《鋰離子電極材料》教學(xué)大綱課程編號：11180124英文名稱：ElectrodeMaterialsofLithiumionBattery學(xué)分：2學(xué)時：總學(xué)時32學(xué)時，其中理論32學(xué)時，實踐0學(xué)時先修課程：無機化學(xué)1、無機化學(xué)2、分析化學(xué)、有機化學(xué)1、有機化學(xué)2、物理化學(xué)1、物理化學(xué)2、儀器分析及實驗、材料科學(xué)基礎(chǔ)課程類別：專業(yè)方向課程授課對象：新能源材料與器件專業(yè)學(xué)生教學(xué)單位：化學(xué)化工學(xué)院修讀學(xué)期：第5學(xué)期一、課程描述和目標鋰離子電池電極材料簡要介紹了離子電池的基本結(jié)構(gòu)和設(shè)計原理，詳細介紹了層狀電極材料、尖晶石電極材料、磷酸鹽正極材料、硅酸鹽正極材料、碳負極材料、鈦基電極材料以及鈦酸鋰電極材料等多種電極材料的設(shè)計與性能。通過對該課程的學(xué)習，可使學(xué)生掌握鋰離子電池的正極材料和負極材料的種類、制備與表征的基本原理與方法，熟悉電極材料制備和表征的新技術(shù)、新工藝和新設(shè)備，深入理解電極材料的制備、結(jié)構(gòu)、形貌與電化學(xué)性能、材料應(yīng)用之間的相互關(guān)系，為將來從事電極材料的制備、研發(fā)、生產(chǎn)以及材料分析測試奠定堅實的理論和實踐基礎(chǔ)。通過對該課程的學(xué)習，還可以培養(yǎng)學(xué)生材料設(shè)計技術(shù)和方法、實驗結(jié)果分析能力，鞏固其所學(xué)理論知識，提高動手能力、理論聯(lián)系實際的能力和創(chuàng)新能力，提高其科研能力和科研素質(zhì)。對于學(xué)生科學(xué)思維、綜合素質(zhì)的培養(yǎng)與提高起著至關(guān)重要的作用。本課程在知識、能力及素質(zhì)發(fā)展等方面應(yīng)達到的目標如下：課程目標1：了解或掌握鋰離子電池的組成及原理、電極材料制備與表征的基本理論和關(guān)鍵技術(shù)方法，熟悉層狀電極材料、尖晶石電極材料、磷酸鹽正極材料、硅酸鹽正極材料、碳負極材料、鈦基電極材料以及鈦酸鋰電極材料等多種電極材料的制備、表征和電化學(xué)性能，熟悉電極材料的表征方法，包括X射線衍射分析、電子顯微技術(shù)、X射線光電子能譜分析、材料熱分析、比表面和粒度分布等物性測定。課程目標2：進一步提高學(xué)習能力，有效使用課程教學(xué)大綱、教學(xué)用書、參考教材和互聯(lián)網(wǎng)平臺，能科學(xué)地安排課外自學(xué)時間，學(xué)會自主學(xué)習。掌握電極材料的制備和常用的測試技術(shù)，了解電極材料在日常生活中的應(yīng)用，同時了解電極材料的前沿技術(shù)及發(fā)展方向等。課程目標3：培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度、實事求是的科學(xué)作風和嚴密的科學(xué)方法；培養(yǎng)自學(xué)能力、綜合分析能力、創(chuàng)造思維能力和動手能力等。樹立良好的職業(yè)道德和團隊意識。二、課程目標對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標點課程目標權(quán)重3-2能夠根據(jù)解決方案，完成開發(fā)滿足特定需求的材料、器件以及工藝，體現(xiàn)創(chuàng)新性；課程目標1H5-3能夠針對新能源材料與器件領(lǐng)域復(fù)雜的工程問題，創(chuàng)造性地使用現(xiàn)代工具進行模擬和預(yù)測，滿足特定需求，并能夠分析其局限性；課程目標2M7-2能夠評價新能源材料與器件復(fù)雜工程問題的工程實踐對環(huán)境和社會可持續(xù)發(fā)展的影響；評價產(chǎn)品周期中可能對人類和環(huán)境造成的損害和隱患。課程目標3M（注：要求課程目標與畢業(yè)要求指標點應(yīng)是一一對應(yīng)支撐）三、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配序號教學(xué)內(nèi)容基本要求及重、難點（含德育要求）學(xué)時教學(xué)方式對應(yīng)課程目標1鋰離子電池概述：（1）鋰離子電池概述（2）鋰離子電池電極材料的安全性（3）鋰離子電池電極材料的表征與測試方法（4）鋰離子電池隔膜（5）鋰離子電池有機電解液了解鋰離子電池在實際生活中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢；重難點：掌握鋰離子電池的組成結(jié)構(gòu)、工作原理；德育元素：培養(yǎng)學(xué)生正確的價值觀念。