“锂离子电池材料及应用”的课程思政

邓魁荣 刘争 范东华

摘要“锂离子电池材料及应用”作为新能源材料与器件专业的核心课程之一，在“锂离子电池材料及应用”课程教学过程中将课程思政与专业知识有机融合，对于培养学生正确的价值观、人生观、世界观具有重要的意义。本文以课程中的固态电解质这一专业知识点为例，通过将固态电解质研究现状和两位科学家在该领域研究的故事有机结合在一起讲解，向学生传达爱国、社会责任感、追求卓越、突破自我、坚定信念、坚持不懈、敢于创新、积极探索的科学精神。

关键词 锂离子电池 固体电解质 课程思政

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.19.029

Curriculum-based Ideological and Political Education in"Lithium ion Battery Materials and Applications"

——Taking "solid electrolytes" as an example

DENG Kuirong， LIU Zheng， FAN Donghua

（Wuyi University， School of Applied Chemistry and Materials， Jiangmen， Guangdong 529020）

Abstract"Lithium ion battery materials and applications" is one of the core courses of the major of new energy materials and devices. In this course， the integration of ideological and political education with professional knowledge inthe teachingprocessis of greatsignificanceforcultivatingstudents’correctvalues，outlookonlifeandworldoutlook. This paper takes "solid electrolytes" as an example to illustrate the integration of ideological and political education with professional knowledge by combining the progress of solid electrolytes and the story of two scientists in this field to convey to the students scientific spirits of patriotism， social responsibility， the pursuit of excellence， breakthrough self， firm faith， perseverance， dare to innovation and actively exploring.

KeywordsLithium ion battery； solid electrolytes； ideological and political education

1绪论

把课程思政融入课堂教学是对学生开展思想政治教育的有效途径之一。立足本专业的优势，找准专业知识与课程思政的结合点，发掘专业课程相关的思政资源，对于促进课程思政的教育理念融入课程教学具有非常重要的意义。避免专业知识教育与思想政治教育相互隔绝的孤岛效应，推动专业知识教育与思想政治教育有机融合、相得益彰，是课堂思政工作的重要任务之一。作为新能源材料与器件专业的核心课程，“锂离子电池材料及应用”与本专业的其他课程有密切联系，因此，将该课程与思想政治教育相结合，不仅可以向学生传达爱国、社会责任感、追求卓越、突破自我、坚定信念、坚持不懈、敢于创新、积极探索的科学精神，还可以培养学生的专业认同感，学好专业知识，将自己的专业发展与国家社会的发展紧密结合在一起。本文以固态电解质这一部分内容为例，论述如何在课程教学中将思政教育与专业知识有机融合。

2课程讲解及课程思政

2.1理论教学与课程思政

2.1.1背景知识

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电小和无记忆效应等优势，已广泛应用于智能移动设备、新能源汽车和电网储能等领域。随着电动汽车和智能移动设备的快速发展，对锂离子电池的能量密度和安全性要求越来越高，目前锂离子电池的能量密度和安全性能还有待提高。由锂离子电池造成的安全事故层出不穷，如三星note7手机爆炸、特斯拉汽车自燃、蔚来汽车自燃等。这些锂离子电池的安全问题使科学家们更加关注锂离子电池的安全性能，开发高安全性的锂离子电池。电解质是锂离子电池的重要组分，它的作用是在正极和负极之间传导锂离子，它对电池倍率性能、循环寿命、安全性等有重要影响。理想的电解质要具备高离子电导率、高锂离子迁移数、宽电化学窗口、高机械强度、高安全性等特性。传统的锂离子电池使用的是液体电解质，它通常由碳酸酯類溶剂与锂盐组成。而这些碳酸酯类溶剂具有易燃、易爆、易泄露等缺点。在锂离子电池的热失控过程中，液体电解质参与了热失控的大部分反应，并且液体电解质的燃烧最终导致了热失控的发生，因此液体电解质的使用带来了很大的安全隐患。锂枝晶的生长也是液体电解质的安全隐患之一。为了从根本上提高锂离子电池的安全性能，可用不会燃烧爆炸、安全性高、稳定性好、能够抑制锂枝晶的固态电解质来替换液态电解质。固态电解质能抑制锂枝晶的生长，可与锂金属负极搭配使用。金属锂的理论比容量（3860 mAh g-1）是石墨负极的比容量的十倍，使用金属锂作为负极能够大大提高电池的能量密度。将固态电解质与锂金属负极和高比容量正极匹配能够组成能量密度更高和安全性更好的全固态锂电池。使用固态电解质组装全固态锂电池能够从根本上解决锂离子电池的安全性问题，从而推动锂离子电池在电动汽车、智能设备、国防武器等领域的应用，加快这些领域的发展。固态电解质的是从20世纪70年代开始的，研究历史已经有几十年了，但是固态电解质和全固态锂电池还存在一些问题，直到现在还没有能够实现大规模商业化应用。

