微项目 改进手机电池中的离子导体材料——有机合成在新型材料研发中的应用 课件(共25张PPT) 2023-2024学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修3

(课件网) 改进手机电池中的离子导体材料———有机合成在新型材料研发中的应用 1.通过设计手机新型电池中的离子导体材料，将研究材料性能问题转化为研究有机化合物的性质问题，聚焦有机化合物的功能基团，设计高分子化合物的分子结构，建立从化学视角分析、解决材料问题的思路和方法； 2.合理应用逆推法和正推法设计有机材料的合成路线，并通过合成路线的选择和评价活动，体会官能团保护、“绿色化学”等思想。 锂离子电池因其工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无污染、循环寿命长等优点，成为目前市场上手机电池的首选。 如何对离子导体材料进行优化和改进呢？ 但传统锂离子电池中所用的离子导体多为液态，易发生泄露、爆炸等危险，安全性低。 项目活动 1 设计手机新型电池中离子导体材料的结构 离子导体由锂盐掺杂在液态的有机溶剂中形成。 探究 探究 1.为使锂离子电池正常工作，同时避免有机溶剂为液态时带来的安全隐患，理想的离子导体材料中的有机溶剂应该具备哪些基本性能？ 溶解并传导锂离子 性能稳定且为固态 探究 探究 2.结合资料信息，讨论满足上述性能要求的有机溶剂的结构特点，写出满足上述性能要求的有机化合物的结构简式，并交流讨论。 资料1: 传统锂离子电池中一般使用LiClO4、LiPF6、LiBF4等锂盐作为电解质，酯类对其有较好的溶解性。依据溶解性的要求，通常使用碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯(BC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)中的一种或几种含酯基的混合物作为有机溶剂。 醚键的化学和电化学性质稳定，能通过醚氧原子与Li+之间不断地结合、分离而实现离子传导。如分子中有－CH2CH2O－、－CH2CH2OCH2CH2O－、 －CH2CH2OCH2CH2OCH2CH2O－等醚键结构单元的有机化合物，对锂盐均能起到良好的离子导体的作用。 资料2: 探究 探究 2.结合资料信息，讨论满足上述性能要求的有机溶剂的结构特点，写出满足上述性能要求的有机化合物的结构简式，并交流讨论。 溶解并传导锂离子 性能稳定且为固态 酯基的存在能提高有机溶剂对锂盐的溶解性。 醚键的存在对锂离子传导具有良好的效果。 具有交联结构的高分子 新型的有机溶剂应该是一种结构单元中有酯基、醚键的高分子。 我国科学家提出以二缩三乙二醇二丙烯酸酯与丙烯酸丁酯的共聚物做有机溶剂的基体，通过与锂盐复合可以形成良好的聚合物离子导体材料，将固态新型聚合物锂离子电池的发展向前推进了一步。 项目活动 2 合成离子导体材料中有机溶剂的单体 二缩三乙二醇二丙烯酸酯和丙烯酸丁酯单体是如何获得的呢？ 请以乙烯或丙烯为基础原料（其他无机试剂任选），设计二缩三乙二醇二丙烯酸酯或丙烯酸丁酯的合成路线，画出流程图。 资料3: 本项目活动中可能用到的一些有机化学反应： 骨架拆分 HO—CH2—CH2—CH2—CH3 HO—CH2—CH2—OH CH2 CH—C—OH O CH2 CH—C—OH O 中间体乙二醇的合成路线 CH2 CH2 Br2 CH2—OH CH2—OH CH2—Br CH2—Br NaOH/H2O △ 中间体丁醇的合成路线 CH3CH2CH2CH2OH CH2 CH2 增长碳链 转化官能团 CH2 CH—CH3 中间体丁醇的合成路线 CH3CH2CH2CH2OH CH2 CH2 资料3: 本项目活动中可能用到的一些有机化学反应： 催化剂/H2O △ CH3CH2OH Cu/O2 △ CH3CHO CH3CHO 稀碱 CH3CH＝CHCHO H2 Ni/△ 中间体丁醇的合成路线 资料3: 本项目活动中可能用到的一些有机化学反应： CH2 CH—CH3 CH3CH2CH2CH2OH H2 Ni/△ CH3CH2CH2CHO CO/H2 钴或铑 中间体丙烯酸的合成路线 资料3: 本项目活动中可能用到的一些有机化学反应： CH2 CH—C—OH O CH2 CH—CN CH2 CH2 CH≡CH CH2 CH—X OH CH3CH—CN CH3CHO CH2 CH2 催化剂/H2O △ CH3CH2OH Cu/O2 △ CH3CHO HCN 催化剂 ... ...