原電池（第3課時(shí)）高中化學(xué)選擇性必修1第四章第一單元學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過(guò)分析鹽水小車(chē)電池裝置的工作原理，體會(huì)環(huán)境中氧氣在空氣電池中的作用；2.通過(guò)對(duì)電池裝置問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)與改進(jìn)，鞏固對(duì)分析原電池問(wèn)題角度的認(rèn)識(shí)。3.認(rèn)識(shí)鋰電池發(fā)展史，思考如何不斷改進(jìn)鋰電池的過(guò)程中，鞏固與提升對(duì)原電池原理知識(shí)和化學(xué)反應(yīng)原理知識(shí)的認(rèn)識(shí)。情境導(dǎo)入

基于原電池研究的歷史足跡逐步完善原電池的設(shè)計(jì)模型，通過(guò)分析鹽水小汽車(chē)的工作原理，結(jié)合原電池知識(shí)，討論一些更復(fù)雜的問(wèn)題。從模型出發(fā)認(rèn)識(shí)鋰離子電池，結(jié)合2019年三位諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得對(duì)鋰電池改進(jìn)的不同貢獻(xiàn)的材料，思考如何應(yīng)用原電池原理知識(shí)和化學(xué)反應(yīng)原理知識(shí)改進(jìn)鋰電池。學(xué)習(xí)任務(wù)課時(shí)任務(wù)第3課時(shí)【任務(wù)一】鹽水小汽車(chē)電池工作原理分析【任務(wù)二】認(rèn)識(shí)不同的汽車(chē)動(dòng)力電池【任務(wù)三】認(rèn)識(shí)鋰電池發(fā)展史【任務(wù)四】二次鋰離子電池的工作原理問(wèn)題以及廢舊鋰離子電池的回收問(wèn)題學(xué)習(xí)活動(dòng)1.鹽水小汽車(chē)工作原理【任務(wù)一】鹽水小汽車(chē)電池工作原理分析小汽車(chē)電源結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)活動(dòng)1.鹽水小汽車(chē)工作原理【任務(wù)一】鹽水小汽車(chē)電池工作原理分析e-+-負(fù)極ZnNaCl溶液正極石墨負(fù)極：2Zn-4e-2Zn2+

正極：O2+4e-+2H2O4OH-

總反應(yīng)：2Zn+O2+2H2O2Zn(OH)2

學(xué)習(xí)活動(dòng)2.鹽水小汽車(chē)原理分析【任務(wù)一】鹽水小汽車(chē)電池工作原理分析Zn還沒(méi)有完全消耗，小汽車(chē)就跑不動(dòng)了。使用前的鋅片與濾紙接觸的一面表面有Zn(OH)2覆蓋表面的Zn(OH)2是如何產(chǎn)生的？Zn2+O2OH-溶液學(xué)習(xí)活動(dòng)3.鹽水小汽車(chē)改造建議【任務(wù)一】鹽水小汽車(chē)電池工作原理分析

請(qǐng)給生產(chǎn)商一個(gè)改造電池的建議，以能夠延長(zhǎng)鹽水小汽車(chē)行駛的時(shí)間。特殊性質(zhì)的膜材料限制OH-通過(guò)的離子導(dǎo)電性隔膜負(fù)極正極石墨ZnNaCl溶液方案展示學(xué)習(xí)活動(dòng)3.鹽水小汽車(chē)改造建議【任務(wù)一】鹽水小汽車(chē)電池工作原理分析

請(qǐng)給生產(chǎn)商一個(gè)改造電池的建議，以能夠延長(zhǎng)鹽水小汽車(chē)行駛的時(shí)間。方案展示學(xué)習(xí)活動(dòng)

各種新能源汽車(chē)電池【任務(wù)二】認(rèn)識(shí)不同的汽車(chē)動(dòng)力電池電池類(lèi)型鎳鎘電池鎳氫電池鋰離子電池比能量/(W·h·kg－1)5560～70120循環(huán)壽命/次500以上1000以上1000以上優(yōu)點(diǎn)比能量較高、壽命長(zhǎng)、耐過(guò)充放性好比能量高、壽命長(zhǎng)比能量高、壽命長(zhǎng)缺點(diǎn)鎘有毒、有記憶效應(yīng)、價(jià)格較高價(jià)格高、高溫充電性差價(jià)高、存在一定安全性問(wèn)題比能量（比功率）：電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出

