《鋰離子電池》課程教學大綱一、課程基本情況課程代碼：1011339042課程名稱（中/英文）：鋰離子電池/Litium-ionBattery課程類別：專業方向課程學分：3.0總學時：48理論學時：36實驗/實踐學時：12適用專業：材料物理適用對象：本科先修課程：無機化學、物理化學、電化學原理教學環境：多媒體教室、鋰離子電池實驗室開課學院：材料科學與工程學院二、課程簡介1.課程任務與目的《鋰離子電池》是材料物理專業的專業方向課程。通過本課程的學習使學生了解鋰離子電池的評價方法和發展前景，掌握鋰離子電池的理論基礎、電極材料的制備方法和常見的改性手段、鋰離子電池電解液的組成和性能要求、隔膜和粘結劑的結構和制造工藝以及鋰離子電池的設計、性能檢測、使用和維護等內容。在教學過程中通過將課程思政教學融入其中，使學生了解我國科研工作者為國家的新能源建設和可持續發展做出的重要貢獻。2,對接培養的崗位能力課程教學內容與鋰離子電池相關企業中相關技術崗位對接，包括鋰離子電池電極材料的合成、工藝參數的優化、電池組裝工藝以及性能檢測分析等。三、課程教學目標總目標：通過本課程的學習，學生可以掌握鋰離子電池的工作原理，電極材料的結構和性能，鋰離子電池的設計和制造技術。提高學生的專業素養，培養學生的專業能力，并為后續的學習和將來的工作打下堅實的基礎。知識目標：通過本課程的學習，使學生掌握鋰離子電池的理論基礎、各種正負極材料的制備方法和改性手段；對鋰離子電池電解液性能的要求，電解液的組成及其對電極性能的影響，熟悉一些常見的電解液；掌握鋰離子電池的隔膜及粘結劑的結構和制造工藝；掌握鋰離子電池相關設計技術、性能檢測技術、使用和維護。知識目標所涉及的內容支撐畢一業要求12234.1。能力目標：培養學生運用基本理論分析和解決有關鋰離子電池電極材料的制備、性能檢測及組裝“安全保護”中各項的具體數值的設置原則為“超出正常值范圍之外，但不超出太遠”。如果不超出正常值范圍之外，則干擾正常的測試，甚至測試無法進行；如果超出太遠，則可能起不到保護作用。常用的電壓保護為：鋰離子電池欠壓2.2—2.4V/單節，過壓4.3—4.5V/單節；鑲鎘、銀氫電池欠壓0.6—0.8V/單節，過壓L5—L6V/單節。3、啟動通道選擇彈出菜單條目“啟動…。即可進入“啟動”對話框。從“當前過程名稱”下拉列表框中選擇合適的工作過程（即測試工步）。4、測試數據備份：通常情況下，用戶只是在測試完成（或強制停止）后才有數據備份需求，這樣進行數據備份的次數也是最少的。“數據預約備份”可以在通道“啟動”時定義，也可以在通道“過程參數重置”時定義。5、針對圖形處理方面：圖形設置：設置繪圖相應的數據源（如電壓一放電容量圖、循環一效率圖等）、圖形說明文字（即標題）以及圖形的各種屬性細節（如是否有連線、連線的粗細及顏色，如是否有數據標記、標記的大小及顏色等等）；圖形的各種查看操作：包括圖形的移動、局部放大或縮小等等操作；圖形至WINDOWS剪切板：可用于圖形導出至其它工具軟件（如WORD）中，或作為圖形格式（如BMP格式）存盤；圖形坐標軸設置：設置坐標軸范圍、刻度、網格線以及坐標軸說明文字（即標題）等；圖形坐標單位設置：設置坐標軸對應數據的單位；循環對比：將多個指定循環的測試曲線圖重疊在一起對比分析（可以是不同電池的測試數據）；圖形打印和打印預覽：通過打印機輸出圖形；實驗三鋰離子電池循環伏安曲線測試與分析實驗目的：掌握鋰離子電池循環伏安曲線的測試方法，能夠分析鋰離子電池循環伏安曲線，判斷鋰離子電池電極的可逆性及電極反應機理。實驗設備：電化學工作站實驗內容及步驟：實驗內容電化學工作站的使用，循環伏安曲線的分析；通過電化學工作站測試鋰離子電池循環伏安曲線，根據循環伏安的電流-電壓曲線的峰高、對稱性等判斷電極反應的可逆性和反應機理。實驗步驟（1）打開電腦，電化學工作站，（工作站一般需要穩定一段時間，在測試樣品）（2）電路連接：綠色鐵夾接工作電極，紅色鐵夾接對電極，黃色鐵夾接參比電極。