基于OBE教育理念的材料专业教学改革——以锂离子电池原理与关键技术课程为例

在高校各大专业积极参与国家工程专业教育认证的前提下,以新能源材料与器件专业课程锂离子电池原理与关键技术为例,充分贯彻以学生为中心和以成果为导向的教学理念,通过课堂教学模式、授课方式及手段、课程形式、案例分析和个人实践等多方面,提高大学生深度学习能力、自我学习能力、个人创造力和多学科交叉融合创新能力,并以此为媒介大力培养学生的爱国主义情怀,积极鼓励大学生投身于建成社会主义现代化强国的伟大事业。

《锂离子电池原理与关键技术》

本书是《化学电源技术丛书》的一个分册。书中介绍了锂元素的物理化学性质,锂离子电池的基本概念与组装技术,正极材料的微观组成与电化学性能,负极材料、电解液、电极材料的研究方法以及锂离子电池的应用与展望。本书汇集了国内外研究者的最新科技成果与相关技术,体现了锂离子电池当今发展和研究的趋势,是化学、物理、材料等学科的基础理论研究与应用技术的前沿集成反映。

《锂离子电池原理与关键技术》

本书是《化学电源技术丛书》的一个分册。书中介绍了锂元素的物理化学性质，锂离子电池的基本概念与组装技术，正极材料的微观组成与电化学性能。负极材料、电解液、电极材料的研究方法以及锂离子电池的应用与展望。本书汇集了国内外研究者的最新科技成果与相关技术，体现了锂离子电池当今发展和研究的趋势，是化学、物理、材料等学科的基础理论研究与应用技术的前沿集成反映。

《锂离子电池原理与关键技术》

本书是《化学电源技术丛书》的一个分册。书中介绍了锂元素的物理化学性质,锂离子电池的基本概念与组装技术,正极材料的微观组成与电化学性能,负极材料、电解液、电极材料的研究方法以及锂离子电池的应用与展望。本书汇集了国内外研究者的最新科技成果与相关技术,体现了锂离子电池当今发展和研究的趋势,是化学、物理、材料等学科的基础理论研究与应用技术的前沿集成反映。

《锂离子电池原理与关键技术》

本书是《化学电源技术丛书》的一个分册。书中介绍了锂元素的物理化学性质,锂离子电池的基本概念与组装技术,正极材料的微观组成与电化学性能,负极材料、电解液、电极材料的研究方法以及锂离子电池的应用与展望。本书汇集了国内外研究者的最新科技成果与相关技术,体现了锂离子电池当今发展和研究的趋势,是化学、物理、材料等学科的基础理论研究与应用技术的前沿集成反映。

VS_(2)作为锂离子电池负极材料的第一性原理研究

随着对锂离子电池(LIBs)性能要求的提高,研究开发锂离子电池的新型电极尤显重要.本文采用第一性原理计算研究二硫化钒(VS_(2))作为锂离子电池负极材料的可能性.计算结果表明:VS_(2)具有金属性,费米能级附近的态密度主要来源于钒的3d轨道及硫的3p轨道;Li在VS_(2)单层中优先吸附钒(V)的顶位,Li在VS_(2)表面具有非常好的扩散性,扩散势垒仅为0.20 eV,低于石墨烯,表明Li能够较快地迁移,有利于LIB快速充电-放电过程;VS_(2)机械性能良好,杨氏模量为96.82 N/m,且吸附Li后的杨氏模量与泊松比都未减小,表明VS_(2)在吸附Li以及Li离子扩散迁移过程中,刚性并不会降低;并且计算得到VS_(2)的电池容量(466 mAh/g)比石墨烯更高.研究表明VS_(2)具有出色的导电性能和优异的机械刚性及较高的理论容量,是一种非常有前景的锂离子电池负极材料.

新能源汽车锂离子动力电池系统关键技术研究

近年来,我国新能源汽车产业迅猛发展,已成为全球最大、最领先的新能源汽车大国,新能源汽车的保有量占全球55%。随之而来的,我国新能源汽车动力电池系统的研究和开发也得到了长足的进步,但仍然存在不少的发展瓶颈及难题。如何提高动力电池系统的续航能力及安全性能,消除各种安全隐患,提升新能源汽车产品的竞争力,已经成为动力电池系统必须解决的关键技术问题。目前,绝大多数涉及锂离子动力电池系统的书籍都是介绍或阐述电池的材料、机理及本体特性等,却很少涉及到新能源汽车的动力电池系统应用技术,编撰一本有关新能源汽车动力电池系统应用技术的书籍极具理论与现实价值。

分析纯电动汽车锂离子电池管理系统关键技术

本文对锂电池基本结构、主要特性实行分析,对电池管理系统情况加以研究,然后对纯电动汽车锂离子电池管理系统关键技术进行刍议,旨在合理运用纯电动汽车锂离子电池管理系统关键技术,延长锂离子电池管理系统、乃至电动汽车的寿命。

