西安交通大学先进储能材料（英）课程教学大纲一、课程基本信息先进储能材料（英）课程名称Advanced Energy Materials课程编号MATL501502241. 5总学时课程学分学时分配理论：24上机：0实验：0课外：0口公共课程口通识课程课程类型口专业大类基础课口学科门类基础课口专业核心课专业选修课口集中实践□1-1□1-2□2-1 □2-2□3-1□3-2开课学期4-14-2□5-1□5-2先修课程物理化学、材料科学基础教材、参参考教材：考书及其[1] Huggins, Robert A. Advanced Batteries: Materials Science他资料Aspects. Springer, 2008[2] Tetsuya Osaka, Zempachi Ogumi. Nanoscale Technology forAdvanced Lithium Batteries. Springer, 2014[3] Rachid Yazami. Nanomaterials for Lithium ion Batteries?FundamentalsandApplications,PanStanfordpublishing,2014[4]NobuyukiImanishi,AlanCLuntz,PeterBruce.TheLithiumAirBattery: Fundamentals, Springer, 2014二、课程目标及学生应达到的能力2.1 课程的基本要求本课程以先进储能材料与器件及技术为核心，为学生详细讲授了电池电化学的基础知识、锂离子电池的基本原理、电极材料的选择和储锂特性、钠离子电池的基本机理和电极材料发展现状、锂硫电池的基本原理及目前电极材料遇到的挑战以及集中新型的电力储能技术包括液态金属电池等，重点就新型储能材料在不同能源存储技术中的结构设计、制备、应用以及在实际应用过程中材料结构及界
西安交通大学先进储能材料（英）课程教学大纲 一、课程基本信息 课程名称 先进储能材料（英） Advanced Energy Materials 课程编号 MATL501502 课程学分 1.5 总学时 24 学时分配 理论: 24 实验: 0 上机: 0 课外: 0 课程类型 公共课程 通识课程 学科门类基础课 专业大类基础课 专业核心课 专业选修课 集中实践 开课学期 1-1 1-2 2-1 2-2 3-1 3-2 4-1 4-2 5-1 5-2 先修课程 物理化学、材料科学基础 教材、参 考书及其 他资料 参考教材： [1] Huggins, Robert A. Advanced Batteries: Materials Science Aspects. Springer, 2008 [2] Tetsuya Osaka, Zempachi Ogumi. Nanoscale Technology for Advanced Lithium Batteries. Springer, 2014 [3] Rachid Yazami. Nanomaterials for Lithium ion Batteries: Fundamentals and Applications, Pan Stanford publishing, 2014 [4] Nobuyuki Imanishi, Alan C Luntz, Peter Bruce. The Lithium Air Battery: Fundamentals, Springer, 2014 二、课程目标及学生应达到的能力 2.1 课程的基本要求 本课程以先进储能材料与器件及技术为核心，为学生详细讲授了电池电化学 的基础知识、锂离子电池的基本原理、电极材料的选择和储锂特性、钠离子电池 的基本机理和电极材料发展现状、锂硫电池的基本原理及目前电极材料遇到的挑 战以及集中新型的电力储能技术包括液态金属电池等,重点就新型储能材料在不 同能源存储技术中的结构设计、制备、应用以及在实际应用过程中材料结构及界
面的变化以及失效等方面进行介绍，使学生基本掌握多种储能技术的储能机理和前沿发展动态。课程教学中，教师既要给学生讲授电池电化学等基础理论知识，还要介绍多种新型的储能技术包括锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池以及液态金属电池等的基本原理及应用场景，让学生能够从具体储能场景及要求出发，选择相应的储能材料及技术，锻炼学生理论结合实际的能力。本课程采用全英文授课：参考教材为英文教材；教师上课所用ppt为全英文；平时作业全部由英文出题，鼓励学生用英语做作业；考试题目为英汉双语，鼓励学生英语答卷。希望通过以上手段与途径，使学生能够就材料开发与使用过程中的复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，具备全球视野和跨文化书面、口头表达能力，能够应用英语在国际化背景下进行有效沟通和交流。