【教学课件】第一单元 原电池 第3课时

原电池（第3课时）高中化学选择性必修1第四章第一单元学习目标1.通过分析盐水小车电池装置的工作原理，体会环境中氧气在空气电池中的作用；2.通过对电池装置问题的发现与改进，巩固对分析原电池问题角度的认识。3.认识锂电池发展史，思考如何不断改进锂电池的过程中，巩固与提升对原电池原理知识和化学反应原理知识的认识。情境导入

基于原电池研究的历史足迹逐步完善原电池的设计模型，通过分析盐水小汽车的工作原理，结合原电池知识，讨论一些更复杂的问题。从模型出发认识锂离子电池，结合2019年三位诺贝尔化学奖获得对锂电池改进的不同贡献的材料，思考如何应用原电池原理知识和化学反应原理知识改进锂电池。学习任务课时任务第3课时【任务一】盐水小汽车电池工作原理分析【任务二】认识不同的汽车动力电池【任务三】认识锂电池发展史【任务四】二次锂离子电池的工作原理问题以及废旧锂离子电池的回收问题学习活动1.盐水小汽车工作原理【任务一】盐水小汽车电池工作原理分析小汽车电源结构学习活动1.盐水小汽车工作原理【任务一】盐水小汽车电池工作原理分析e-+-负极ZnNaCl溶液正极石墨负极：2Zn-4e-2Zn2+

正极：O2+4e-+2H2O4OH-

总反应：2Zn+O2+2H2O2Zn(OH)2

学习活动2.盐水小汽车原理分析【任务一】盐水小汽车电池工作原理分析Zn还没有完全消耗，小汽车就跑不动了。使用前的锌片与滤纸接触的一面表面有Zn(OH)2覆盖表面的Zn(OH)2是如何产生的？Zn2+O2OH-溶液学习活动3.盐水小汽车改造建议【任务一】盐水小汽车电池工作原理分析

请给生产商一个改造电池的建议，以能够延长盐水小汽车行驶的时间。特殊性质的膜材料限制OH-通过的离子导电性隔膜负极正极石墨ZnNaCl溶液方案展示学习活动3.盐水小汽车改造建议【任务一】盐水小汽车电池工作原理分析

请给生产商一个改造电池的建议，以能够延长盐水小汽车行驶的时间。方案展示学习活动

各种新能源汽车电池【任务二】认识不同的汽车动力电池电池类型镍镉电池镍氢电池锂离子电池比能量/(W·h·kg－1)5560～70120循环寿命/次500以上1000以上1000以上优点比能量较高、寿命长、耐过充放性好比能量高、寿命长比能量高、寿命长缺点镉有毒、有记忆效应、价格较高价格高、高温充电性差价高、存在一定安全性问题比能量（比功率）：电池单位质量或单位体积所能输出

电能的多少（或功率的大小）学习活动1.锂离子电池的发展【任务三】认识锂电池发展史2019年诺贝尔化学奖得主锂金属电池锂离子电池1960年，瑞典医生奥克·森宁为一位病人植入了心脏起搏器，并将电池埋在皮下。当电池耗尽后需要手术更换电池。学习活动1.锂离子电池的发展【任务三】认识锂电池发展史一次锂电池价格昂贵，不可充电。请思考如何解决这一问题？二次电池的特点：电极反应物和产物在充、放电时可以循环转化，实现电池重复使用。改进方法：寻找可以实现物质循环转化的材料或方法。学习活动1.锂离子电池的发展【任务三】认识锂电池发展史2019诺贝尔化学奖得主斯坦利·惠廷厄姆在1976年提出了第一个嵌入脱出型的正极材料TiS2，这几乎标志着从早期的Li—MnO2一次电池到现代二次锂电池的转变。TiS2Li+资料

TiS2是一种微观上具有层状结构的固体材料。充、放电时，Ti元素的化合价发生变化，层状结构所带电荷量发生改变，锂离子会因此从其中脱出或嵌入。学习活动1.锂离子电池的发展【任务三】认识锂电池发展史放电总反应：xLi+TiS2LixTiS2结合资料、总反应与示意图，分析:1.放电时Li+迁移方向