（3）打開軟件，按工作站右邊的“復位”按鈕，工作站自動進行連接，如果連接對話框消失，說明連接成功；如果長時間不消失，點擊取消，重復過程，直至連接成功。（4）循環伏安測定：點擊方法分類中的“線性掃描技術”，雙擊實驗方法中的“循環伏安法”，出現循環伏安法參數設定菜單，初始電位和開關電位設定值一樣，電流極性設為“氧化”，如果實驗出現電流溢出的現象（圖像未出現峰，出現水平線），將靈敏度調高，其他設置隨實驗方法不同而改變。(5)打開“控制”下的“開始實驗”，界面右上角出現“乘馀時間”(6)實驗結束，“剩余時間”將消失，將實驗結果另存為目標文件，此文件類型為工作站的默認類型,Excell無法打開(7)實驗結束，“剩余時間”將消失，將實驗結果另存為目標文件。(8)關閉軟件，關上電化學工作站，關閉電腦。(9)將得到的數據用Excel打開，并用Origin軟件作圖。六、實驗報告格式實驗名稱(―)實驗目的(二)實驗設備(三)實驗內容及步驟(四)結果與分析(五)問題討論七、考核實驗報告成績占20%,實驗考核成績占20%,實驗操作成績占60%o八、教學資源實驗指導書:工藝等能力。能力目標所涉及的內容支撐畢業要求2.3,3.3,4.2o素質目標：培養學生從事鋰離子電池生產相關工作的能力。素質目標所涉及的內容支撐畢業要求3.2,3.4,4.3o四、教學課時安排（一）學時分配主題或知識點教學內容總學時學時完成課程教學目標講課實驗實踐主題或知識點1鋰離子電池的發展22001.2,2.3,3.2,3.4主題或知識點2鋰離子電池材料的選擇要求及其研究方法44001.2,2.3,3.2,3.3主題或知識點3碳基負極材料44001.2,2.3,3.2,4主題或知識點4非碳基負極材料44001.2,2.3,3.2,3.4主題或知識點5氧化鉆鋰正極材料62401.2,2.3,3.2,3.4主題或知識點6氧化銀鋰正極材料62401.2,2.3,3.2,4主題或知識點7氧化鎰鋰正極材料84401.2,2.3,3.2,4主題或知識點8磷酸亞鐵鋰正極材料44001.2,2.3,3.2主題或知識點9釵的氧化物及其正極材料66001.2,2.3,3.2主題或知識點10非水液體電解質22001.2,2.3,3.2,4主題或知識點11固體電解質22001.2,2.3,3.2,4合計4836120（-）實踐教學安排（指含有實驗或實踐內容的課程）序號實驗/實踐項目名稱實驗/實踐學時實驗/實類型實驗/實要求每組人數備注1鋰離子遷移系數的測定4綜合性必做4-62鋰離子電池充放電性能測試4綜合性必做4-63鋰離子電池循環伏安曲線測試與分析4綜合性必做4-6五、教學內容及教學設計主題或知識點1鋰離子電池的發展.教學內容鋰離子電池的發展歷史，其性能的評價方法與發展前景。.教學鋰離子電池的評價方法。.教學難點無.教學方案設計（含教學方法、教學手段）本課程教學過程中以多媒體教學為主、其他教學方法如案例教學法等為輔，通過課堂講授與討論相結合，充分調動學生學習的主動性和興趣，提高學生的與實踐能力。主題或知識點2鋰離子電池材料的選擇要求及其研究方法L教學內容鋰離子電池正極材料和負極材料的選擇要求；常見研究方法的工作原理及應用。.教學正極材料和負極材料的選擇要求；測試方法的工作原理。.教學難點無.教學方案設計（含教學方法、教學手段）本課程教學過程中以多媒體教學為主、其他教學方法如案例教學法等為輔，通過課堂講授與討論相結合，充分調動學生學習的主動性和興趣，提高學生的與實踐能力。主題或知識點3碳基負極材料.教學內容炭材料科學的發展簡史；炭材料的分類、電化學性能及改性方法；炭負極材料與電解質之間的界面性質研究。.教學石墨化炭、無定形炭材料等負極材料的制備與改性方法。.教學難點碳類材料的改性原理。.教學方案設計（含教學方法、教學手段）本課程教學過程中以多媒體教學為主、其他教學方法如案例教學法等為輔，通過課堂講授與討論相結合，充分調動學生學習的主動性和興趣，提高學生的與實踐能力。主題或知識點4非碳基負極材料L教學內容氮化物、硅及硅化物、錫基氧化物、鈦的氧化物及其他納米氧化物的制備、電化學性能、改性方法及原理。.