全自动锂离子动力电池卷绕机关键技术研究

大容量动力蓄电池逐渐成为动力电源的主体,但锂电池生产装备仍是制约国内当前锂电池产业发展的一个重要瓶颈。针对上述问题,对全自动锂离子动力电池卷绕机的关键技术展开研究,主要包括一体化控制技术、卷绕变形控制技术和卷绕精度在线检测技术,解决自动恒张力卷绕、在线纠偏等关键难题。综合采用运动控制、伺服驱动、传感器、计算机技术等多种学科和技术,属集成创新,关键技术指标卷绕最终对齐度达到了1.0 mm,达到国际先进水平。

基于缺陷型CrSO锂离子电池阳极材料的模拟研究

采用第一性原理的研究方法,对含有缺陷的Janus型CrSO材料的锂离子电池性能进行了系统地研究.研究结果表明,在缺陷型的CrSO材料中,O替换S的缺陷类型(CrSO-O_(S))是最稳定的;在CrSO-O_(S)材料中,锂表现出了较强的稳定性,预示着CrSO-O_(S)材料可能具有较高的理论容量;通过对多锂吸附过程进行模拟,预测出CrSO-O_(S)材料的理论容量为1576 mAh/g,开路电压呈有利趋势变化;通过过渡态搜索,预测出Li在CrSO-O_(S)表面的扩散能垒为0.18 eV,相较于商业化的石墨烯低得多,其较低的扩散能垒表明其具有良好的离子传输特性;此外,根据电子结构计算结果可以看出,CrSO-O_(S)单层材料的带隙为0.04 eV,吸附Li后CrSO-O_(S)由半导体转变为金属,表现出良好的导电特性.综合以上结果可以看出,CrSO-O_(S)材料有望成为潜在的锂离子电池阳极材料,研究结果可以为后续相关实验提供理论依据.

锂/钠混合离子电池正极材料Na_(2)FePO_(4)F/C的第一性原理研究

将锂/钠混合离子电池正极材料Na_(2)FePO_(4)F/C作为研究对象,建立Na_(2)FePO_(4)F、NaFePO_(4)F、NaLiFePO_(4)F、Na_(2)FePO_(4)F/C、NaFePO_(4)F/C、NaLiFePO_(4)F/C的结构模型,并依据第一性原理密度泛函理论,分析了这六种材料的能带、态密度、键长变化以及形成能.研究结果显示,相比于单一的Na_(2)FePO_(4)F,石墨烯包覆的Na_(2)FePO_(4)F的金属特性更良好,电子传输性质更优异,同时具有更加稳定的结构,这表明在电池长时间循环过程中,Na_(2)FePO_(4)F/C晶体结构不容易发生坍塌,容量衰减率更小,这为碳包覆改性制备复合正极材料提供了理论依据.

长寿命动力锂离子电池关键技术研究

作为未来很长时间内汽车行业的发展方向,新能源汽车在最近几年得到了飞速发展,动力电池是新能源汽车的动力源泉,而在对动力电力进行研究的过程中,长寿命动力锂离子电池是研究的重点。本文从我国动力锂离子电池的研究现状出发,就其关键技术进行了分析和讨论,希望能够为长寿命动力锂离子电池的研究提供一些参考。

二维NbSi_(2)N_(4)作为锂离子电池负极的第一性原理计算研究

二维材料作为二次电池电极材料一直是新能源材料领域的研究热点。本文利用第一性原理计算方法,计算并预测了二维材料NbSi_(2)N_(4)可以作为锂离子电池负极材料。该材料具有储锂容量高、吸附锂离子前后导电性好、迁移势垒低、相应半电池平均开路电压低以及嵌锂过程中晶格变化小等优点。这些预测的数据表明NbSi_(2)N_(4)具有良好的倍率性能、高工作电压和优异的循环性能,是一种非常有前景的锂离子电池负极材料。

“锂离子电池原理与技术”的课程思政探索——以“锂离子电池概述”为例

“锂离子电池原理与技术”是新能源材料与器件专业的核心课程,在锂离子电池原理与技术课程中进行课程思政,对于培养培养学生正确的价值观、人生观、世界观具有重要的意义。本文结合锂离子电池原理与技术的课程特点,通过认真分析研究锂离子电池概述部分课程内容,将思想政治教育和课程教学有机融合,通过给学生引出我国首位锂电池材料领域的陈立泉院士的故事,树立人生的榜样;了解我国锂离子电池行业的迅猛发展以及近年取得的巨大进展,弘扬民族自强不息的奋斗精神,树立民族自信心和爱国热情;认识到我国锂离子电池领域未来的发展方向和存在的挑战,确定学生未来的奋斗目标。