引入课程思政：开发高性能固态电解质以及全固态锂电池是现在的研究热点，全世界很多的科学家都在为这个领域奉献自己的力量。锂电池之父Goodenough在这个领域开启了新的征途。Goodenough作为锂电池之父，他30岁成为物理学博士，54岁开始研究锂电池，58岁开发出安全可用的高电压钴酸锂正极材料，75岁又开发出稳定低成本的磷酸铁锂正极材料，他的研究使锂离子电池能量密度更高、安全性更高、使用寿命更长，从而实现商业化，同时也促进了电子设备便携化进程。因为在锂离子电池研发领域的杰出贡献，Goodenough在2019年获得了诺贝尔化学奖。尽管他现在已经99岁，尽管他已经获得了巨大的成就，他仍然奋战在科研一线，他现在的研究重点是固态电解质以及固态锂电池。Goodenough曾说过：“我的时间都是借来的，因此，我们必须珍惜每一天。我们永远不知道明天会发生什么”。虽然人过90，但他对科研的热爱丝毫不减，每天都兢兢业业，每天都去办公室工作，和大家一起讨论实验进展。他亲自指导学生，哪怕学生问的问题很浅，他也会鼓励学生多思考多问问题，看到学生有收获，他就会很开心。Goodenough在固体电解质领域已经取得很多的研究成果，最近他在聚氧化乙烯基复合电解质中引入Mg（CIO4）2作为添加剂来增加其离子导电性，并协助在Li/聚合物界面构建传导锂离子的SEI膜，该电解质的离子电导率达到了2.15×10-4S cm-1，并且能够有效抑制锂枝晶，用该固态电解质组装的全固态LiFePO4/Li和NCM811/Li电池具有良好的循环稳定性。

Goodenough之所以能够取得杰出成就，为社会做出重大贡献，与他身上的精神有很大关系：（1）持之以恒，勤勤恳恳，几十年如一日地奋斗在科研一线，年过九旬仍然奋斗在科研一线，机会是留给有准备的人，只有坚持才能获得成功；（2）有社会责任感，奉献精神，Goodenough研究的最终目的是为了解决能源危机，造福人类社会，社会责任感和奉献精神是他潜心研究的源源不断的动力来源。（3）追求卓越，突破自我，虽然Goodenough已经取得了很大成就，但是他不自满，不断开发新的材料，年过九旬仍然想在固态锂电池领域贡献自己的力量。

通过介绍这一伟大科学家的成功事例，将课堂教学与课程思政紧密结合在一起，当代大学生应该学习伟大科学家的科学精神，脚踏实地、埋头苦干，持之以恒，刻苦学习专业理论知识，用知识和实践不断武装自己，坚定目标，以崇高的历史责任感和使命感坚定自己的理想和信念，勇于创新、与时俱进，为实现中华民族的伟大复兴努力奋斗。

