《微項目3-改進手機電池中的離子導體材料-有機合成在新型材料研發(fā)中的應(yīng)用》參考課件

微項目3改進手機電池中的離子導體材料第3章有機合成及其應(yīng)用合成高分子化合物——有機合成在新型材料研發(fā)中的應(yīng)用[項目基礎(chǔ)](1)明確鋰離子電池的優(yōu)點：工作電壓高、體積小、質(zhì)量輕、能量高、無污染、循環(huán)壽命長等。明確鋰離子電池的缺點：鋰離子電池中所用的離子導體多為液態(tài)，易發(fā)生泄露、爆炸等危險，安全性低。(2)原電池正、負極的判斷方法，電解質(zhì)溶液中鋰離子的移動方向，原電池的構(gòu)成條件。電解池中鋰離子的移動方向。(3)能應(yīng)用逆推法和正推法設(shè)計有機材料的合成路線，能利用官能團保護、“綠色化學”等思想選擇正確的合成路線和并能正確評價合成路線。[項目活動]1．設(shè)計手機新型電池中離子導體材料的結(jié)構(gòu)(1)根據(jù)圖示明確某種鋰離子電池的工作原理。(見教材P146)(2)嘗試思考問題為使鋰離子電池正常工作，同時避免有機溶劑為液態(tài)時所帶來的安全隱患，理想的離子導體材料中中的有機溶劑應(yīng)該具備那些基本性能？(3)閱讀資料卡片，并思考交流：討論滿足上述性能要求的有機溶劑的結(jié)構(gòu)特點，寫出相應(yīng)的有機化合物的結(jié)構(gòu)簡式。[資料1]傳統(tǒng)鋰離子電池中一般使用LiClO4、LiPF6、LiBF4等鋰鹽作為電解質(zhì)，其在酯類溶劑中有較好的溶解性。依據(jù)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)、碳酸甲乙酶(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)中的一種或幾種含酯基的混合物作為有機溶劑。[資料2]醚鍵的化學和電化學性質(zhì)穩(wěn)定，它能通過醚氧原子與鋰離子之間不斷地結(jié)合、分離而實現(xiàn)離子傳導。例如，分子中有—CH2CH2O—、—CH2CH2OCH2CH2O—、—CH2CH2OCH2CH2OCH2CH2O—、等醚鍵結(jié)構(gòu)單元的有機化合物，對鋰鹽均能起到良好的離子導體的作用。(4)討論結(jié)果①酯基的存在能夠很好地提高有機溶劑對鋰鹽的溶解性，醚鍵的存在對鋰離子傳導具有很好的效果。②考慮安全性問題。有機溶劑應(yīng)該性能穩(wěn)定且為固態(tài)，具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的高分子是能夠滿足這一要求的理想材料。結(jié)論：新型的有機溶劑應(yīng)該是一種結(jié)構(gòu)單元中有酯基、醚鍵的高分子。(5)鋰離子導電材料的改進以二縮三乙二醇二丙烯酸酯與丙烯酸丁酯的共物做有機溶劑基體，通過與鋰鹽復合可以形成良好的聚合物離子導體材料。(2)利用已有的有機合成知識及“資料卡片”所提供的反應(yīng)信息，以乙烯或丙烯為基礎(chǔ)原料(其他無機試劑任選)，設(shè)計二縮三乙二醇二丙烯酸酯或丙烯酸丁酯的合成路線，畫出流程圖，并進行小組間的展示和交流，闡述設(shè)計思路。(3)請對各組設(shè)計的不同合成路線方案進行分析評價，并梳理分析評價的角度。[問題討論]1．根據(jù)資料卡片提供的反應(yīng)信息，如何制取二縮三乙二醇？2．利用環(huán)氧乙烷與水開環(huán)反應(yīng)制取乙二醇的好處有哪些？提示利用環(huán)氧乙烷與水開環(huán)反應(yīng)的方式，能夠更好地控制乙二醇的聚合程度，獲得更高產(chǎn)率的二縮三乙二醇的目標化合物。3.在選擇和優(yōu)化最佳合成路線時，應(yīng)從哪些角度考慮？提示是否符合化學原理，增強綠色合成的意識，關(guān)注合成操作的安全性、原子經(jīng)濟性、試劑與催化劑的無公害性；工業(yè)上還得更多地考慮社會、經(jīng)濟