先进电池材料
课程编码：280223070301P2008
英文名称：Advanced Battery Materials
课时：40
学分：2.00
课程属性：专业核心课
主讲教师：容晓晖等
教学目的要求
本课程是面向化学、物理、材料及交叉专业硕士和博士研究生学开设的专业普及课程。通过课程学习，理解电池内部电荷存储与输运的物理化学和固态离子学基础原理，熟悉不同电池体系内电化学储能反应的特点，以及满足电池储能应用需要的纳米材料设计原则和表界面稳定策略，了解本学科与能源、材料、化工、物理、光电等领域学科交叉的特点，掌握先进电池及材料领域内的研究前沿。
预修课程
物理化学、电化学或相关课程
大纲内容
第一章 电化学储能系统导论 5学时 朱贺
第1节 世界能源经济和结构变化
第2节 能量转化与能量存储
第3节 能量守恒定律
第4节 能量存储技术简介
第二章 电池内部的电荷存储、输运及其相关效应 5学时 朱贺
第1节 卡诺热机（Carnot Engine）
第2节 能量是如何在电池中存储和释放的？
第3节 电化学反应基本规则：电荷守恒
第4节 电化学反应基本规则：法拉第定律
第5节 能斯特方程（Nernst Equation）
第6节 电极及其分类
第7节 电极电位
第8节 电解质（Electrolyte）
第9节 一次电池中的能量存储
第10节 二次电池中的能量存储
第三章 锂离子电池用关键材料及设计原则 5学时 朱贺
第1节 能量的产生、存储和利用
第2节 储能电池技术的发展
第3节 锂离子电池技术的发明史
第4节 电化学储能的应用
第5节 应用导向的锂离子电池分类
第6节 锂电池关键部件占比
第7节 锂电池制造（实验室&工业）
第8节 锂离子电池正极材料
第9节 锂离子电池负极材料
第10节 电解质
第四章 锂金属电池用关键材料及设计原则 5学时 朱贺
第1节 锂金属电池技术简介
第2节 金属锂负极面临的挑战
第3节 金属锂负极稳定化策略
第4节 锂-硫（硒）电池：电化学、挑战及性能提升策略
第5节 锂-氧电池：电化学、挑战及性能提升策略
第五章 固态电池用关键材料及设计原则 5学时 朱贺
第1节 从液态到固态，提升电池能量密度和安全性
第2节 锂金属电池固态化的挑战
第3节 锂金属负极与固态金属锂电池
第4节 聚合物固体电解质体系的挑战与策略
第5节 无机固体电解质体系的挑战与策略
第6节 有机/无机复合固体电解质体系
第7节 固体电解质界面问题
第8节 固态电池中正、负极侧的界面问题
第9节 纳米复合结构金属锂负极整体设计
第六章 钠电池用关键材料及设计原则 5学时 容晓晖
第1节 新型能源结构与需求
第2节 钠离子电池技术及优势
第3节 钠离子电池的储能需求与应用场景
第4节 钠离子电池的关键部件与关键材料
第5节 钠离子全电池构型及研究现状
第6节 钠离子电池产品应用与产业化布局
第七章 其他电池关键部件 5学时 容晓晖
第1节 集流体（Current Collector）
第2节 粘结剂（Binder）
第3节 隔膜材料（Separator）
第4节 导电添加剂（Conductive Additives）
第八章 二次电池研究的新方向 5学时 容晓晖
第1节 双碳目标（碳达峰、碳中和）
第2节 适应双碳目标的新能源汽车行业发展要求
第3节 新能源汽车行业快速发展与动力电池退役
第4节 锂离子电池回收技术
教材信息
1、
Nanostructures and Nanomaterials for Batteries: Principles and Applications
Yu-Guo Guo
2019年
Springer Nature
2、
锂离子电池原理与关键技术
黄可龙，王兆祥，刘素琴
2008年2月
化学工业出版社
3、
电极过程动力学导论（第三版）
查全性等
2002年6月
科学出版社
4、
锂离子电池电解质
郑洪河等
2007年1月
化学工业出版社
参考书
1、
《物理化学》（南大第五版）
傅献彩等
2011年
高等教育出版社
2、
《电化学方法原理和应用》
[美] 巴德（Bard A. J.）、福克纳（Faulkner L. R.）著，邵元华等译
2005年
化学工业出版社
3、
Linden’s Handbook of Batteries
T. B. Reddy
2010年
McGraw-Hill Education
课程教师信息
容晓晖，男，1990年11月生。2009年加入中国共产党，2014年在郑州大学物理工程学院获得学士学位，2019年在中国科学院物理研究所获得博士学位（导师胡勇胜研究员）。2019年至2022年在中国科学院物理研究所清洁能源实验室从事博士后研究（合作导师胡勇胜研究员）。2022年5月至今担任中国科学院物理研究所特聘研究员，博士生导师，长三角研究部科学家工作室主任，钠离子电池公共技术平台副主任，党支部书记。
以第一/通讯作者在Nature Energy、Nature Sustainability、Joule、Nature Communications、Journal of the American Chemical Society、Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、ACS Energy Letters、Energy Storage Materials等国际重要学术期刊上发表论文30余篇，申请发明专利22项（授权5项），《钠离子电池科学与技术》第二章主要撰写者，撰写原创科普文章50余篇。
目前担任Angewandte Chemie、ACS Energy Letters、Advanced Energy Materials、eScience、Renewables、Applied Surface Science、Journal of The Electrochemical Society、Rare Metals、Solid State Ionics等期刊的审稿人，Materials Futures、eScience、Nano-Micro Letters、Carbon Energy、Journal of Materials Science & Technology、Renewables、Nano Research Energy、Exploration、Nano Materials Science期刊青年编委，国家自然科学基金评议专家，中国化工学会专业会员，中国科协“青年人才托举工程”入选者，获北京市自然科学一等奖。
朱贺，南京理工大学材料学院教授，博士生导师，国家级海外高层次青年人才入选者、江苏特聘教授，南京理工大学“青年拔尖选聘人才”长期从事锂/钠离子电池，亚稳态无序合金催化剂、同步辐射和中子技术等研究。在学生培养和教学方面有丰富的经验