā)展。（二）課程基本教學內容對課程目標的支撐課程教學內容教學方法支撐的課程目標學時安排課內課外學時比例第一單元緒論及鋰離子電池相關基礎知識講授法、案例教學課程目標1、361:1.5第二單元鋰離子電池正極材料講授法、案例教學課程目標1、2、3201:1.5第三單元鋰離子電池負極材料講授法、案例教學課程目標1、2、3161:1.5第四單元新型納米電極材料及鈉離子電池材料講授法、課堂匯報課程目標361:1.5合計48五、課程考核及對課程目標的支撐（一）課程考核課程成績構成（百分制）課程成績構成比例考核環(huán)節(jié)目標分值考核/評價細則平時成績40%作業(yè)（百分制）40本門課程四次作業(yè)，考核內容：鋰離子電池材料發(fā)展發(fā)展概況、鋰離子電池相關基礎知識、充放電曲線的測試及解析；各類鋰離子電池正、負極材料的結構、特性、充放電機理、制備方法和改性等內容，作業(yè)評分的具體標準（作業(yè)正確率等）目標分值=0.4*作業(yè)平均成績測驗（百分制）40考核內容主要包括各類鋰離子電池正、負極材料的結構、特性、充放電機理、制備方法和改性等。考試題型包括選擇、判斷和簡答題等，其中，填空題占40%，簡答題占60%。目標分值=0.4*測驗成績課堂表現（百分制）20考核內容：其一，課堂上是否與教師互動，是否主動回答問題以及問題回答的正確性；其二，小組合作學習、課堂匯報的表現情況。分別占比50%。目標分值=0.2*作業(yè)平均成績期末考試60%知識40考核內容：鋰離子電池材料發(fā)展發(fā)展概況、鋰離子電池相關基礎知識、充放電曲線的測試及解析；各類鋰離子電池正、負極材料的結構、特性、充放電機理、制備方法和改性等?？荚囶}型：名詞解釋、填空、判斷、簡答、綜合分析/計算題等。評價細則：名詞解釋占10%、填空占30%、判斷占15%簡答占35%、綜合分析/計算題占10%。能力30綜合應用20創(chuàng)新10（二）課程考核對課程目標的支撐教學內容考核內容考核方式支撐的課程目標第一單元緒論及鋰離子電池相關基礎知識1-1鋰離子電池材料的發(fā)展概況；1-2鋰離子電池相關基礎知識、充放電曲線的測試及解析。作業(yè)、期末考試課程目標1、3第二單元鋰離子電池正極材料2-1LiCoO2的熱穩(wěn)定性和結構穩(wěn)定性；2-2LiCoO2表面包覆、超薄原子層沉積；2-3尖晶石型LiMn2O4的結構、特征，Jahn-Teller效應；2-4尖晶石型LiMn2O4的制備方法及改性；2-5層狀LiMnO2的結構及摻雜；2-6LiFePO4的充放電機理；2-7提高LiFePO4電化學性能的方法；2-8LiFePO4的制備方法及其衍生物；2-9富鋰錳基正極材料的結構和充放電機理；2-10三元材料LiNixCoyMn1-x-yO2材料的結構、充放電特性及發(fā)展趨勢。作業(yè)，測驗，期末考試課程目標1、2、3第三單元鋰離子電池負極材料3-1尖晶石型Li4Ti5O12材料的概述、結構及電化學反應機理；3-2尖晶石型Li4T