2.1.2固态电解质的发展现状

固态电解质可以分为聚合物电解质和无机陶瓷电解质两大类。固态聚合物电解质通常是由小分子锂盐溶解于聚合物基体，形成一个固溶体，锂离子主要依靠链段运动进行传导。研究最多的是基于聚氧化乙烯（PEO）的聚合物电解质。固态聚合物电解质中不含有任何有机溶剂，避免了易挥发、易燃、易爆的问题，并且能够抑制锂枝晶，从而提高电池的安全性和循环稳定性。聚合物电解质的柔韧性好，界面阻抗比无机固态电解质小，形状和尺寸的可塑性强，可用于制备各种形状的电池和柔性电池。然而，单纯由聚合物和锂盐组成的全固态聚合物电解质室温离子电导率较低（10-7-10-5S cm-1），难以达到实际应用要求（> 10-4S cm-1）。

无机陶瓷电解质主要分为无机氧化物电解质和无机硫化物电解质两大类。氧化物电解质拥有较高的离子电导率和较宽的电化学窗口。Goodenough等报道的Li7-xLa3Zr2-xTaxO12（LLZTO）的室温离子电导率最高达到了1.0×10-3Scm-1。李泓等制备了相对密度高达99.6%的片状Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12（LLZTO），其室温离子电导率达到了1.6×10-3Scm-1。部分硫化物电解质如Li10MP2S12、70Li2S-30P2S5和Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3的室温离子电导率达到了10-2Scm-1级别。但是这些电解质的化学稳定性普遍较差，对水、氧敏感，对金属锂不稳定。无机陶瓷电解质质脆且硬，难以与电极材料达到良好的界面接触，由此产生巨大的界面阻抗，不利于锂离子在界面处的传输。

引入课程思政：固态电解质面临的最大挑战是其离子电导率较低，导致电池性能较差。当前固态电解质的研究主要关注点是提高离子电导率和界面稳定性。中国科学院青岛生物能源与过程研究所的崔光磊研究员以“爱国、创新、求实、奉献、协同、育人”的新时代科学家精神为指引，积极响应国家深海装备的战略需求，发挥党员的先锋模范作用，深耕固态电解质关键技术。在长达11年科研攻关过程中，他先后首创了“刚柔并济”聚合物复合固态电解质，原位固态化界面融合技术，低温熔盐原位固化技术等技术，有效提高了固态电解质的性能，开发出具有自主知识产权的高能量密度、高安全性、高耐深海压、长循环寿命的固态锂电池及深海特种电源系统。崔光磊带领团队努力攻关，现在已经开发出能量密度达到526Wh/kg的固态锂金属电池。自2015年至今，崔光磊团队累计为各类深海科考用户提供了68批次固态锂电池电源系统，该全海深电源系统实现了零故障应用，为我国深海的事业发展提供了安全、可靠的特种电源保障。

崔光磊积极响应国家深海装备的重大战略需求，将国家需求与自己的科学研究紧密结合，坚定信念、坚持不懈、敢于创新、积极探索、全身心地投入科研事业，深耕固态电池关键技术、聚焦深海特种电源系统，最终取得了巨大成就，有力地推动了我国深海事业、新能源领域的发展，对于我国在这些领域保持领先优势，在电动车领域实现弯道超车具有重要意义。作为新时代的大学生要学习科学家这种爱国、将国家发展与自身发展紧密结合在一起，坚定信念、坚持不懈、敢于创新、积极探索的科学精神，养成追求卓越的高尚品格，掌握好专业知识，激发自己的潜力，争取早日为国家和社会的发展做出贡献。

3结论

本文以“锂离子电池材料及应用”课程中的固态电解质这一知识点为例对该课程中的课程思政进行案例分析。在介绍固态电解质的研究背景知识过程中融入Goodenough在该领域的研究历程，向学生传达坚持不懈、社會责任感、奉献精神、追求卓越，突破自我的精神。在固态电解质的研究现状部分融入崔光磊研究员在该领域的贡献，培养学生爱国、将国家发展与自身发展紧密结合在一起，坚定信念、坚持不懈、敢于创新、积极探索的精神，掌握好专业知识，激发自己的潜力，争取早日为国家和社会的发展做出贡献。

基金项目：广东省高等教育教学改革项目（GDJX2019006，GDJX2018003）、五邑大学教学质量与教学改革工程项目（JX2019056）、五邑大学高层次人才科研启动项目（2019AL017）

参考文献

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