《锂离子电池》课程教学大纲（本科）VIP

《锂离子电池》课程教学大纲一、课程基本情况课程代码：1011339042课程名称（中/英文）：锂离子电池/Litium-ionBattery课程类别：专业方向课程学分：3.0总学时：48理论学时：36实验/实践学时：12适用专业：材料物理适用对象：本科先修课程：无机化学、物理化学、电化学原理教学环境：多媒体教室、锂离子电池实验室开课学院：材料科学与工程学院二、课程简介1.课程任务与目的《锂离子电池》是材料物理专业的专业方向课程。通过本课程的学习使学生了解锂离子电池的评价方法和发展前景，掌握锂离子电池的理论基础、电极材料的制备方法和常见的改性手段、锂离子电池电解液的组成和性能要求、隔膜和粘结剂的结构和制造工艺以及锂离子电池的设计、性能检测、使用和维护等内容。在教学过程中通过将课程思政教学融入其中，使学生了解我国科研工作者为国家的新能源建设和可持续发展做出的重要贡献。2,对接培养的岗位能力课程教学内容与锂离子电池相关企业中相关技术岗位对接，包括锂离子电池电极材料的合成、工艺参数的优化、电池组装工艺以及性能检测分析等。三、课程教学目标总目标：通过本课程的学习，学生可以掌握锂离子电池的工作原理，电极材料的结构和性能，锂离子电池的设计和制造技术。提高学生的专业素养，培养学生的专业能力，并为后续的学习和将来的工作打下坚实的基础。知识目标：通过本课程的学习，使学生掌握锂离子电池的理论基础、各种正负极材料的制备方法和改性手段；对锂离子电池电解液性能的要求，电解液的组成及其对电极性能的影响，熟悉一些常见的电解液；掌握锂离子电池的隔膜及粘结剂的结构和制造工艺；掌握锂离子电池相关设计技术、性能检测技术、使用和维护。知识目标所涉及的内容支撑毕一业要求12234.1。能力目标：培养学生运用基本理论分析和解决有关锂离子电池电极材料的制备、性能检测及组装“安全保护”中各项的具体数值的设置原则为“超出正常值范围之外，但不超出太远”。如果不超出正常值范围之外，则干扰正常的测试，甚至测试无法进行；如果超出太远，则可能起不到保护作用。常用的电压保护为：锂离子电池欠压2.2—2.4V/单节，过压4.3—4.5V/单节；镶镉、银氢电池欠压0.6—0.8V/单节，过压L5—L6V/单节。3、启动通道选择弹出菜单条目“启动…。即可进入“启动”对话框。从“当前过程名称”下拉列表框中选择合适的工作过程（即测试工步）。4、测试数据备份：通常情况下，用户只是在测试完成（或强制停止）后才有数据备份需求，这样进行数据备份的次数也是最少的。“数据预约备份”可以在通道“启动”时定义，也可以在通道“过程参数重置”时定义。5、针对图形处理方面：图形设置：设置绘图相应的数据源（如电压一放电容量图、循环一效率图等）、图形说明文字（即标题）以及图形的各种属性细节（如是否有连线、连线的粗细及颜色，如是否有数据标记、标记的大小及颜色等等）；图形的各种查看操作：包括图形的移动、局部放大或缩小等等操作；图形至WINDOWS剪切板：可用于图形导出至其它工具软件（如WORD）中，或作为图形格式（如BMP格式）存盘；图形坐标轴设置：设置坐标轴范围、刻度、网格线以及坐标轴说明文字（即标题）等；图形坐标单位设置：设置坐标轴对应数据的单位；循环对比：将多个指定循环的测试曲线图重叠在一起对比分析（可以是不同电池的测试数据）；图形打印和打印预览：通过打印机输出图形；实验三锂离子电池循环伏安曲线测试与分析实验目的：掌握锂离子电池循环伏安曲线的测试方法，能够分析锂离子电池循环伏安曲线，判断锂离子电池电极的可逆性及电极反应机理。实验设备：电化学工作站实验内容及步骤：实验内容电化学工作站的使用，循环伏安曲线的分析；通过电化学工作站测试锂离子电池循环伏安曲线，根据循环伏安的电流-电压曲线的峰高、对称性等判断电极反应的可逆性和反应机理。实验步骤（1）打开电脑，电化学工作站，（工作站一般需要稳定一段时间，在测试样品）（2）电路连接：绿色铁夹接工作电极，红色铁夹接对电极，黄色铁夹接参比电极。