2集中講授課程目標1、22鋰離子電池層狀正極材料：（1）LiCoO2電極材料（2）LiNiO2正極材料（3）層狀錳酸鋰（LiMnO2）（4）三元材料（LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2）（5）富鋰材料了解層狀錳酸鋰（LiMnO2）材料和富鋰材料；熟悉LiNiO2正極材料和三元材料；重難點：掌握LiCoO2電極材料的結(jié)構(gòu)、制備方法和電化學(xué)性能。電極材料的摻雜改性；德育元素：培養(yǎng)學(xué)生對專業(yè)知識在社會應(yīng)用方面的敏感度。6集中講授1,2,33尖晶石正極材料：（1）LiMn2O4正極材料（2）LiNi0.5Mn1.5O4了解LiNi0.5Mn1.5O4正極材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能；熟悉LiMn2O4正極材料制備方法及其性能提高方法；重難點：掌握LiMn2O4正極材料的結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能、LiMn2O4正極材料的容量衰減機理；德育元素：培養(yǎng)學(xué)生形成良好的學(xué)習習慣。2集中講授1,2,34磷酸鹽正極材料：（1）磷酸亞鐵鋰（2）磷酸錳鋰（3）LiCoPO4和LiNiPO4正極材料（4）Li3V2（PO4）3正極材料（5）焦磷酸鹽正極材料（6）氟磷酸鹽正極材料了解其它幾種磷酸鹽正極材料；熟悉磷酸錳鋰材料的結(jié)構(gòu)特性和改性；重難點：掌握LiFePO4的晶體結(jié)構(gòu)、充放電機理、合成方法和摻雜改性；德育元素：培養(yǎng)學(xué)生正確的價值導(dǎo)向。4集中講授1,2,35硅酸鹽正極材料：（1）硅酸鐵鋰（2）硅酸錳鋰（3）硅酸鈷鋰了解硅酸鈷鋰材料；熟悉硅酸錳鋰材料結(jié)構(gòu)和摻雜；重難點：掌握硅酸鐵鋰的結(jié)構(gòu)、合成和改性；德育元素：培養(yǎng)學(xué)生獨立學(xué)習與思考的能力。2集中講授1,2,36LiFeSO4F正極材料：（1）LiFeSO4F的結(jié)構(gòu)（2）LiFeSO4F的合成方法（3）LiFeSO4F的摻雜改性了解LiFeSO4F正極材料的包覆改性；熟悉LiFeSO4F正極材料的摻雜改性；重難點：掌握LiFeSO4F正極材料的結(jié)構(gòu)和合成方法；德育元素：培養(yǎng)學(xué)生不怕吃苦的科研精神。2集中講授1,2,37碳基、硅基、錫基材料：（1）碳基材料（2）硅基材料（3）錫基材料熟悉硅負極材料納米化和硅-碳復(fù)合材料；了解錫基材料的納米化和錫-碳復(fù)合材料；重難點：掌握碳基、硅基負極材料的儲鋰機理；德育元素：培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習的能力。4集中講授1,2,38Li4Ti5O12負極材料：（1）Li4Ti5O12的結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性（2）Li4Ti5O12的電化學(xué)性能（3）Li4Ti5O12的合成（4）Li4Ti5O12的摻雜（5）Li4Ti5O12材料的表面改性（6）Li4Ti5O12材料的氣脹熟悉Li4Ti5O12材料的表面改性；了解Li4Ti5O12材料的產(chǎn)氣機理和抑制方法。重難點：掌握Li4Ti5O12的結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性、電化學(xué)性能、合成和摻雜；德育元素：培養(yǎng)學(xué)生正確思考問題、養(yǎng)成良好的價值觀。2集中講授1,2,39鈦基負極材料：（1）Li-Ti-O化合物（2）MLi2Ti6O14（M=Na,Sr,Ba）（3）Li2MTi3O8（M=Zn,Cu,Mn）（4）Li-Cr-Ti-O（5）TiO2負極材料熟悉MLi2Ti6O14和Li2MTi3O8電極材料結(jié)構(gòu)和性能；了解Li-Cr-Ti-O和TiO2負極材料；掌握：Li-Ti-O化合物的相圖和種類；德育元素：培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注時事新聞的家國情懷。2集中講授1,2,310其他新型負極材料：（1）過渡金屬氧化物負極材料（2）鈮基負極材料（3）磷化物和氮化物負極材料（4）硫化物負極材料（5）硝酸鹽負極材料熟悉磷化物和氮化物負極材料和硫化物負極材料；了解鈮基負極材料和硝酸鹽負極材料；重難點：掌握過渡金屬氧化物負極材料；德育元素：培養(yǎng)學(xué)生團結(jié)協(xié)作的能力。