《鋰離子電極材料》教學大綱課程編號：11180124英文名稱：ElectrodeMaterialsofLithiumionBattery學分：2學時：總學時32學時，其中理論32學時，實踐0學時先修課程：無機化學1、無機化學2、分析化學、有機化學1、有機化學2、物理化學1、物理化學2、儀器分析及實驗、材料科學基礎課程類別：專業方向課程授課對象：新能源材料與器件專業學生教學單位：化學化工學院修讀學期：第5學期一、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構和設計原理，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計與性能。通過對該課程的學習，可使學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、新工藝和新設備，深入理解電極材料的制備、結構、形貌與電化學性能、材料應用之間的相互關系，為將來從事電極材料的制備、研發、生產以及材料分析測試奠定堅實的理論和實踐基礎。通過對該課程的學習，還可以培養學生材料設計技術和方法、實驗結果分析能力，鞏固其所學理論知識，提高動手能力、理論聯系實際的能力和創新能力，提高其科研能力和科研素質。對于學生科學思維、綜合素質的培養與提高起著至關重要的作用。本課程在知識、能力及素質發展等方面應達到的目標如下：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鍵技術方法，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、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：進一步提高學習能力，有效使用課程教學大綱、教學用書、參考教材和互聯網平臺，能科學地安排課外自學時間，學會自主學習。掌握電極材料的制備和常用的測試技術，了解電極材料在日常生活中的應用，同時了解電極材料的前沿技術及發展方向等。課程目標3：培養嚴謹的科學態度、實事求是的科學作風和嚴密的科學方法；培養自學能力、綜合分析能力、創造思維能力和動手能力等。樹立良好的職業道德和團隊意識。二、課程目標對畢業要求的支撐關系畢業要求指標點課程目標權重3-2能夠根據解決方案，完成開發滿足特定需求的材料、器件以及工藝，體現創新性；課程目標1H5-3能夠針對新能源材料與器件領域復雜的工程問題，創造性地使用現代工具進行模擬和預測，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雜工程問題的工程實踐對環境和社會可持續發展的影響；評價產品周期中可能對人類和環境造成的損害和隱患。課程目標3M（注：要求課程目標與畢業要求指標點應是一一對應支撐）三、教學內容、基本要求與學時分配序號教學內容基本要求及重、難點（含德育要求）學時教學方式對應課程目標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用和發展趨勢；重難點：掌握鋰離子電池的組成結構、工作原理；德育元素：培養學生正確的價值觀念。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電極材料的結構、制備方法和電化學性能。電極材料的摻雜改性；德育元素：培養學生對專業知識在社會應用方面的敏感度。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、結構與性能；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正極材料的結構與電化學性能、LiMn2O4正極材料的容量衰減機理；德育元素：培養學生形成良好的學習習慣。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構特性和改性；重難點：掌握LiFePO4的晶體結構、充放電機理、合成方法和摻雜改性；德育元素：培養學生正確的價值導向。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構和摻雜；重難點：掌握硅酸鐵鋰的結構、合成和改性；德育元素：培養學生獨立學習與思考的能力。2集中講授1,2,36LiFeSO4F正極材料：（1）LiFeSO4F的結構（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正極材料的結構和合成方法；德育元素：培養學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-碳復合材料；了解錫基材料的納米化和錫-碳復合材料；重難點：掌握碳基、硅基負極材料的儲鋰機理；德育元素：培養學生終身學習的能力。4集中講授1,2,38Li4Ti5O12負極材料：（1）Li4Ti5O12的結構及其穩定性（2）Li4Ti5O12的電化學性能（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材料的產氣機理和抑制方法。重難點：掌握Li4Ti5O12的結構及其穩定性、電化學性能、合成和摻雜；德育元素：培養學生正確思考問題、養成良好的價值觀。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電極材料結構和性能；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：培養學生關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：培養學生團結協作的能力。2集中講授1,2,311鋰離子電池材料的理論設計及其電化學性能的預測：（1）鋰離子電池材料的熱力學穩定性（2）電極材料的力學穩定性及失穩機制（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性能的理論預測熟悉鋰離子電池材料的電化學性能的理論預測；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穩定性和電極材料的力學穩定性及失穩機制；德育元素：培養學生對科學問題的歸納、總結與表述能力。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、設計等。四、課程教學方法本課程的教學通過多媒體課件展示與板書結合的方式講授，在課堂上通過習題、討論、提問等方式引導學生獨立思考，加深對疑難問題的理解，提高教學效果和質量。五、學業評價和課程考核（一）考核方式及具體要求1.課程成績構成與要求課程考核注重形成性和終結性評價相結合，考核內容主要由平時作業、課堂表現、期末考試，均按百分制計分，其中平時作業成績占25%、課堂表現成績占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環節課程目標1（分值）課程目標2（分值）課程目標3（分值）合計1平時作業10105252課堂表現10510253期末考試20151550課程目標對應分值403030100（二）考核與評價標準1.平時作業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分平時作業按時完成，90%以上的作業內容齊全，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專業問題。按時完成，70%以上的作業內容齊全，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專業問題。延時完成，60%以上的作業內容齊全，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專業問題有一定的識別、分析。不交和補交，50%以下的作業內容齊全，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專業問題進行識別、分析。2.課堂表現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，綜合檢驗學生對課程相關知識的掌握、綜合應用及解決復雜問題的能力，根據考試題目設計相應評分標準。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；化學工業出版社，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，化學工業出版社，出版時間：2017年02月，ISBN：