新教材高中化学第3章微项目3改进手机电池中的离子导体材料学生用书鲁 .pdfVIP

新教材高中化学学生用书鲁科版选择性必修3：

微项目3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。

学法指导

1.查阅资料讨论法。查阅、搜集与锂离子电池中离子导体材料有关的有机化合物的结构

与性质方面的资料，课上讨论这些有机化合物的结构与性质，及有关合成路线的设计。

2．构建有机合成的思维模型，并能运用相关模型合成一些含有目标官能团的有机化合

物。

必备知识·自主学习——新知全解一遍过

知识点一锂离子电池的工作原理

1.电极材料

负极材料石墨

正极材料过渡金属氧化物

离子导体锂盐的液态有机溶剂

2.原理

(1)放电

外电路电子从负极移动到正极

内电路锂离子通过有机溶剂的传导从负极移动到正极

(2)充电

外电路电子从阳极移动到电源正极；从电源负极移动到阴极

内电路锂离子通过有机溶剂的传导从阳极移动到阴极

知识点二手机新型电池中离子导体的结构

1.离子导体中有机溶剂的结构特点

(1)作为溶剂应具备溶解并传导锂离子的性能。

(2)酯基的存在能很好地提高有机溶剂对锂盐的溶解性，醚键的存在对锂离子的传导具

有很好的效果。

(3)有机溶剂应该性能稳定且为固态，具有交联结构的高分子满足这一要求。

2．离子导体材料

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基体，通

过与锂盐复合形成聚合物离子导体材料。

3．合成离子导体材料中有机溶剂的单体

(1)合成反应中一些反应原理

(2)合成二缩三乙二醇的方法

关键能力·课堂探究——学科素养全通关

项目活动1设计手机新型电池中离子导体材料的结构

材料1：2020年5月31日下午4时53分，我国在酒泉卫星发射中心使用长征二号丁运

载火箭，成功将高分九号02星、和德四号卫星送入预定轨道，发射取得圆满成功。此次长

二丁火箭遥测系统上采用的一组锂离子蓄电池，替换了原先的一组锌银电池，在满足总体对

电池的体积和重量的要求下，同时满足了电性能要求的方案。同时，锂电池在同等能量情况

下体积更小、重量更轻。

材料2：某锂离子电池的工作原理如图所示。

材料3：传统锂离子电池中一般使用LiClO、LiPF、LiBF等锂盐作为电解质，酯类对

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其有较好的溶解性。

材料4：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，分子中含有—CHCHO—、—CHCHOCHCHO—、

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—CHCHOCHCHOCHCHO—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

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的作用。

互动探究

问题1认识传统锂离子电池的离子导体的优缺点

(1)传统锂离子电池中离子导体有什么优点？

(2)传统锂离子电池有哪些安全隐患？

(3)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？

问题2认识新型有机型溶剂

(1)结