教學硅及硅化物、錫基氧化物和納米氧化物電極材料的改性。.教學難點無.教學方案設計（含教學方法、教學手段）本課程教學過程中以多媒體教學為主、其他教學方法如案例教學法等為輔，通過課堂講授與討論相結合，充分調動學生學習的主動性和興趣，提高學生的與實踐能力。主題或知識點5氧化鉆鋰正極材料L教學內容氧化鉆鋰電極材料的物理性能、制備方法、熱穩定性、電化學性能和常見的制備方法（固相法、溶膠凝膠法、噴霧干燥法等）和改性。.教學氧化鉆鋰的電化學性能及改性方法。.教學難點氧化鉆鋰電極材料改性原理。.教學方案設計（含教學方法、教學手段）本課程教學過程中以多媒體教學為主、其他教學方法如案例教學法等為輔，通過課堂講授與討論相結合，充分調動學生學習的主動性和興趣，提高學生的與實踐能力。主題或知識點6氧化鍥鋰正極材料.教學內容掌握氧化銀鋰電極材料的物理性質、制備方法、熱穩定性、電化學性能和改性原理。.教學氧化銀鋰電極材料的制備方法和改性原理。.教學難點氧化銀鋰電極材料的改性原理。.教學方案設計（含教學方法、教學手段）本課程教學過程中以多媒體教學為主、其他教學方法如案例教學法等為輔，通過課堂講授與討論相結合，充分調動學生學習的主動性和興趣，提高學生的與實踐能力。主題或知識點7氧化鋅鋰正極材料.教學內容隧道結構、層狀結構和尖晶石結構等氧化鎰鋰電極材料的物理性質、電化學性能及其改性方法。.教學尖晶石結構的氧化鎰鋰的電化學性能特點和改性方法。.教學難點尖晶石結構的氧化鎰鋰（LiMn2O4）容量衰減的原因。.教學方案設計（含教學方法、教學手段）本課程教學過程中以多媒體教學為主、其他教學方法如案例教學法等為輔，通過課堂講授與討論相結合，充分調動學生學習的主動性和興趣，提高學生的與實踐能力。主題或知識點8磷酸亞鐵鋰正極材料L教學內容LiFePCU的晶體結構、電化學性能、制備方法和改性方法。.教學LiFePO4的制備方法和改性方法。.教學難點LiFePCU的改性方法。.教學方案設計（含教學方法、教學手段）本課程教學過程中以多媒體教學為主、其他教學方法如案例教學法等為輔，通過課堂講授與討論相結合，充分調動學生學習的主動性和興趣，提高學生的與實踐能力。主題或知識點9鈾的氧化物及其他正極材料L教學內容鈕的氧化物、5V正極材料、多原子陰極正極材料等物理性質、電化學性能和改性方法。.教學軌的氧化物和多原子陰極正極材料的電化學性能和改性方法。.教學難點鋼的氧化物和多原子陰極正極材料的改性方法及原理。教學方案設計（含教學方法、教學手段）本課程教學過程中以多媒體教學為主、其他教學方法如案例教學法等為輔，通過課堂講授與討論相結合，充分調動學生學習的主動性和興趣，提高學生的與實踐能力。主題或知識點10非水液體電解質.教學內容有機溶劑的物理性能和影響電導率的因素；有機溶劑的制備和純化；電解液的離子導電性能；電解液體系對電極材料電化學性能的影響；有機電解液體系的其他研究、離子液體。.教學有機溶劑的物理性能和影響電導率的因素以及電解液體系對電極材料性能的影響。.教學難點無.教學方案設計（含教學方法、教學手段）本課程教學過程中以多媒體教學為主、其他教學方法如案例教學法等為輔，通過課堂講授與討論相結合，充分調動學生學習的主動性和興趣，提高學生的與實踐能力。主題或知識點11固體電解質.教學內容無機固體電解質、無機電解質的導電理論、晶體電解質、玻璃態電解質、聚合物電解質的離子導電模型、聚丙烯睛（PAN）系聚合物電解質、聚甲基丙烯酸酯（PM）、單離子聚合物電解質、聚合物電解質其他方面的研究。.教學無機固體電解質、無機電解質的導電理論、聚合物電解質的離子導電模型。