锂离子电池正极材料的第一性原理

锂离子电池的发展主要依赖于电极材料的突破,解决现有电极材料存在的问题和预测新型未知材料是提高锂离子电池性能的关键,而第一性原理计算的出现能够较好地满足这一需求。本文介绍了第一性原理计算在锂离子电池正极材料研究方面的原理和应用,对该原理在正极材料的平均嵌锂电压计算、嵌/脱锂机理、结构稳定性研究及新材料预测等方面的应用进行了详细论述,并指出了这一理论计算工具在电池材料设计过程中的重要性和局限性。

量子化学原理在锂离子电池研究中的应用

锂离子电池的发展强烈地依赖于相关材料的性能,因此对材料进行理论设计以寻找具有特定性能的材料以及对电池充放电过程中有关现象的理论解释已经成为材料研究的迫切要求.量子化学和现代计算技术的发展,已基本上能满足这一要求.本文综述了近年来量子化学原理在锂离子电池研究中的应用.重点评述了量子化学原理在锂离子电池电极材料平均插锂电压的预测、锂的嵌入-脱嵌机理研究、锂离子电池正极材料晶格畸变的研究以及其它物理化学性质的理论计算中的应用.

锂离子电池聚阴离子型正极材料的第一性原理研究进展

综述了第一性原理在锂离子电池聚阴离子型磷酸盐、硅酸盐和硼酸盐正极材料计算模拟与设计方面的研究进展,详细论述了第一性原理在LiFePO4平均嵌Li电压的理论计算与预测、电子结构与电子传导特性和Li+扩散途径等物理化学性质方面取得的研究成果以及掺杂对LiFePO4物理化学性质的影响。这些研究成果从理论计算方面揭示了锂离子电池涉及的复杂微观机理,为进一步改进锂离子电池的电化学性能提供了理论依据。

锂离子电池负极材料NiSi2嵌锂性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究锂离子电池负极材料NiSi_2的嵌锂路径。首先计算Li嵌入NiSi_2各反应的嵌锂形成能、理论质量比容量和体积膨胀率,然后研究Li_xNi_8Si_4(x=0,1,4)的电子结构,计算其能带结构、态密度和差分电荷密度。研究结果表明:Li嵌入NiSi_2最有可能的3步反应路径为12Li^++12e^-+7NiSi_2→Li_(12)Si_7+7Ni Si,13Li^++13~e-+8NiSi→Li_(13)Si_4+4δ-Ni_2Si和Li^++e^-+δ-Ni_2Si→Li Ni_2Si;Li_xNi_8Si_4呈现出金属特性,Ni-Si之间形成较强的共价键,能够有效缓解嵌锂过程中的体积膨胀,稳定基体骨架,从而提高材料的循环性能。

LiFePO_4锂离子电池电极材料热力学性质的第一性原理研究

采用第一性原理的超软赝势平面波法,结合广义梯度近似(GGA)及PW91算法,计算了锂离子电池正极材料LiFePO4和负极材料Li的电子结构和热力学性质。研究结果表明,经过几何优化与计算后,可得到电极材料LiFePO4最稳定的结构,对应的晶胞参数a=1.0294nm,b=0.5986nm,c=0.4675nm。基于声子谱态密度,可以计算锂离子电池体系的热力学参数:熵(S)、焓(H)和吉布斯自由能(G)等。根据所得热力学数据作图,可拟合出相关函数表达式。其中,正极材料LiFePO4和负极材料Li的熵和焓均随温度升高而增大,而吉布斯自由能随温度升高而减小,这与热力学规律相符合。研究获得了锂离子电池电极材料的微观结构及热力学性质,可为锂离子电池的实际应用提供理论指导。

固体电解质界面层锂合金相的高通量筛选与界面离子输运研究

固体电解质界面层(SEI)对锂离子电池的电化学性能有着重要影响,理想的SEI层应同时具备良好的电子绝缘性、较高的离子电导率,以及一定的界面机械强度来承受锂沉积/剥离行为所伴随的体积变化和抑制锂枝晶形成。构筑LiF基人工SEI层已被证明是保护固态锂离子电池负极界面的有效策略。本工作通过材料数据库挖掘技术、高通量第一性原理计算和从头算分子动力学模拟对若干锂合金进行相图计算、扩散能垒计算,以评估其热力学稳定性和锂离子扩散能力,最终筛选出27种可用于LiF基人工SEI层锂离子导电相的锂合金材料。同时,对若干锂合金的晶体结构-扩散性质进行构效关系分析发现,锂合金晶体结构类型对锂离子扩散能力的影响比其元素组分更加显著,即I43d和Fm3m族群结构的锂合金具备非常优异的锂离子输运性能,而Pm3m和F43m族群结构的锂合金扩散通道狭窄,锂离子输运性能差。此外,本计算工作发现锂离子在LiF晶体中扩散迁移是极其困难的,而在LiF晶界和LiF/LiM合金界面迁移扩散阻力极小,藉此获得人工SEI界面层中锂离子输运的物理图像。