《锂离子电池设计与实践》课程教学初探

王静 时志强 纪秀杰

摘 要：锂离子电池作为一种绿色储能装置，在电动汽车，混合电动汽车等领域得到了广泛应用。在高校中，绿色能源材料相关课程很多，但是仍以课堂教学为主，虽然教学效率较高，但与实际生产相距较远。《锂离子电池设计与实践》以实践为主，采用本院特有的锂离子电池中试示范线作为教学资源，模拟实际工作环境进行教学，以学生动手为中心，培养学生直接胜任工作的能力，为理论知识与生产实践提供桥梁。

关键词：锂离子电池设计与实践;教学方法

《锂离子电池设计与实践》是我院无机非专业新能源方向的基础课程，涉及到化学、材料、化工、环境等专业的理论知识。通过本课程的学习，可以使同学们更深刻地理解和掌握一些基本理论，结合中试设备模拟实际生产加深对过程的理解和设备的使用。作为任课教师我们该如何提高锂离子电池设计与实践课程的教学效果呢？以下谈谈笔者在教学过程中对教学方法及实践设计的体会。

一、课程预习形式的调整

课程的预习是为了加深学生对理论课内容的理解，为学生们做工艺设计和实践打下基础，锻炼学生的自学能力。这些都在培养学生探究能力和创新能力等方面发挥着重要作用，同时还能提高教师授课的效率。然而，大多数同学的预习不充分，尤其是实验部分只是简单的实验原理和过程的抄写，对于实际操作方法和步骤缺乏深入思考。这严重影响了课程的教学效果，不仅无法实现理论与实践的有效关联，也难以达到培养同学们创新能力的目标。这就要求教师进行换位思考，改变课堂教学和实践教学的预习形式。

工艺设计与实践一般都是以5人为一组，采用每次课程随机请同学们在课堂上进行实验讲解，老师的作用转化为设备操作的补充讲解，强化操作要点和注意事项。这样对于预习不充分或者没有的同学有会产生紧迫感，同时，对于讲解的同学而言也是锻炼和展现逻辑思维和表达能力的一次机会。对于预习充分，讲解思路清晰的同学，可以通过最终成绩考核里加分予以鼓励。同样，对于讲解过程中，提出关键问题或者补充的同学，也可以予以加分。这样能够很好的发挥预习的作用，加深同学们对实验的理解，同时对于实验重点和注意事项能够印象深刻。

这一方法，淡化了老师的主导作用，能够更好的启发学生对实验的思考，做到理论知识与独立思考的融会贯通。

二、实践内容及形式的调整

对于无机非金属专业新能源方向的学生而言，实训中心实训或者企业实习大多是参观式学习，能够亲自在中试设备进行操作模拟实际生产的机会十分难得，学生通过前期理论学习拟定正负极材料配方、选择和制定工艺参数，掌握各步骤的目的、原理及相关仪器设备的基本操作方法，从而培养学生的实际操作能力和科学研究能力，为毕业后从事锂离子电池及电化学等相关的行业的工作奠定良好的基础。但是，仪器多为大型设备，无法做到每人做一次，多是小组合作，大大降低了学生的兴趣和主观能动性。

俗话说：兴趣是最好的老师，提高学生兴趣，寓学于乐是提高实验教学成果的最佳方式。在锂离子电池实际生产过程中，正、负极材料的配方设计是依据产品的使用要求而制定的，主要依托理论讲解进行系统的设计原则学习，针对锂离子电池的生产流程则是通用的，包括同行业链中超级电容器等器件的生产步骤基本相似，因此着重对其进行操作实践。锂离子电池生产流程包括：配料混浆、拉浆涂布、裁片、制片、卷绕、激光焊、注液、化成、检测包装等。这一系列关键过程都能够亲自操作，学生初步反应良好。拉浆涂布工艺中，同学们掌握了常用的单面连续涂布、单面间歇涂布和双面间歇涂布三种方式的操作要点，也對不同涂布工艺的特点有了更深层次的了解。由于引起了学生特别是想在毕业后从事行业相关工作的同学们的兴趣，对设备的操作，零件的安装、极片厚度（百分表）的调节、间歇涂布参数设置等因素都进行了认真的思考，提问也比较活跃，实验效果得到了加强。

由此可推测，对于后续卷绕/叠片、激光焊、注液等工艺过程，我们也可以开展开放性实验。针对设备台套数不足这种现象，由于锂离子电池在生活中使用范围很广，如同学们的手机，手表，比基本等使用的是不同形状的锂离子电池，我们通过设计终产品为圆柱型锂离子电池、方型锂离子电池、软包装型锂离子电池等多种尺寸设计来拉近教学与实际生活的距离，进一步提升同学们的参与热情。

在重点和难点部分，使用教学仪器进行现场讲解，加深学生对设备操作的方法和注意事项的记忆，事半功倍。最后由学生亲自操作，在学生自己操作的过程中，再次体会仪器的使用和操作顺序，补充在观摩视频和教师讲解中没有注意的事项，查漏补缺，达到系统全面掌握仪器使用的目的。

以上方法在最大程度上吸引了学生兴趣。通过模拟实际生产，引导学生将理论知识融入到实际生产的思考和学习种，便于不同工艺的特点和要点的区分和记忆。

三、课程成绩的评价

课程包括理论授课和实践操作两部分，因此，对于最终课程的考核标准应于常规的理论或实验课有所区分。针对实践部分的考核比重应增大，教师应对实验操作和实验结果均有评价。实验操作中，每个工艺都有不同的操作要点及注意事项，如注液需要在真空负压条件下进行，注液量与最终额定容量设计有关等，应对应每小组每位同学的操作给出评定;最后的实验结果通过电化学测试来验证同学们在前期工艺配方设计及工艺操作的效果，由于电化学测试较多，一般情况下我们向同学们讲解origin作图软件的使用方法，通过事例数据的反复练习使同学们熟练掌这种作图软件，它能满足大部分本科生的作图需求，帮助同学们节省了以往手动作图的时间，同时提高实验结果的科学性和准确性，有利于科学研究的开展。根据实验作图结果分析实验过程中哪些是有效数据，哪些是无效数据，同时分析无效数据产生的原因，深刻理解实验内容。

锂离子电池生产工艺是新能源方向实验的重点，也是学院为了同学们毕业后步入社会从事相关学科工作和学习进行的技能训练。考核还加入同学们对于锂离子电池从设计到生产的整体性把握，对实验原理、目的、实验方法、实验内容和实验操作过程中的注意事项全新的认识和自己对实验的一个心得体会，实验成败的影响因素分析等等。教师应该结合实验过程中学生的动手能力以及完成情况进行评定，以鼓励同学们继续发扬主观能动性。

四、结束语

为了锂离子电池设计与实践课程的教学效果，针对理论及实践课程的特点，总结了以上教学方法，培养同学们主动探究问题和解决问题的能力，在锂离子电池工艺实践过程中真正实现了“教师为辅，学生为主，寓学于乐”的学习模式，强化了学生创新意识的培养，使同学们形成严谨的科学态度，获得科学合理的实验方法，为社会培养创新型人才奠定基础。