電能的多少（或功率的大?。W(xué)習(xí)活動(dòng)1.鋰離子電池的發(fā)展【任務(wù)三】認(rèn)識(shí)鋰電池發(fā)展史2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主鋰金屬電池鋰離子電池1960年，瑞典醫(yī)生奧克·森寧為一位病人植入了心臟起搏器，并將電池埋在皮下。當(dāng)電池耗盡后需要手術(shù)更換電池。學(xué)習(xí)活動(dòng)1.鋰離子電池的發(fā)展【任務(wù)三】認(rèn)識(shí)鋰電池發(fā)展史一次鋰電池價(jià)格昂貴，不可充電。請(qǐng)思考如何解決這一問(wèn)題？二次電池的特點(diǎn)：電極反應(yīng)物和產(chǎn)物在充、放電時(shí)可以循環(huán)轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)電池重復(fù)使用。改進(jìn)方法：尋找可以實(shí)現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化的材料或方法。學(xué)習(xí)活動(dòng)1.鋰離子電池的發(fā)展【任務(wù)三】認(rèn)識(shí)鋰電池發(fā)展史2019諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主斯坦利·惠廷厄姆在1976年提出了第一個(gè)嵌入脫出型的正極材料TiS2，這幾乎標(biāo)志著從早期的Li—MnO2一次電池到現(xiàn)代二次鋰電池的轉(zhuǎn)變。TiS2Li+資料

TiS2是一種微觀上具有層狀結(jié)構(gòu)的固體材料。充、放電時(shí)，Ti元素的化合價(jià)發(fā)生變化，層狀結(jié)構(gòu)所帶電荷量發(fā)生改變，鋰離子會(huì)因此從其中脫出或嵌入。學(xué)習(xí)活動(dòng)1.鋰離子電池的發(fā)展【任務(wù)三】認(rèn)識(shí)鋰電池發(fā)展史放電總反應(yīng)：xLi+TiS2LixTiS2結(jié)合資料、總反應(yīng)與示意圖，分析:1.放電時(shí)Li+遷移方向

和電極反應(yīng)；2.簡(jiǎn)單說(shuō)明其能夠反復(fù)

充電的理由。

Li固體TiS2隔膜含Li+的電解質(zhì)溶液：Li+：e-學(xué)習(xí)活動(dòng)1.鋰離子電池的發(fā)展【任務(wù)三】認(rèn)識(shí)鋰電池發(fā)展史LiLi+TiS2LixTiS2放電充電負(fù)極正極放電充電2.觀點(diǎn)展示1.放電時(shí)Li+移向正極正極：TiS2+xLi++xe-LixTiS2負(fù)極：xLi–xe-

xLi+xLi+TiS2LixTiS2放電學(xué)習(xí)活動(dòng)1.鋰離子電池的發(fā)展【任務(wù)三】認(rèn)識(shí)鋰電池發(fā)展史如何解決這個(gè)問(wèn)題？資料鋰電池充電過(guò)程中，鋰金屬表面會(huì)逐漸析出尖銳的鋰枝晶，有可能穿透正負(fù)極之間的隔膜，造成電池內(nèi)部短路，引發(fā)電池自燃，造成爆炸。鋰枝晶金屬Li增加隔膜的強(qiáng)度抑制或阻礙鋰枝晶的形成學(xué)習(xí)活動(dòng)1.鋰離子電池的發(fā)展【任務(wù)三】認(rèn)識(shí)鋰電池發(fā)展史

