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(教用Word)-【优学精讲】2025-2026学年高中化学选择性必修3（鲁科版）

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：

【探究活动】　

[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？

提示：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。

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

（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（　　）

解析：B　LiCoO2属于无机物，A项正确；碳为单质，是无机物，B项错误；碳酸丙烯酯的结构简式是，属于酯类，C项正确；聚烯烃是由烯烃通过加聚反应得到的高分子化合物，D项正确。

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％

解析：C　碳酸乙烯酯作为传统锂离子电池的离子导体的组成成分，起到了有机溶剂的作用，即溶解锂盐，而锂盐为无机化合物，A项正确；由碳酸乙烯酯的结构简式可知其官能团只有酯基，B项正确；在锂离子电池的离子导体中，碳酸乙烯酯为溶解锂盐的有机溶剂，是离子导体的一部分，其本身并不导电，C项错误；由题干给出的制备碳酸乙烯酯的反应可知，该反应为化合反应，原子利用率为100％，D项正确。

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：