和电极反应；2.简单说明其能够反复

充电的理由。

Li固体TiS2隔膜含Li+的电解质溶液：Li+：e-学习活动1.锂离子电池的发展【任务三】认识锂电池发展史LiLi+TiS2LixTiS2放电充电负极正极放电充电2.观点展示1.放电时Li+移向正极正极：TiS2+xLi++xe-LixTiS2负极：xLi–xe-

xLi+xLi+TiS2LixTiS2放电学习活动1.锂离子电池的发展【任务三】认识锂电池发展史如何解决这个问题？资料锂电池充电过程中，锂金属表面会逐渐析出尖锐的锂枝晶，有可能穿透正负极之间的隔膜，造成电池内部短路，引发电池自燃，造成爆炸。锂枝晶金属Li增加隔膜的强度抑制或阻碍锂枝晶的形成学习活动1.锂离子电池的发展【任务三】认识锂电池发展史

约翰·古迪纳夫发现了LiCoO2等一系列正极材料，减少了枝晶短路的可能，进而大幅提升锂电池的稳定性

。2019年诺贝尔化学奖得主钴酸锂LiCoO2资料与TiS2类似，

LiCoO2也是层状结构，锂离子能在放电与充电的过程中脱出或嵌入，实现物质循环转化。学习活动1.锂离子电池的发展【任务三】认识锂电池发展史负极

Li正极固体LiCoO2隔膜电解质溶液：Li+：e-负极材料为金属Li，依然属于二次锂电池放电时的总反应：

xLi+Li1-xCoO2LiCoO2

学习活动1.锂离子电池的发展【任务三】认识锂电池发展史2019诺贝尔化学奖得主吉野彰将碳基材料用作负极，依旧用钴酸锂做正极，并采用聚乙烯或聚丙烯为隔膜，LiClO4的碳酸丙烯酯液为电解质溶液。确立了现代锂离子电池的基本框架。放电时的总反应：LixCy

+Li1-xCoO2LiCoO2+Cy

负极LixCy学习活动1.锂离子电池的发展【任务三】认识锂电池发展史LixCy充电时，电子被石墨层结构得到，Li+仅迁移嵌入石墨层间，依然以Li+形式存在，故不存在金属Li。锂离子电池LixCy

+Li1-xCoO2LiCoO2+Cy

放电充电充电：xLi++Cy

+xe-LixCy学习活动1.锂离子电池的发展【任务三】认识锂电池发展史碳基材料作负极，防止生成锂枝晶钴酸锂作正极，减少了锂枝晶嵌入脱出型材料TiS2学习活动【任务三】认识锂电池发展史中国科学家研究成果简介2018年10月，南开大学梁嘉杰、陈永胜教授课题组与江苏师范大学赖超课题组合作，成功制备了具有多级结构的银纳米线—石墨烯三维多孔载体，并负载金属锂作为复合负极材料，其同样可抑制锂枝晶产生，从而可实现电池超高速充电，有望大幅延长锂电池“寿命”。学习活动

评价活动【任务四】二次锂离子电池的工作原理问题以及废旧锂离子电池的回收问题

已知磷酸铁锂电池放电时的总反应为：放电时下面电极反应发生在A极还是B极？LixCy–xe-

xLi++CyLixCy

+Li1-xFePO4LiFePO4+Cy

2.为了安全、有效的回收锂，拆解废旧电池时需要先进行放电处理，其目的是什么？学习活动【任务四】二次锂离子电池的工作原理问题以及废旧锂离子电池的回收问题观点一：反应生成Li+，图示显示Li+向左迁移，所以可以判断反应发生在B电极。观点二：反应是失去电子的负极反应。图示显示阳离子Li+向左（即正极）迁移，由此判断B极为负极，所以反应发生在B电极。LixCy–xe-

xLi++Cy观点展示学习活动【任务四】二次锂离子电池