（3）打开软件，按工作站右边的“复位”按钮，工作站自动进行连接，如果连接对话框消失，说明连接成功；如果长时间不消失，点击取消，重复过程，直至连接成功。（4）循环伏安测定：点击方法分类中的“线性扫描技术”，双击实验方法中的“循环伏安法”，出现循环伏安法参数设定菜单，初始电位和开关电位设定值一样，电流极性设为“氧化”，如果实验出现电流溢出的现象（图像未出现峰，出现水平线），将灵敏度调高，其他设置随实验方法不同而改变。(5)打开“控制”下的“开始实验”，界面右上角出现“乘馀时间”(6)实验结束，“剩余时间”将消失，将实验结果另存为目标文件，此文件类型为工作站的默认类型,Excell无法打开(7)实验结束，“剩余时间”将消失，将实验结果另存为目标文件。(8)关闭软件，关上电化学工作站，关闭电脑。(9)将得到的数据用Excel打开，并用Origin软件作图。六、实验报告格式实验名称(―)实验目的(二)实验设备(三)实验内容及步骤(四)结果与分析(五)问题讨论七、考核实验报告成绩占20%,实验考核成绩占20%,实验操作成绩占60%o八、教学资源实验指导书:工艺等能力。能力目标所涉及的内容支撑毕业要求2.3,3.3,4.2o素质目标：培养学生从事锂离子电池生产相关工作的能力。素质目标所涉及的内容支撑毕业要求3.2,3.4,4.3o四、教学课时安排（一）学时分配主题或知识点教学内容总学时学时完成课程教学目标讲课实验实践主题或知识点1锂离子电池的发展22001.2,2.3,3.2,3.4主题或知识点2锂离子电池材料的选择要求及其研究方法44001.2,2.3,3.2,3.3主题或知识点3碳基负极材料44001.2,2.3,3.2,4主题或知识点4非碳基负极材料44001.2,2.3,3.2,3.4主题或知识点5氧化钻锂正极材料62401.2,2.3,3.2,3.4主题或知识点6氧化银锂正极材料62401.2,2.3,3.2,4主题或知识点7氧化镒锂正极材料84401.2,2.3,3.2,4主题或知识点8磷酸亚铁锂正极材料44001.2,2.3,3.2主题或知识点9钗的氧化物及其正极材料66001.2,2.3,3.2主题或知识点10非水液体电解质22001.2,2.3,3.2,4主题或知识点11固体电解质22001.2,2.3,3.2,4合计4836120（-）实践教学安排（指含有实验或实践内容的课程）序号实验/实践项目名称实验/实践学时实验/实类型实验/实要求每组人数备注1锂离子迁移系数的测定4综合性必做4-62锂离子电池充放电性能测试4综合性必做4-63锂离子电池循环伏安曲线测试与分析4综合性必做4-6五、教学内容及教学设计主题或知识点1锂离子电池的发展.教学内容锂离子电池的发展历史，其性能的评价方法与发展前景。.教学锂离子电池的评价方法。.教学难点无.教学方案设计（含教学方法、教学手段）本课程教学过程中以多媒体教学为主、其他教学方法如案例教学法等为辅，通过课堂讲授与讨论相结合，充分调动学生学习的主动性和兴趣，提高学生的与实践能力。主题或知识点2锂离子电池材料的选择要求及其研究方法L教学内容锂离子电池正极材料和负极材料的选择要求；常见研究方法的工作原理及应用。.教学正极材料和负极材料的选择要求；测试方法的工作原理。.教学难点无.教学方案设计（含教学方法、教学手段）本课程教学过程中以多媒体教学为主、其他教学方法如案例教学法等为辅，通过课堂讲授与讨论相结合，充分调动学生学习的主动性和兴趣，提高学生的与实践能力。主题或知识点3碳基负极材料.教学内容炭材料科学的发展简史；炭材料的分类、电化学性能及改性方法；炭负极材料与电解质之间的界面性质研究。.教学石墨化炭、无定形炭材料等负极材料的制备与改性方法。.教学难点碳类材料的改性原理。.教学方案设计（含教学方法、教学手段）本课程教学过程中以多媒体教学为主、其他教学方法如案例教学法等为辅，通过课堂讲授与讨论相结合，充分调动学生学习的主动性和兴趣，提高学生的与实践能力。主题或知识点4非碳基负极材料L教学内容氮化物、硅及硅化物、锡基氧化物、钛的氧化物及其他纳米氧化物的制备、电化学性能、改性方法及原理。.