一、高分子的合成方法、結(jié)構(gòu)特點和基本性質(zhì)
二、高分子材料
主題：鋰電池中有機溶劑的選擇與合成
[項目情境]
某種鋰離子電池的負極材料為石墨，正極材料為過渡金屬氧化物，離子導體由鋰鹽摻雜在液態(tài)的有機溶劑中形成。電池在放電時，外電路中電子從負極移動到正極，內(nèi)電路中鋰離子通過有機溶劑的傳導從負極移動到正極，形成閉合回路；充電時，內(nèi)電路中鋰離子同樣通過有機溶劑的傳導從正極移動到負極。因此優(yōu)良的有機溶劑是保證鋰離子電池的關(guān)鍵因素。
[探究過程]
探究一 離子導體材料中的新型有機溶劑的選擇及結(jié)構(gòu)特征
[資料1]
傳統(tǒng)鋰離子電池中一般使用LiClO、LiPF6、LiBF4等鋰鹽作為電解質(zhì)，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)、碳酸甲乙酯(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。
[資料3]
電池工作時安全問題要重視，選擇的有機溶劑是關(guān)鍵。性能穩(wěn)定且為固態(tài)的具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的高分子能夠滿足安全要求。
根據(jù)上述三個資料，請思考探究下列問題。
(1)資料1、2中的酯基和醚鍵的作用是什么？
(2)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的有機溶劑應該具備哪些基本性能？
(3)小組合作，結(jié)合“資料卡片”提供的信息，討論滿足上述性能要求的有機溶劑的結(jié)構(gòu)特點。
[提示](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)同時具有溶解并傳導鋰離子兩種基本性能。
(3)新型的有機溶劑應該是一種結(jié)構(gòu)單元中有酯基、醚鍵的高分子。
探究二 新型有機溶劑的合成設計
[資料4]
根據(jù)鋰離子電池中有機溶劑的選擇思路，科學家提出以二縮三乙二醇二丙烯酸酯與丙烯酸丁酯的共聚物做有機溶劑基體，通過與鋰鹽復合可以形成良好的聚合物離子導體材料。
二縮三乙二醇二丙烯酸酯
已知有機反應信息如下：
根據(jù)資料4所提供的信息，以乙烯或丙烯為基礎(chǔ)原料(其他無機試劑任選)，設計二縮三乙二醇和丙烯酸丁酯的合成路線，畫出合成路線圖。
(1)合成二縮三乙二醇。
(2)合成丙烯酸丁酯。
[提示]
[素養(yǎng)提升]
通過對鋰離子電池中離子導體中新型有機材料的探究，提升了學生的“宏觀辨識與微觀探析、科學探究與證據(jù)推理”的核心素養(yǎng)。

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版本： 人教版 (2019)

年級： 選擇性必修3

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