第3章 微项目改进手机电池中的离子导体材料 课件 2024-2025学年高二下学期化学鲁科版（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 项目目标 1.通过设计手机新型电池中的离子导体材料的结构，能将研究材料性能问题转化为研究有机化合物的性质问题，确定有机化合物的功能基团问题，最终能设计出符合条件的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.能合理应用正推法和逆推法设计有机材料的合成路线，并通过设计、选择和评价有机材料的合成路线，体会官能团保护、“绿色化学”等思想。 3.体会有机合成和高分子材料对于提高生活质量促进社会发展的巨大贡献。 项目活动1 设计手机新型电池中离子导体材料的结构 【问题组一】 1.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.结合“资料卡片”提供的信息，满足上述性能要求的有机溶剂的结构特点是什么？ 小组合作与汇报的要求 1.学习小组讨论过程中确定好发言人； 2.发言的要求：思维清晰、声音洪亮、语言简练； 3.发言结束，同组同学可以补充，其他同学有疑 问可以向发言同学请教。 3.尝试写出满足要求的有机化合物的结构简式。 项目活动1 设计手机新型电池中离子导体材料的结构 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1 设计手机新型电池中离子导体材料的结构 思维建模—设计新型材料分子结构的思路： 产品需求 材料性能 关键结构单元 结构设计 溶解并传导锂离子、 性质稳定且为固态 含有酯基、醚键， 具有交联结构的高分子 电池、安全 项目活动2 合成离子导体材料中有机溶剂的单体 任务分解：丙烯酸、乙二醇、丁醇 【问题组二】 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），设计乙二醇、丙烯酸、丁醇的合成路线，小组内交流，阐述设计思路。 项目活动2 合成离子导体材料中有机溶剂的单体 项目活动2 合成离子导体材料中有机溶剂的单体 【问题组二】 2.如何对设计的不同合成路线方案进行分析评价， 梳理分析评价的角度。 思维建模—选择和优化合成路线的角度： 1.符合化学原理； 2.操作安全可靠，步骤简单、少； 3.符合绿色合成思想：原料绿色化、试剂与催化剂无公害性、 原子经济性。 项目活动2 合成离子导体材料中有机溶剂的单体 正丁醇的工业合成路线： 1. CH3CHO CH3CH=CHCHO CH3CH2CH2CH2OH 2. CH3CH=CH2 CH3CH2CH2CHO CH3CH2CH2CH2OH 丙烯酸的工业合成路线： 1. ClCH2CH2OH CN-CH2CH2OH CH2=CH-COOH 2. CH3CH=CH2 CH2=CHCHO CH2=CHCOOH 项目活动2 合成离子导体材料中有机溶剂的单体 稀碱 H2 CO、H2 H2 CO\∆ CO\∆ NI\∆ NaCN 硫酸 项目活动2 合成离子导体材料中有机溶剂的单体 观察目标化合物分子的结构 由目标化合物分子逆推原料分子并设计合成路线 对不同的路线进行优化 目标化合物分子的碳骨架特征， 官能团的种类和位置 目标化合物分子碳骨架的构建， 官能团的引入或转化 以绿色合成等思想为指导 思维建模—基于有机合成解决材料问题的思路： 项目作业 课下，请同学们对本项目学习内容进行梳理，梳理内容包括知识线（有机化合物 的性质和转化、有机化合物的合成、高分子化合物的合成等）、问题线（如何拆 解项目问题）、方法线（从化学视角分析、解决材料问题的思路方法），形成文 字材料，待展板展示。 $$随着科技的不断进步，现如今电池已经成为了我们日常生活中必不可缺的物品。但是它漫长的发展历史却很有可能超出你的想象。1800年，意大利化学家亚历山德罗发明了伏打电堆，这是第一块真正意义上的现代电池。而基于重复使用的需求，法国物理学家普兰特于1859年发明了世界上最早的可充电电池铅酸电池，并由此开创了一个全新的时代。时至今日，它依然作为汽车引擎的蓄电池为人们所使用。在这之后，科学家们又不断探索，发明出了其他类型的充电电池，如镍镉电池、镍氢电池等，它们的能量密度更大，体积更小，可以为各种小型电子设备提供电能。但随着社会的急速发展，人们对电池的需求目标却变得越来越苛刻。基于诸多复杂的需求，古迪纳夫在1980年发明出了一种新型的锂电池。它能够以最小的体积提供最高的电压，因此能量密度大大提高。如今小到手机、电脑、相机，大到电动汽车，都是基于锂电池成熟的技术才得到了快速发展。但是它也同样存在弊端，由于锂离子电池电解液所使用的有机溶剂十分易燃，因此当锂电池出现短路、针刺、挤压或高温的时候，都会导致内部隔膜破裂，从而引发温度爆炸式升高，最终出现爆燃的情况。在现实生活中，很多纯电动车发生自燃起火的事故其实并不在少数。因此，动力电池生产厂家都会在技术上不断寻求安全突破。而比亚迪。