教学硅及硅化物、锡基氧化物和纳米氧化物电极材料的改性。.教学难点无.教学方案设计（含教学方法、教学手段）本课程教学过程中以多媒体教学为主、其他教学方法如案例教学法等为辅，通过课堂讲授与讨论相结合，充分调动学生学习的主动性和兴趣，提高学生的与实践能力。主题或知识点5氧化钻锂正极材料L教学内容氧化钻锂电极材料的物理性能、制备方法、热稳定性、电化学性能和常见的制备方法（固相法、溶胶凝胶法、喷雾干燥法等）和改性。.教学氧化钻锂的电化学性能及改性方法。.教学难点氧化钻锂电极材料改性原理。.教学方案设计（含教学方法、教学手段）本课程教学过程中以多媒体教学为主、其他教学方法如案例教学法等为辅，通过课堂讲授与讨论相结合，充分调动学生学习的主动性和兴趣，提高学生的与实践能力。主题或知识点6氧化锲锂正极材料.教学内容掌握氧化银锂电极材料的物理性质、制备方法、热稳定性、电化学性能和改性原理。.教学氧化银锂电极材料的制备方法和改性原理。.教学难点氧化银锂电极材料的改性原理。.教学方案设计（含教学方法、教学手段）本课程教学过程中以多媒体教学为主、其他教学方法如案例教学法等为辅，通过课堂讲授与讨论相结合，充分调动学生学习的主动性和兴趣，提高学生的与实践能力。主题或知识点7氧化锌锂正极材料.教学内容隧道结构、层状结构和尖晶石结构等氧化镒锂电极材料的物理性质、电化学性能及其改性方法。.教学尖晶石结构的氧化镒锂的电化学性能特点和改性方法。.教学难点尖晶石结构的氧化镒锂（LiMn2O4）容量衰减的原因。.教学方案设计（含教学方法、教学手段）本课程教学过程中以多媒体教学为主、其他教学方法如案例教学法等为辅，通过课堂讲授与讨论相结合，充分调动学生学习的主动性和兴趣，提高学生的与实践能力。主题或知识点8磷酸亚铁锂正极材料L教学内容LiFePCU的晶体结构、电化学性能、制备方法和改性方法。.教学LiFePO4的制备方法和改性方法。.教学难点LiFePCU的改性方法。.教学方案设计（含教学方法、教学手段）本课程教学过程中以多媒体教学为主、其他教学方法如案例教学法等为辅，通过课堂讲授与讨论相结合，充分调动学生学习的主动性和兴趣，提高学生的与实践能力。主题或知识点9铀的氧化物及其他正极材料L教学内容钮的氧化物、5V正极材料、多原子阴极正极材料等物理性质、电化学性能和改性方法。.教学轨的氧化物和多原子阴极正极材料的电化学性能和改性方法。.教学难点钢的氧化物和多原子阴极正极材料的改性方法及原理。教学方案设计（含教学方法、教学手段）本课程教学过程中以多媒体教学为主、其他教学方法如案例教学法等为辅，通过课堂讲授与讨论相结合，充分调动学生学习的主动性和兴趣，提高学生的与实践能力。主题或知识点10非水液体电解质.教学内容有机溶剂的物理性能和影响电导率的因素；有机溶剂的制备和纯化；电解液的离子导电性能；电解液体系对电极材料电化学性能的影响；有机电解液体系的其他研究、离子液体。.教学有机溶剂的物理性能和影响电导率的因素以及电解液体系对电极材料性能的影响。.教学难点无.教学方案设计（含教学方法、教学手段）本课程教学过程中以多媒体教学为主、其他教学方法如案例教学法等为辅，通过课堂讲授与讨论相结合，充分调动学生学习的主动性和兴趣，提高学生的与实践能力。主题或知识点11固体电解质.教学内容无机固体电解质、无机电解质的导电理论、晶体电解质、玻璃态电解质、聚合物电解质的离子导电模型、聚丙烯睛（PAN）系聚合物电解质、聚甲基丙烯酸酯（PM）、单离子聚合物电解质、聚合物电解质其他方面的研究。.教学无机固体电解质、无机电解质的导电理论、聚合物电解质的离子导电模型。