2.2课程目标及学生应该达到的能力（1）电池储能技术领域基础知识理解能力掌握电池电化学的基础知识，熟悉各类储能材料在各种储能技术中（包括锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池、液态金属电池）的发展现状和面临的挑战及问题，并能够详细了解各类储能技术（包括锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池、液态金属电池）的应用特点与不足。支撑毕业要求指标点3-3：针对材料领域的复杂工程问题，寻求合适的材料系统或工艺流程，在设计环节中体现创新意识，并能考虑社会、健康、安全、法律、文化及环境等因素。（2）材料与工艺设计与创新能力根据储能场景的具体要求，选择合适的储能技术并选择相应的储能材料，在材料选择和储能技术设计中体现创新意识，并能考虑社会、健康、安全、法律、文化和环境等因素。支撑毕业要求指标点3-3：针对材料领域的复杂工程问题，寻求合适的材料系统或工艺流程，在设计环节中体现创新意识，并能考虑社会、健康、安全、法律、文化及环境等因素。（3）与同行沟通交流能力
面的变化以及失效等方面进行介绍，使学生基本掌握多种储能技术的储能机理和 前沿发展动态。 课程教学中，教师既要给学生讲授电池电化学等基础理论知识，还要介绍多 种新型的储能技术包括锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池以及液态金属电池等 的基本原理及应用场景，让学生能够从具体储能场景及要求出发，选择相应的储 能材料及技术，锻炼学生理论结合实际的能力。 本课程采用全英文授课：参考教材为英文教材；教师上课所用 ppt 为全英文； 平时作业全部由英文出题，鼓励学生用英语做作业；考试题目为英汉双语，鼓励 学生英语答卷。希望通过以上手段与途径，使学生能够就材料开发与使用过程中 的复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，具备全球视野和跨 文化书面、口头表达能力，能够应用英语在国际化背景下进行有效沟通和交流。 2.2 课程目标及学生应该达到的能力 （1）电池储能技术领域基础知识理解能力 掌握电池电化学的基础知识，熟悉各类储能材料在各种储能技术中（包括锂 离子电池、钠离子电池、锂硫电池、液态金属电池）的发展现状和面临的挑战及 问题，并能够详细了解各类储能技术（包括锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池、 液态金属电池）的应用特点与不足。 支撑毕业要求指标点 3-3：针对材料领域的复杂工程问题，寻求合适的材料 系统或工艺流程，在设计环节中体现创新意识，并能考虑社会、健康、安全、法 律、文化及环境等因素。 （2）材料与工艺设计与创新能力 根据储能场景的具体要求，选择合适的储能技术并选择相应的储能材料，在 材料选择和储能技术设计中体现创新意识，并能考虑社会、健康、安全、法律、 文化和环境等因素。 支撑毕业要求指标点 3-3：针对材料领域的复杂工程问题，寻求合适的材料 系统或工艺流程，在设计环节中体现创新意识，并能考虑社会、健康、安全、法 律、文化及环境等因素。 （3）与同行沟通交流能力
采用多本经典英文原版教材为参考教材：上课采用全英文ppt：平时作业全部由英文出题，鼓励学生用英语答题：考试题目为英汉双语，鼓励学生英语答卷。支撑毕业要求指标点10-1：能应用外语在国际化背景下就材料及相关领域问题进行有效沟通和交流。课程目标与专业毕业要求的关联关系史业要求523678910111412课程目标课程目M标 1课程目M标2课程目M标3注：1,2,312对应于专业认证毕业要求12条。课程目标与专业毕业要求的关联关系用H/M/L标注。三、教学内容简介序号参考学时章节名称知识点电池热力学、电池动力学、一次电池、电池发展历程及14二次电池、正极、负极、阳极、阴极、电化学基础电解质、电池理论容量的计算锂离子电池基本原理、正极材料的类锂离子电池电极28型和发展现状、负极材料的发展和挑材料设计及应用战、新型全固态电池简介钠离子电池的基本原理、正极材料的钠离子电池基础43选择和设计思路、负极材料的设计及及应用优化等锂硫电池基本原4锂硫电池的基本原理、穿梭效应、电4极材料的设计及改进理及应用电力储能的要求、液态金属电池的结4构、特点和基本原理、液态金属电池新型电力储能材5正极材料、负极材料、电解质的选择料与技术原则、几种不同体系的液态金属电池的储能特性四、教学