.教學難點無.教學方案設計（含教學方法、教學手段）本課程教學過程中以多媒體教學為主、其他教學方法如案例教學法等為輔，通過課堂講授與討論相結合，充分調動學生學習的主動性和興趣，提高學生的與實踐能力。六、學生成績評定本課程屬于選修課中的專業方向課程。課程考核綜合成績由平時成績（40%）和期末考試成績（60%）兩部分組成，其中平時成績中作業成績占20%、出勤成績占10%,“其他”考核成績為實驗報告成績占10%,期末考試采用閉卷。具體評定見表。學生成績評定表考核平時成績期中考試期末考試出勤作業課堂表現階段測驗答辯項目小文章其他VV成績比例9610201060七、教材、參考書目、重要文獻以及課程網絡資源建議教材：吳宇平主編.鋰離子電池-應用與實踐（第2版）.化學工業,2012參考書：（1）郭炳焜主編.鋰離子電池（第1版）.中南大學,2002（2）梁廣川主編.鋰離子電池用磷酸鐵鋰正極材料.科學,2013課程網絡資源：電7也網：ttp://\/（2）電池網：《鋰離子電池》實驗教學大綱陳建趙軍偉陳建趙軍偉一、課程基本情況課程代碼：1011339042課程名稱（中/英文）：鋰離子電池/Litium-ionBattery課程類別：專業方向課程課程性質：選修課程類型：課程實驗總學分：3.0總學時：48實驗/實踐學時：12/0適用專業：材料物理適用對象：本科先修課程：無機化學、物理化學、電化學原理開課學院：材料科學與工程學院二、課程簡介《鋰離子電池》實驗課程是材料物理專業《鋰離子電池》的課程實驗。實驗的內容包括鋰離子電池充放電性能、循環性能等電化學性能測試分析以及電極材料的循環伏安曲線和鋰離子遷移系數的測定。通過課程實驗的系列操作，加強學生在鋰離子電池電化學性能測試方面的能力素質，培養學生的實踐能力和。三、實驗教學目標通過課程實驗，鍛煉學生的動力能力、分析與解決問題的能力，提高學生運用理論知識解決實際問題的能力。同時培養學生的團隊精神、溝通和組織管理能力。四、實驗項目及學時安排序號實驗項目名稱實驗學時實驗類型實驗要求每組人數備注1鋰離子遷移系數的測定4綜合性必做4-62鋰離子電池充放電性能測試4綜合性必做4-63鋰離子電池循環伏安曲線測試與分析4綜合性必做4-6五、實驗內容實驗一鋰離子遷移系數的測定實驗實驗目的：理解測定鋰離子遷移系數的重要性，了解常用的鋰離子遷移系數測定方法，如交流阻抗技術、電位階躍技術和恒電流間歇滴定技術等。實驗設備：電化學工作站，實驗內容及步驟：實驗內容電化學工作站的使用，交流阻抗譜圖的分析，鋰離子遷移系數的計算；掌握鋰離子電池充放電的基本原理；采用電化學工作站測量鋰離子電池的交流阻抗，根據交流阻抗譜圖計算Warburg因子并進一步得到鋰離子電池的鋰離子遷移系數。實驗步驟（1）設置開路電壓：點擊設置〉實驗技術〉開路電位■時間〉確定，待工作站運作平穩時（即測出來的是一條平行于X軸的波動很小的線），記錄軟件左下角掃描出的開路電壓。也可點擊控制＞開路電位〉開路電壓頁面，查看開路電壓，待后面錄入參數時使用。（2）點擊實驗技術〉電化學技術，選擇電化學阻抗，確定后設置參數。（3）點擊參數設置，進入電化學阻抗參數的頁面，根據（1）中所得到的開路電壓，設置初始電壓。設置高頻處的頻率為lOOKz,低頻處的頻率為10mzo振幅和靜置時間采用默認數值，點擊確定，準備進行電化學阻抗測試。（4）點擊a（圖標a代表運行試驗，||代表暫停，團代表終止），運行實驗，出現交流阻抗測試的頁面，此時出現掃描圖形，右上角顯示實驗剩余時間，所掃描的數據盡量保證連續。（5）根據等效電路圖并通過Zview、ZSimpWin等軟件對EIS數據進行擬合處理。（6）在日S曲線的低頻區域，與鋰離子在活性材料顆粒內部的固體擴散過程相關的一條斜線，此過程可用一個描述擴散的Warburg阻抗Zw表示。電化學阻抗譜中實軸電阻值與相應的角頻率的二次根號的倒數呈線性關系，而直線的斜率為韋伯因子（。），見式1：Zre=Rs+Ret+o（n~1/2（1）式中：Zre為EIS曲線低頻區域實軸電阻值；Rs為電極電阻、電解液電阻和各種接觸電阻等；3為角頻率；Ret為電荷轉移電阻；。為韋伯因子。鋰離子遷移系數的測定通過公式2進行計算：DLi=（R2T2）/（2A2n4F4C2o2）式中：M為鋰離子遷移系數;R為氣體常數（8.314Jmol_1K-1）；T為溫度（K）；A為電極表觀面積（cm2）；n為電子轉移數；F為法拉第常數（96485Cmor1）；CLi為鋰離子在電極材料中的濃度（molcm-