《鋰離子電池設計與實踐》課程教學初探

王靜 時志強 紀秀杰

摘 要：鋰離子電池作為一種綠色儲能裝置，在電動汽車，混合電動汽車等領域得到了廣泛應用。在高校中，綠色能源材料相關課程很多，但是仍以課堂教學為主，雖然教學效率較高，但與實際生產相距較遠。《鋰離子電池設計與實踐》以實踐為主，采用本院特有的鋰離子電池中試示范線作為教學資源，模擬實際工作環境進行教學，以學生動手為中心，培養學生直接勝任工作的能力，為理論知識與生產實踐提供橋梁。

關鍵詞：鋰離子電池設計與實踐;教學方法

《鋰離子電池設計與實踐》是我院無機非專業新能源方向的基礎課程，涉及到化學、材料、化工、環境等專業的理論知識。通過本課程的學習，可以使同學們更深刻地理解和掌握一些基本理論，結合中試設備模擬實際生產加深對過程的理解和設備的使用。作為任課教師我們該如何提高鋰離子電池設計與實踐課程的教學效果呢？以下談談筆者在教學過程中對教學方法及實踐設計的體會。

一、課程預習形式的調整

課程的預習是為了加深學生對理論課內容的理解，為學生們做工藝設計和實踐打下基礎，鍛煉學生的自學能力。這些都在培養學生探究能力和創新能力等方面發揮著重要作用，同時還能提高教師授課的效率。然而，大多數同學的預習不充分，尤其是實驗部分只是簡單的實驗原理和過程的抄寫，對于實際操作方法和步驟缺乏深入思考。這嚴重影響了課程的教學效果，不僅無法實現理論與實踐的有效關聯，也難以達到培養同學們創新能力的目標。這就要求教師進行換位思考，改變課堂教學和實踐教學的預習形式。

工藝設計與實踐一般都是以5人為一組，采用每次課程隨機請同學們在課堂上進行實驗講解，老師的作用轉化為設備操作的補充講解，強化操作要點和注意事項。這樣對于預習不充分或者沒有的同學有會產生緊迫感，同時，對于講解的同學而言也是鍛煉和展現邏輯思維和表達能力的一次機會。對于預習充分，講解思路清晰的同學，可以通過最終成績考核里加分予以鼓勵。同樣，對于講解過程中，提出關鍵問題或者補充的同學，也可以予以加分。這樣能夠很好的發揮預習的作用，加深同學們對實驗的理解，同時對于實驗重點和注意事項能夠印象深刻。

這一方法，淡化了老師的主導作用，能夠更好的啟發學生對實驗的思考，做到理論知識與獨立思考的融會貫通。

二、實踐內容及形式的調整

對于無機非金屬專業新能源方向的學生而言，實訓中心實訓或者企業實習大多是參觀式學習，能夠親自在中試設備進行操作模擬實際生產的機會十分難得，學生通過前期理論學習擬定正負極材料配方、選擇和制定工藝參數，掌握各步驟的目的、原理及相關儀器設備的基本操作方法，從而培養學生的實際操作能力和科學研究能力，為畢業后從事鋰離子電池及電化學等相關的行業的工作奠定良好的基礎。但是，儀器多為大型設備，無法做到每人做一次，多是小組合作，大大降低了學生的興趣和主觀能動性。

俗話說：興趣是最好的老師，提高學生興趣，寓學于樂是提高實驗教學成果的最佳方式。在鋰離子電池實際生產過程中，正、負極材料的配方設計是依據產品的使用要求而制定的，主要依托理論講解進行系統的設計原則學習，針對鋰離子電池的生產流程則是通用的，包括同行業鏈中超級電容器等器件的生產步驟基本相似，因此著重對其進行操作實踐。鋰離子電池生產流程包括：配料混漿、拉漿涂布、裁片、制片、卷繞、激光焊、注液、化成、檢測包裝等。這一系列關鍵過程都能夠親自操作，學生初步反應良好。拉漿涂布工藝中，同學們掌握了常用的單面連續涂布、單面間歇涂布和雙面間歇涂布三種方式的操作要點，也對不同涂布工藝的特點有了更深層次的了解。由于引起了學生特別是想在畢業后從事行業相關工作的同學們的興趣，對設備的操作，零件的安裝、極片厚度（百分表）的調節、間歇涂布參數設置等因素都進行了認真的思考，提問也比較活躍，實驗效果得到了加強。

由此可推測，對于后續卷繞/疊片、激光焊、注液等工藝過程，我們也可以開展開放性實驗。針對設備臺套數不足這種現象，由于鋰離子電池在生活中使用范圍很廣，如同學們的手機，手表，比基本等使用的是不同形狀的鋰離子電池，我們通過設計終產品為圓柱型鋰離子電池、方型鋰離子電池、軟包裝型鋰離子電池等多種尺寸設計來拉近教學與實際生活的距離，進一步提升同學們的參與熱情。

在重點和難點部分，使用教學儀器進行現場講解，加深學生對設備操作的方法和注意事項的記憶，事半功倍。最后由學生親自操作，在學生自己操作的過程中，再次體會儀器的使用和操作順序，補充在觀摩視頻和教師講解中沒有注意的事項，查漏補缺，達到系統全面掌握儀器使用的目的。

以上方法在最大程度上吸引了學生興趣。通過模擬實際生產，引導學生將理論知識融入到實際生產的思考和學習種，便于不同工藝的特點和要點的區分和記憶。

三、課程成績的評價

課程包括理論授課和實踐操作兩部分，因此，對于最終課程的考核標準應于常規的理論或實驗課有所區分。針對實踐部分的考核比重應增大，教師應對實驗操作和實驗結果均有評價。實驗操作中，每個工藝都有不同的操作要點及注意事項，如注液需要在真空負壓條件下進行，注液量與最終額定容量設計有關等，應對應每小組每位同學的操作給出評定;最后的實驗結果通過電化學測試來驗證同學們在前期工藝配方設計及工藝操作的效果，由于電化學測試較多，一般情況下我們向同學們講解origin作圖軟件的使用方法，通過事例數據的反復練習使同學們熟練掌這種作圖軟件，它能滿足大部分本科生的作圖需求，幫助同學們節省了以往手動作圖的時間，同時提高實驗結果的科學性和準確性，有利于科學研究的開展。根據實驗作圖結果分析實驗過程中哪些是有效數據，哪些是無效數據，同時分析無效數據產生的原因，深刻理解實驗內容。

鋰離子電池生產工藝是新能源方向實驗的重點，也是學院為了同學們畢業后步入社會從事相關學科工作和學習進行的技能訓練。考核還加入同學們對于鋰離子電池從設計到生產的整體性把握，對實驗原理、目的、實驗方法、實驗內容和實驗操作過程中的注意事項全新的認識和自己對實驗的一個心得體會，實驗成敗的影響因素分析等等。教師應該結合實驗過程中學生的動手能力以及完成情況進行評定，以鼓勵同學們繼續發揚主觀能動性。

四、結束語

為了鋰離子電池設計與實踐課程的教學效果，針對理論及實踐課程的特點，總結了以上教學方法，培養同學們主動探究問題和解決問題的能力，在鋰離子電池工藝實踐過程中真正實現了“教師為輔，學生為主，寓學于樂”的學習模式，強化了學生創新意識的培養，使同學們形成嚴謹的科學態度，獲得科學合理的實驗方法，為社會培養創新型人才奠定基礎。