采用多本经典英文原版教材为参考教材；上课采用全英文 ppt；平时作业全 部由英文出题，鼓励学生用英语答题；考试题目为英汉双语，鼓励学生英语答卷。 支撑毕业要求指标点 10-1：能应用外语在国际化背景下就材料及相关领域 问题进行有效沟通和交流。课程目标与专业毕业要求的关联关系 毕业要求 课程目标 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课程目 标 1 M 课程目 标 2 M 课程目 标 3 M 注：1,2,3.12 对应于专业认证毕业要求 12 条。课程目标与专业毕业要求的 关联关系用 H/M/L 标注。 三、教学内容简介 序号 章节名称 知识点 参考学时 1 电池发展历程及 电化学基础 电池热力学、电池动力学、一次电池、 二次电池、正极、负极、阳极、阴极、 电解质、电池理论容量的计算 4 2 锂离子电池电极 材料设计及应用 锂离子电池基本原理、正极材料的类 型和发展现状、负极材料的发展和挑 战、新型全固态电池简介 8 3 钠离子电池基础 及应用 钠离子电池的基本原理、正极材料的 选择和设计思路、负极材料的设计及 优化等 4 4 锂硫电池基本原 理及应用 锂硫电池的基本原理、穿梭效应、电 极材料的设计及改进 4 5 新型电力储能材 料与技术 电力储能的要求、液态金属电池的结 构、特点和基本原理、液态金属电池 正极材料、负极材料、电解质的选择 原则、几种不同体系的液态金属电池 的储能特性 4 四、教学
教学方式章节学时（授课、实教学要求对课程目标的教学内容顺序分配验、上机、（知识要求及能力要求）支撑关系讨论)使学生掌握化学电池的发展历程，掌握电池的热力学与课程目标1电池发展历程及电池动力学基础，掌握一次电池、二次电池的区别，了解电课程目标2第一章授课A电化学基础池性能表征的基本概念，如容量、能量、容量密度、能课程目标3量密度、库伦效率、能量效率、倍率性能等。使学生掌握锂离子电池的基本原理，了解石墨、Si、Sn、课程目标1锂子电池电极材料金属氧化物等负极材料的储锂机制、问题及改进策略，课程目标2第三章8投课设计及应用掌握正极材料LiCoO2、LiFePO,等结构、制备方法及储锂课程目标3机制使学生掌握钠离子电池的基本原理，了解钠离子电池负课程目标1钠离子电池基础及应第四章4授课极碳基材料、Ti基材料及Na基合金的嵌Na机制及应用，课程目标2用课程目标3熟悉正极层状氧化物材料的储Na机制及前沿进展课程目标1锂硫电池基本原理及使学生掌握锂硫电池的基本原理，清楚锂硫电池中的穿第五章授课课程目标24应用梭效应、锂硫电池正极、负极、电解质设计与最新进展课程目标3使学生掌握电力储能和动力电池的不同要求，使学生了课程目标1新型电力储能材料与解液态金属电池的结构、特点和基本原理、液态金属电第六章授课4课程目标2技术池正极材料、负极材料、电解质的选择原则、几种不同课程目标3体系的液态金属电池的储能特性
章节 顺序 教学内容 学时 分配 教学方式 （授课、实 验、上机、 讨论） 教学要求 （知识要求及能力要求） 对课程目标的 支撑关系 第一章 电池发展历程及电池 电化学基础 4 授课 使学生掌握化学电池的发展历程，掌握电池的热力学与 动力学基础，掌握一次电池、二次电池的区别，了解电 池性能表征的基本概念，如容量、能量、容量密度、能 量密度、库伦效率、能量效率、倍率性能等。 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 第三章 锂离子电池电极材料 设计及应用 8 授课 使学生掌握锂离子电池的基本原理，了解石墨、Si、Sn、 金属氧化物等负极材料的储锂机制、问题及改进策略， 掌握正极材料 LiCoO2、LiFePO4等结构、制备方法及储锂 机制 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 第四章 钠离子电池基础及应 用 4 授课 使学生掌握钠离子电池的基本原理，了解钠离子电池负 极碳基材料、Ti 基材料及 Na 基合金的嵌 Na 机制及应用， 熟悉正极层状氧化物材料的储 Na 机制及前沿进展 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 第五章 锂硫电池基本原理及 应用 4 授课 使学生掌握锂硫电池的基本原理，清楚锂硫电池中的穿 梭效应、锂硫电池正极、负极、电解质设计与最新进展 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 第六章 新型电力储能材料与 技术 4 授课 使学生掌握电力储能和动力电池的不同要求，使学生了 解液态金属电池的结构、特点和基本原理、液态金属电 池正极材料、负极材料、电解质的选择原则、几种不同 体系的液态金属电池的储能特性 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3