約翰·古迪納夫發(fā)現(xiàn)了LiCoO2等一系列正極材料，減少了枝晶短路的可能，進(jìn)而大幅提升鋰電池的穩(wěn)定性

。2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主鈷酸鋰LiCoO2資料與TiS2類(lèi)似，

LiCoO2也是層狀結(jié)構(gòu)，鋰離子能在放電與充電的過(guò)程中脫出或嵌入，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化。學(xué)習(xí)活動(dòng)1.鋰離子電池的發(fā)展【任務(wù)三】認(rèn)識(shí)鋰電池發(fā)展史負(fù)極

Li正極固體LiCoO2隔膜電解質(zhì)溶液：Li+：e-負(fù)極材料為金屬Li，依然屬于二次鋰電池放電時(shí)的總反應(yīng)：

xLi+Li1-xCoO2LiCoO2

學(xué)習(xí)活動(dòng)1.鋰離子電池的發(fā)展【任務(wù)三】認(rèn)識(shí)鋰電池發(fā)展史2019諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主吉野彰將碳基材料用作負(fù)極，依舊用鈷酸鋰做正極，并采用聚乙烯或聚丙烯為隔膜，LiClO4的碳酸丙烯酯液為電解質(zhì)溶液。確立了現(xiàn)代鋰離子電池的基本框架。放電時(shí)的總反應(yīng)：LixCy

+Li1-xCoO2LiCoO2+Cy

負(fù)極LixCy學(xué)習(xí)活動(dòng)1.鋰離子電池的發(fā)展【任務(wù)三】認(rèn)識(shí)鋰電池發(fā)展史LixCy充電時(shí)，電子被石墨層結(jié)構(gòu)得到，Li+僅遷移嵌入石墨層間，依然以Li+形式存在，故不存在金屬Li。鋰離子電池LixCy

+Li1-xCoO2LiCoO2+Cy

放電充電充電：xLi++Cy

+xe-LixCy學(xué)習(xí)活動(dòng)1.鋰離子電池的發(fā)展【任務(wù)三】認(rèn)識(shí)鋰電池發(fā)展史碳基材料作負(fù)極，防止生成鋰枝晶鈷酸鋰作正極，減少了鋰枝晶嵌入脫出型材料TiS2學(xué)習(xí)活動(dòng)【任務(wù)三】認(rèn)識(shí)鋰電池發(fā)展史中國(guó)科學(xué)家研究成果簡(jiǎn)介2018年10月，南開(kāi)大學(xué)梁嘉杰、陳永勝教授課題組與江蘇師范大學(xué)賴(lài)超課題組合作，成功制備了具有多級(jí)結(jié)構(gòu)的銀納米線—石墨烯三維多孔載體，并負(fù)載金屬鋰作為復(fù)合負(fù)極材料，其同樣可抑制鋰枝晶產(chǎn)生，從而可實(shí)現(xiàn)電池超高速充電，有望大幅延長(zhǎng)鋰電池“壽命”。學(xué)習(xí)活動(dòng)

評(píng)價(jià)活動(dòng)【任務(wù)四】二次鋰離子電池的工作原理問(wèn)題以及廢舊鋰離子電池的回收問(wèn)題

已知磷酸鐵鋰電池放電時(shí)的總反應(yīng)為：放電時(shí)下面電極反應(yīng)發(fā)生在A極還是B極？LixCy–xe-

xLi++CyLixCy

+Li1-xFePO4LiFePO4+Cy

2.為了安全、有效的回收鋰，拆解廢舊電池時(shí)需要先進(jìn)行放電處理，其目的是什么？學(xué)習(xí)活動(dòng)【任務(wù)四】二次鋰離子電池的工作原理問(wèn)題以及廢舊鋰離子電池的回收問(wèn)題觀點(diǎn)一：反應(yīng)生成Li+，圖示顯示Li+向左遷移，所以可以判斷反應(yīng)發(fā)生在B電極。觀點(diǎn)二：反應(yīng)是失去電子的負(fù)極反應(yīng)。圖示顯示陽(yáng)離子Li+向左（即正極）遷移，由此判斷B極為負(fù)極，所以反應(yīng)發(fā)生在B電極。LixCy–xe-

xLi++Cy觀點(diǎn)展示學(xué)習(xí)活動(dòng)【任務(wù)四】二次鋰離子電池