第3章 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 学案）高中化学 鲁科版（2019）选择性必修3

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 课程 标准 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 项目活动（一）　设计手机新型电池中离子导体材料的结构 1.锂离子电池的工作原理及有机溶剂的作用 由上图所示某种锂离子电池的工作原理可知： 电池组成 工作原理 有机溶剂的作用 负极材料：石墨 正极材料：过渡金属氧化物 离子导体：溶解有锂盐的有机溶剂 放电时：Li＋从负极移向正极 充电时：Li＋从正极移向负极 溶解锂盐，起到传导锂离子的作用 [资料卡片] 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，其在酯类溶剂中有较好的溶解性。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。 资料2 醚键的化学和电化学性质稳定，它能通过醚氧原子与锂离子之间不断地结合、分离而实现离子传导。例如，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。 【交流讨论】 　为使锂离子电池正常工作，同时避免有机溶剂为液态时所带来的安全隐患，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？ 2.设计离子导体中有机溶剂的结构 （1）设计离子导体中新型的有机溶剂的思路 理想的离子 导体材料中 的有机溶剂新型的有机溶剂是结构单元中有酯基、醚键的高分子 （2）科学家对离子导体中有机溶剂合成的设计 1.诺贝尔化学奖曾授予在锂离子电池研发领域作出贡献的三位科学家。下列对于锂离子电池所用材料分类不正确的是（　　） 选项 A B C D 材料 正极 （LiCoO2） 负极（C） 电解液（碳 酸丙烯酯） 隔膜（聚 烯烃） 分类 无机物 有机物 酯类 合成高分子 2.碳酸乙烯酯（）广泛用作电池电解质、酯类合成的中间体。一种由CH2CH2、CO2及O2为原料，在铁、铜及碘化物催化下制备碳酸乙烯酯的反应为CH2CH2＋O2＋CO2。下列说法不正确的是（　　） A.碳酸乙烯酯是一种有机溶剂，可以溶解无机化合物 B.碳酸乙烯酯只含酯基这一种官能团 C.碳酸乙烯酯是一种离子导体 D.该碳酸乙烯酯的制备反应的原子利用率为100％ 项目活动（二）　合成离子导体材料中有机溶剂的单体 1.离子导体合成分析 （1）利用已有的有机合成知识及“资料卡片”所提供的反应信息，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，并进行小组间的展示和交流，阐述设计思路。 （2）请对各组设计的不同合成路线方案进行分析评价，并梳理分析评价的角度。 [资料卡片] 本探究活动中可能用到的一些有机化学反应： ＋H2ORCOOH（R为H或烃基） CH2CH—CH3CH2CH—CHO ＋R—OH RO—CH2—CH2—OH（R为H或烃基） CH3—CHCH2＋CO＋H2（或） R—CHO＋CH3—CHOR—CHCH—CHO（R为H或烃基） 2.二缩三乙二醇二丙烯酸酯的合成 （1）丙烯酸：丙烯直接氧化法 CH2CH—CH3＋O2CH2CH—CHO CH2CH—CHO＋O2CH2CH—COOH （2）二缩三乙二醇：环氧乙烷水合法 （3）二缩三乙二醇二丙烯酸酯的合成 2CH2CH—COOH 3.丙烯酸丁酯的合成 （1）正丁醇：羰基合成法、醇醛缩合法 ＋CO＋H2 （2）丙烯酸丁酯的合成 CH2CH—COOH＋ VC PMHS（）是一种优良的锂离子电池固态聚合物电解质， ... ...