2集中講授1,2,311鋰離子電池材料的理論設(shè)計及其電化學(xué)性能的預(yù)測：（1）鋰離子電池材料的熱力學(xué)穩(wěn)定性（2）電極材料的力學(xué)穩(wěn)定性及失穩(wěn)機制（3）Li2-xMO3電極材料的晶格釋氧問題及其氧化還原機理（4）鋰離子電池材料的電化學(xué)性能的理論預(yù)測熟悉鋰離子電池材料的電化學(xué)性能的理論預(yù)測；了解Li2-xMO3電極材料的晶格釋氧問題及其氧化還原機理；重難點：掌鋰離子電池材料的熱力學(xué)穩(wěn)定性和電極材料的力學(xué)穩(wěn)定性及失穩(wěn)機制；德育元素：培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)問題的歸納、總結(jié)與表述能力。4集中講授1,2,3合計32注：實驗要求包括必修、選修；實驗類型包括演示、驗證、綜合、設(shè)計等。四、課程教學(xué)方法本課程的教學(xué)通過多媒體課件展示與板書結(jié)合的方式講授，在課堂上通過習題、討論、提問等方式引導(dǎo)學(xué)生獨立思考，加深對疑難問題的理解，提高教學(xué)效果和質(zhì)量。五、學(xué)業(yè)評價和課程考核（一）考核方式及具體要求1.課程成績構(gòu)成與要求課程考核注重形成性和終結(jié)性評價相結(jié)合，考核內(nèi)容主要由平時作業(yè)、課堂表現(xiàn)、期末考試，均按百分制計分，其中平時作業(yè)成績占25%、課堂表現(xiàn)成績占25%、期末考試成績占50%。2.課程目標達成考核與評價序號教學(xué)環(huán)節(jié)課程目標1（分值）課程目標2（分值）課程目標3（分值）合計1平時作業(yè)10105252課堂表現(xiàn)10510253期末考試20151550課程目標對應(yīng)分值403030100（二）考核與評價標準1.平時作業(yè)成績考核與評價標準分值觀測點90-100分70-89分60-69分0-59分平時作業(yè)按時完成，90%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識點理解、掌握到位。能夠利用理論知識識別、分析鋰離子電極材料相關(guān)專業(yè)問題。按時完成，70%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識點理解、掌握較到位。能夠較好利用理論知識識別、分析鋰離子電極材料相關(guān)專業(yè)問題。延時完成，60%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識點理解、掌握基本到位。利用理論知識對鋰離子電極材料相關(guān)專業(yè)問題有一定的識別、分析。不交和補交，50%以下的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識點理解、掌握有偏差。不能利用理論知識對鋰離子電極材料相關(guān)專業(yè)問題進行識別、分析。2.課堂表現(xiàn)成績考核與評價標準分值觀測點90-100分70-89分60-69分0-59分課堂表現(xiàn)課堂聽講認真，參與討論積極性高，團隊合作能力強，能有條理地表達自己的意見，解決問題的過程清楚，做事有計劃，具有創(chuàng)造性思維，能夠用不同方法解決問題，獨立思考，問題回答準確。課堂聽講比較認真，能夠比較積極地參與教學(xué)活動，能比較有條理地表達自己的意見，解決問題的能力較強，能用老師提供的方法解決問題，團隊合作能力較強，問題回答比較準確。課堂聽講專心程度一般，能夠參與教學(xué)活動，能表達自己的意見，解決問題的能力一般，能用老師提供的方法解決問題，團隊合作能力一般，問題回答基本準確。課堂不能專心聽講，不參與教學(xué)活動，不能表達自己的意見，解決問題的能力較差，團隊合作能力較差，問題回答不準確。3.期末試卷考核與評價標準采取閉卷形式，題型主要采用判斷、選擇、填空、簡答、分析、綜合題等，綜合檢驗學(xué)生對課程相關(guān)知識的掌握、綜合應(yīng)用及解決復(fù)雜問題的能力，根據(jù)考試題目設(shè)計相應(yīng)評分標準。卷面成績采用百分制評分，比例換算。六、教材與參考書（一）推薦教材1．《鋰離子電池電極材料》(中國制造2025出版工程），伊廷鋒、謝穎編；化學(xué)工業(yè)出版社，出版日期：2019年1月，ISBN：9787122320957；2.《鋰離子電池活性電極材料》，徐艷輝，李德成，胡博編，化學(xué)工業(yè)出版社，出版時間：2017年02月，ISBN：