五、考核方式及成绩构成5.1考核成绩构成平时：_30%，（平时作业）期末：70%5.2课程目标的考核环节与评分标准（1）课程教学与考核环节及其对应的课程目标的汇总课程考核采取过程考核与期末考试相结合的方式。过程考核采用平时作业成绩，期末考试采用闭卷考核方式。平时作业主要考核学生对本课程专业知识掌握情况。在教学过程中，教师为学生布置一道较为综合的作业题目，支撑课程目标2和课程目标3，由教师根据评分标准给出分数。在期末考试试题（满分100分）中，有40分对应于课程目标1，考察学生对基础知识的理解能力；有60分考察学生设计开发与解决方案的能力。具体如表5-1所示。表5-1课程各教学环节与课程目标达成计算的比例考核与评价方式平时作业（100分）课程考试（100分）课程目标1（3-3)40%60%课程目标2（3-3）40%课程目标3(10-1)60%注明：表格中的百分数是各考核环节对课程目标的贡献比例。（2）平时作业评分标准教师为学生布置一道较为综合的作业题目，由教师根据评分标准给出分数。表5-2平时作业评分标准评价标准中优良及格不及格(90-100(80-89(70-79(60-69（0-59分）分)分）分)分)课程目标按时交作按时交作按时交作按时交作不能按时交
五、考核方式及成绩构成 5.1 考核成绩构成 平时： 30 %，（平时作业） 期末： 70 % 5.2 课程目标的考核环节与评分标准 （1）课程教学与考核环节及其对应的课程目标的汇总 课程考核采取过程考核与期末考试相结合的方式。过程考核采用平时作业成 绩，期末考试采用闭卷考核方式。 平时作业主要考核学生对本课程专业知识掌握情况。在教学过程中，教师为 学生布置一道较为综合的作业题目，支撑课程目标 2 和课程目标 3，由教师根据 评分标准给出分数。 在期末考试试题（满分 100 分）中，有 40 分对应于课程目标 1，考察学生 对基础知识的理解能力；有 60 分考察学生设计开发与解决方案的能力。 具体如表 5-1 所示。 表 5-1 课程各教学环节与课程目标达成计算的比例 考核与评价方式 平时作业（100 分） 课程考试（100 分） 课程目标 1（3-3） 40% 课程目标 2（3-3） 40% 60% 课程目标 3 (10-1) 60% 注明：表格中的百分数是各考核环节对课程目标的贡献比例。 （2）平时作业评分标准 教师为学生布置一道较为综合的作业题目，由教师根据评分标准给出分数。 表 5-2 平时作业评分标准 评价标准 优 （90-100 分） 良 （80-89 分） 中 （70-79 分） 及格 （60-69 分） 不及格 （0-59 分） 课程目标 按 时 交 作 按 时 交 作 按 时 交 作 按 时 交 作 不能按时交
2业；基本概业；基本概业；基本概业；基本概作业；有抄念正确；论念正确；论袭现象，或念正确；论念正确；存在一些错述逻辑清述清楚、语述清楚，存存在一些基晰、层次分言较规范。在少量错误，论述比本概念方面明、语言规较清楚。误，语言较的错误，论范。规范。述混乱。课程目标具有很强的具有较强的具有一定的能够查阅相不能自主查3自学能力，自学能力，自学能力，关文献，初阅相关文献，对本领能够自主查能够自主查能够查阅相步了解本领阅文献，了阅文献，了关文献，初域的发展趋域的发展趋解本领域的解本领域的步了解本领势，探索意势无探索意发展趋势和发展趋势和域的发展趋识较为薄识，且兴趣科学前沿，科学前沿，势和科学前弱，对最新薄弱。探索意识探索意识较沿，具有一研究成果有兴趣。强，对最新强，对最新定的探索意研究成果的研究成果的识，对最新兴趣浓厚。兴趣较为浓研究成果有厚。一定兴趣。大纲制定者：宁晓辉大纲审核者：钱军民最后修订时间：2020年5月20日
2 业；基本概 念正确；论 述 逻 辑 清 晰、层次分 明、语言规 范。 业；基本概 念正确；论 述清楚、语 言较规范。 业；基本概 念正确；论 述清楚，存 在 少 量 错 误，语言较 规范。 业；基本概 念正确；存 在 一 些 错 误，论述比 较清楚。 作业；有抄 袭现象，或 存在一些基 本概念方面 的错误，论 述混乱。 课程目标 3 具有很强的 自学能力， 能够自主查 阅文献，了 解本领域的 发展趋势和 科学前沿， 探 索 意 识 强，对最新 研究成果的 兴趣浓厚。 具有较强的 自学能力， 能够自主查 阅文献，了 解本领域的 发展趋势和 科学前沿， 探索意识较 强，对最新 研究成果的 兴趣较为浓 厚。 具有一定的 自学能力， 能够查阅相 关文献，初 步了解本领 域的发展趋 势和科学前 沿，具有一 定的探索意 识，对最新 研究成果有 一定兴趣。 能够查阅相 关文献，初 步了解本领 域的发展趋 势，探索意 识 较 为 薄 弱，对最新 研究成果有 兴趣。 不能自主查 阅 相 关 文 献，对本领 域的发展趋 势无探索意 识，且兴趣 薄弱。 大纲制定者：宁晓辉 大纲审核者：钱军民 最后修订时间： 2020 年 5 月 20 日