.教学难点无.教学方案设计（含教学方法、教学手段）本课程教学过程中以多媒体教学为主、其他教学方法如案例教学法等为辅，通过课堂讲授与讨论相结合，充分调动学生学习的主动性和兴趣，提高学生的与实践能力。六、学生成绩评定本课程属于选修课中的专业方向课程。课程考核综合成绩由平时成绩（40%）和期末考试成绩（60%）两部分组成，其中平时成绩中作业成绩占20%、出勤成绩占10%,“其他”考核成绩为实验报告成绩占10%,期末考试采用闭卷。具体评定见表。学生成绩评定表考核平时成绩期中考试期末考试出勤作业课堂表现阶段测验答辩项目小文章其他VV成绩比例9610201060七、教材、参考书目、重要文献以及课程网络资源建议教材：吴宇平主编.锂离子电池-应用与实践（第2版）.化学工业,2012参考书：（1）郭炳焜主编.锂离子电池（第1版）.中南大学,2002（2）梁广川主编.锂离子电池用磷酸铁锂正极材料.科学,2013课程网络资源：电7也网：ttp://\/（2）电池网：《锂离子电池》实验教学大纲陈建赵军伟陈建赵军伟一、课程基本情况课程代码：1011339042课程名称（中/英文）：锂离子电池/Litium-ionBattery课程类别：专业方向课程课程性质：选修课程类型：课程实验总学分：3.0总学时：48实验/实践学时：12/0适用专业：材料物理适用对象：本科先修课程：无机化学、物理化学、电化学原理开课学院：材料科学与工程学院二、课程简介《锂离子电池》实验课程是材料物理专业《锂离子电池》的课程实验。实验的内容包括锂离子电池充放电性能、循环性能等电化学性能测试分析以及电极材料的循环伏安曲线和锂离子迁移系数的测定。通过课程实验的系列操作，加强学生在锂离子电池电化学性能测试方面的能力素质，培养学生的实践能力和。三、实验教学目标通过课程实验，锻炼学生的动力能力、分析与解决问题的能力，提高学生运用理论知识解决实际问题的能力。同时培养学生的团队精神、沟通和组织管理能力。四、实验项目及学时安排序号实验项目名称实验学时实验类型实验要求每组人数备注1锂离子迁移系数的测定4综合性必做4-62锂离子电池充放电性能测试4综合性必做4-63锂离子电池循环伏安曲线测试与分析4综合性必做4-6五、实验内容实验一锂离子迁移系数的测定实验实验目的：理解测定锂离子迁移系数的重要性，了解常用的锂离子迁移系数测定方法，如交流阻抗技术、电位阶跃技术和恒电流间歇滴定技术等。实验设备：电化学工作站，实验内容及步骤：实验内容电化学工作站的使用，交流阻抗谱图的分析，锂离子迁移系数的计算；掌握锂离子电池充放电的基本原理；采用电化学工作站测量锂离子电池的交流阻抗，根据交流阻抗谱图计算Warburg因子并进一步得到锂离子电池的锂离子迁移系数。实验步骤（1）设置开路电压：点击设置〉实验技术〉开路电位■时间〉确定，待工作站运作平稳时（即测出来的是一条平行于X轴的波动很小的线），记录软件左下角扫描出的开路电压。也可点击控制＞开路电位〉开路电压页面，查看开路电压，待后面录入参数时使用。（2）点击实验技术〉电化学技术，选择电化学阻抗，确定后设置参数。（3）点击参数设置，进入电化学阻抗参数的页面，根据（1）中所得到的开路电压，设置初始电压。设置高频处的频率为lOOKz,低频处的频率为10mzo振幅和静置时间采用默认数值，点击确定，准备进行电化学阻抗测试。（4）点击a（图标a代表运行试验，||代表暂停，团代表终止），运行实验，出现交流阻抗测试的页面，此时出现扫描图形，右上角显示实验剩余时间，所扫描的数据尽量保证连续。（5）根据等效电路图并通过Zview、ZSimpWin等软件对EIS数据进行拟合处理。（6）在日S曲线的低频区域，与锂离子在活性材料颗粒内部的固体扩散过程相关的一条斜线，此过程可用一个描述扩散的Warburg阻抗Zw表示。电化学阻抗谱中实轴电阻值与相应的角频率的二次根号的倒数呈线性关系，而直线的斜率为韦伯因子（。），见式1：Zre=Rs+Ret+o（n~1/2（1）式中：Zre为EIS曲线低频区域实轴电阻值；Rs为电极电阻、电解液电阻和各种接触电阻等；3为角频率；Ret为电荷转移电阻；。为韦伯因子。锂离子迁移系数的测定通过公式2进行计算：DLi=（R2T2）/（2A2n4F4C2o2）式中：M为锂离子迁移系数;R为气体常数（8.314Jmol_1K-1）；T为温度（K）；A为电极表观面积（cm2）；n为电子转移数；F为法拉第常数（96485Cmor1）；CLi为锂离子在电极材料中的浓度（molcm-